让病毒检测试剂成本下降10到300倍

来℘源：D੢eepTecકh深科技

最近，在香港大学机械工程系科ૠ研助理教授林海松担任第一作者的 Nature 论文中，他和合作者利用名为 Ferrobot 的微型铁磁机器人，实现了自动化的快速群组病毒检ν测，可使检测试剂成本下降¬ 10 至 300 倍。

ⓞ图 &#263d;| 林海松（来源：林海松χ）

在这一技术中，10 个 Ferrobot 微型机器人高效协作，它们携带着输入的鼻咽拭子样品，在手掌大小的平台上进行自动化运输、分离、分类、混合等操作，通过集成核酸扩增检测试剂，来对‡新冠病毒的遗传物质进行群组筛查°，从而对病毒感染情&#ffe0　;况进行诊断。

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其与实验室检测的聚合酶链式反应测试法（即大家↔∃熟悉的核酸检测），所得到的结果一致。同时，Ferrobot 平台的制造成本既廉价、又简单，可以实现大规æ模生产和部署。整个系统的运行可靠性，远超诸多同类型的流体操纵技术，并在 800 多万次自动化测试中得到了证明。

同时，它的另一突破在于：利用基于患病率的适应性检测算法——平方矩阵方案，进行群组筛查。在同时测试 16 个样品的前提下，相比પ单独测试的方法，该技术的微量化测试与群组筛查设计的特点，能让化学试剂的消³耗量降低 Þ300 倍。

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如果群组测试结果为阳性，后续的筛查测试将继续由该平台自动þ进行，直到ⓢ识别出具体的阳性样本。测试全程只需 30 到 60 分钟，具体时长取决于是否有阳性样本。

此外，只有手掌大小的便携式平台利用可ਯ编程的自动化操纵，可以避免繁琐的人工操作，从而缩短测试周期。在ઐ自动化分析中，无需过多的专业测试人员，就能在大规模测®试点和社区实现自主检测。

举例来说，几十个检测组件就有望实现对一所大学进行快速病毒检测。同œ时，这款手持式一体化实验平　台，可以让病毒检测脱离实验室的局限性，从而实现检测的社区化普及，进而最大限度地利用资源，降低物资和人力的使用量，借此减少测试成本，同时还能有效遏Ξ制疫情蔓延。

也就是说，Feભrrobot 平台能对新冠病毒进行快速、廉价的自动化检测，而且无需繁琐的样品处理和复杂的人员培训。在芯片中，样本会被进行自动化处理分析，从而减少对于实验室规î模集中检测的依赖，可以轻易地在办公楼、学校、机场甚至公共交通上部署病毒测试。Ê

而这种无需实验室分析的方法，在便携快速的同ਫ਼时还能保障检测的精准度。æ此外，基于੪微流控的测试对试剂的消耗较少，可以极大地降低测试所需成本。

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事实上，在每一种新型病毒爆发Ä的初期，对病毒的追ⓥ踪速度直Χ接关系到疫情的传播速度，测试方法的较长研发周期，也会直接导致疫情的快速蔓延。

而 Ferrobot 平台能对新病毒的特定核酸信息进行“身份识别”，从而实现快速í部署，Α借此建立准确的病毒检测方法， 进而及时控制传播链。

此外，对于人体生物ઽ液中的多种生物标记，其也具„备实时分析的潜力。除能对病毒性疾病进行检测追踪，还可以集成多种类型的生物试剂和传感器，帮助人们更好地进‎行健康管理，以及协助医生检查患者的健康状态。

另据悉，研究团队也打算探索该ⓔ系统在化学、材料领域的应用。由于 Ferrobot 微流控芯片系统具备高度集成的特质，可以实现多种快速液体ⓐ操纵，因此课题组希望借此解放实验室中人员的双手，通过编程合适的反应流程，利用微流控系统对反应过程实现准确、安全的♣控制，并结合算法来快速探索未知的反应。

