把疾病检测实验室，装进小盒子| 果壳 科技有意思

当你生病了就近去到诊所，被医生怀疑是某种传染病，但限于医疗条件做不了检测。只能辗转来到大医院，却发现仍然要等1~2天才能出结果。等真拿到结果，至少三五天过去了。不仅延误了病情，如果得了严重的传染病，还可能造成更大范围的传播。

这不是编造的故事，而是许多医疗资源匮乏地区的现实。

疾病检测难？因为中心化

哪怕生活在大城市，陈翀也经历过类似场景。“有时候小孩子半夜发烧，我们带去急诊，医院开完检测，但结果要一两天才出来。如果白天去医院，家长还得请假，如果无法当场得到确诊，还要等第二轮。”

之所以这么慢，主要是因为疾病检测的“中心化”。

比如结核病诊断，世界卫生组织（WHO）推荐使用快速分子检测技术作为初始诊断方法。但传统的核酸检测仪器比较昂贵、复杂，一台要几十万甚至上百万，而且对使用场地、人员的专业程度都要求很高。因此，往往只有大型医院才具备能做检测的中心试验室，没有条件的医院就得把样本送去外检，一来一回出结果自然更慢。

即使在有中心实验室的大医院，检测也并不快。因为传统核酸检测仪不仅复杂，体积也大，这意味着对实验室来说，并不是一个样本来了就开始检测，而是要等凑足了样本，再一起检测，也得花上一两天时间。

检测“中心化”的结果就是，哪怕生活在大城市，也无法快速得到诊断，更遑论医疗资源匮乏的地区了，不仅难以负担昂贵的设备，更不具备能进行复杂操作的专业人员。

不难看出，“中心化”的关键症结在于核酸检测仪器，它昂贵又复杂。

如果核酸检测仪可以做得更便宜、操作更简单呢？是否就不需要中心实验室了？

修炼“内功”，从酶开始

这就是陈翀和团队的设想——做一个成本低廉、方便使用的核酸检测仪。

想法虽好，但实现起来非常难，尤其是在准确性不变的大前提下，还得兼顾便宜和简单。

陈翀用了一个武侠小说来比喻：“这就像两个人比武，传统的核酸检测仪，就像人拿着倚天剑、屠龙刀，装备精良，我们想设计的新仪器就像一根树枝，怎么能打赢呢？就得靠修炼内功。”

对核酸检测来说，“内功”的修炼主要指核酸扩增技术。

当病人罹患传染病时，其痰液、唾液或鼻腔里很可能含有病毒或者细菌的基因，也就是核酸。但是，在传染病发生初期，由于病原含量较低，采样后的鼻拭子或者痰液样品中核酸含量其实很少，仪器难以直接检测到，核酸扩增技术是将这些核酸进行体外扩增，放大到仪器可以检测的水平。

在核酸扩增过程中，“酶”起到了关键性的作用，它就像检测反应里面的“总指挥”。传统的大仪器检测时，需要先对采集的样本进行纯化，把其中的杂质都去掉，剩下足够纯净的东西，这样“酶”这个“总指挥”才能识别并结合核酸，再进行后续的复制、扩增的步骤。

为了简化这个流程，陈翀和团队决定对“酶”进行优化。

他们利用人工设计和AI设计两种方法，改造、筛选了大约上百种酶，最终选出来了两三种酶。这些经过改造的“酶”，变得更加强壮，工作的速度更快，而且不受杂质的干扰，所以它可以在采到样本之后跳过纯化的步骤，直接进行检测。

这样一来，检测的设备和流程，都可以变得更简单、更快，也就节约了成本。

给恒温扩增，加一个信号放大器

修炼“内功”的第二步，是对核酸扩增技术方法学的优化。

传统的核酸扩增技术在扩增时，需要变性、退火、延伸，即需要反复进行高温-低温-中温的热循环，才能完成核酸的扩增。而如果采取恒温扩增技术，仪器就可以设计得比较简单，降低成本。

当时，常见的恒温扩增技术有十多种，陈翀和团队把每一种都试了一遍，并在摸清楚了核心的酶和反应体系的基础上进行了调整和优化。

2020年前后，他们挑出了最有希望的版本，设计成了一个核酸检测仪，在实验室中，它表现得还不错。但拿去测试真实的临床样本，却发现效果还是不尽如人意。“跟传统的核酸检测仪相比，准确度可能还差个10倍。”

大量的时间和成本投入了，新的仪器也小巧、方便，但性能不够好。

现有的路，似乎已经走到了头。陈翀和团队做了一个决定——推翻过去的尝试，自主研发一条新路线。

这是一个困难的决定，意味着更多的投入、更漫长的摸索。“但我们还是想做一个有意义的东西，能真正改变什么的东西，而不是马马虎虎60分的，这个时候就不能考虑太多，万一做不成怎么办？这些杂念想多了没有帮助。”

他们总结原因：之前的恒温扩增方法，之所以效果不佳，其实是因为灵敏度不够高，有些低浓度的核酸，可能会被仪器漏检掉。

想要解决这个问题，就得想办法让低浓度的核酸，也能被检测到。

于是，团队创新性地引入了一种“荧光探针”，它就像一个信号放大器。探针对特定序列进行识别并特异性结合后，被酶切发出信号，仪器检测特异性探针信号并自动分析，报告阴阳性结果。

这样就既降低了成本，又保障了检测的灵敏度。

可乐罐大小的核酸检测仪

有了更“强壮的酶”和更“灵敏的核酸扩增方法”，陈翀和团队所设想的核酸检测仪，也就有了强大的内核。

但研发并不是就此结束了，要在真实世界中应用，需要考虑的纬度还有很多。

“它好不好用？耐不耐用？生产的时候容易吗？成本低不低？”此外，还要根据使用者的不同区域，做出不同的设计：“比如，在高温、高湿度的地区应用，那仪器就得能在四五十度工作，再考虑到有些偏远的地方电力不稳定，仪器就需要电池驱动。”

把使用者的需求琢磨透了，才能做出有意义、能带来改变的产品。

最终，在考虑各方面的因素后，他们设计出了一款新的核酸检测仪。

它只有可乐罐那么大，价格不到传统设备的1%。而且它操作很简单，1~2分钟就能完成，偏远地区的医务人员经过简单培训就能完成。检测结果30分钟就能拿到，准确性还不低于传统的核酸检测。

经过不断地更新、迭代，目前这台核酸检测仪，已经可以检测30多种病原。不少医疗资源匮乏地区的初级诊疗单位，已经开始用它检测结核等重大传染病。

这个小小的“可乐罐”，已经应用在了一个距离大陆近3000公里的岛屿。岛上的居民有几百人，只有一个卫生所，就一个医务工作者，有了这个新的核酸检测仪后，岛民们不再用乘船、乘飞机，去到3000公里外的中心实验室检测，在岛上就能得到准确的诊断。

将复杂技术集成于方寸之间，让最边缘的人群也能及时、准确地得到检测，这才是了不起的创新。