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当然，该平台的应用场景，绝不限于ξ新冠病毒这一种病毒。过去几十年间，包括新冠病毒☻在内的多种流行病毒，æ频繁且规律性的出现威胁着人类的健康。

在控制病毒大面积爆发的过程中，及时的病毒检测至关重要。然而，现有的检测模式高度依赖实验室设备，需要将待测样本从各个检测点收集、统计、运输到特定实验室ણ进行分析，这会消耗大量的人力财力，并且耗时也比较长。因此，我们亟需一ƿ款便携ૉ、廉价的检测设备。

据介绍，Ferrobot 检测੟平台的研发，贯穿林海松的整个博士生涯。在此次论文发表之前，他和当时所在的团队，已经积累了相对⊆充足的经验，并将阶段性的技术整理为论文，以封面形式ⓤ发表于 Science Robotics。

此后，研究人员一直在寻找和发掘更多的应用场景，☻以将该☺技术最大化地用于日常生活。੬2020 年，关于此次 Nature 论文的课题正式立项。

但在当ℑ时，他们还迷茫于无法明确此类技术的最优应用价Ø值。随后新冠疫情爆发，各领域专家纷纷加入抗疫છ队伍。作为相关领域的科研人员，该团队当然也不例外。

而对于੨已经初步研发完毕的 Ferrobot 平台，课题组深谙其在生Ε化检测上的优势，并立即意识到它将给病毒检测带来实际帮助。伴随着疫情全球化的紧迫之感，他们开启了为期两年的↵研究。

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期间，ℜ一个具有革新意义的创意，让该研究迎来了真正的关键节点。正如前面说到，研究团队的最初目标在于实现病毒个体样本的检测自动化。不过，这一目标在 2021 年初已被攻克。所以，他们并不满足于当时的自动化检测效率，&#222e;总觉得 Ferrobot 的自动化程度并没有完全发挥出来。

这时他们注意到，中国已经开始使用核酸混检方式。在人工混检的ૠ背后，人力、物力的消耗◐不容小觑。一旦发现阳性，就要追溯同一混检试管∗中的所有被检人员，进行一一重新排查。

这让研究人员意识到，病毒检测需要根据当&#263d;地病毒传播程度，来设计最优的混检筛查方法ˆ，而且最好是高自动化的。而高适应性的 Ferrobot 平ã台，是最有希望对该瓶颈进行突破的手段之一。

接下来的一年多里，核心成员们进行着循›环讨论、实ટ验和分析，这种一周 7 天、早 7 晚 11 的工作模式，大大加速了实验进程，让微流控芯片的设计及优化、电路程序优化、生物化学试剂兼容ણ性等核心问题得以解决。

最终，相关论文以《铁机器人群使可访问੧且适应性强的自动化病毒测试成为可能》（Ferrobotic swarms enable accessible and adaptable automaⓜted viral testing）为题发表在 ‏Nature 上 [1]。

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如今，林海松已经离开美国，也离开了当时的团队，目前任职于香™港大学，&#25bc;但基于 ⓩFerrobot 平台的跨国合作仍会继续。

在科研层面，他们仍在基于 Ferrobot 平台寻找一些关键的生物৻化学标记物，希望能对更多类型的人体健康状况进行评估，甚至对潜在疾病·◈进行预测。

在成果转化层面，在由香港大学机械工程系教授岑ⓝ浩璋领导的先进生物医学研究中心（Advanced Biomeädical Instru&#25d3;mentation Center）里，林海松最为相关项目负责人正尝试把自动化生物标记的检测技术，推向更多外部实验室、医院、以及检测机构。

当然，也在尝试&#ffe1;推向寻常百姓ⓖ家，希望能让人们通过几滴唾液或汗液，就∪可以在电脑旁获取自己的健康信息。另据悉，目前林海松课题组也在招募博士生、博士后和科研助理（linhs@hku.hk）。

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