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TIMELINE#

核酸檢測技術(shù)以特定的核酸為目標(biāo)，包括許多步驟，如樣品處理、核酸提取、擴(kuò)增和檢測。在臨床實(shí)踐和其他生物分析領(lǐng)域，從樣本中提取的核酸被用作擴(kuò)增模板，這些結(jié)果將成為疾病診斷和其他生物分析的重要依據(jù)。與傳統(tǒng)的細(xì)胞檢測和免疫檢測相比，核酸檢測具有更高的靈敏度和特異性，檢測速度快，廣泛應(yīng)用于傳染病和遺傳病的診斷和篩查、腫瘤分子診斷以及生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究。

名詞縮寫釋義

Whole process automation nucleic detection system?

（WAS)全過程自動(dòng)化核酸檢測系統(tǒng)

Integrated nucleic acid detection machine?

(IDM)集成核酸檢測機(jī)

Point-of-care testing

(POCT)護(hù)理點(diǎn)檢測

High-efficiency particulate air filter

?(HEPA)高效微粒空氣過濾器

核酸檢測主要包括三個(gè)步驟：1）核酸提取，2）擴(kuò)增系統(tǒng)制備，3）聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）擴(kuò)增。它主要在分子實(shí)驗(yàn)室的三到四個(gè)獨(dú)立的封閉區(qū)域內(nèi)完成。為了避免污染，科學(xué)家們穿過一條特殊的走廊，通過封閉區(qū)域之間指定的轉(zhuǎn)移窗口轉(zhuǎn)移材料。然而，隨著核酸檢測技術(shù)的不斷進(jìn)步，一種操作簡單、耗時(shí)少、成本低的新型核酸檢測系統(tǒng)有望問世。這種系統(tǒng)可以應(yīng)用于護(hù)理點(diǎn)檢測（POCT），無需專業(yè)操作員和精密輔助設(shè)備，甚至可以用于戶外社區(qū)診所。因此，整合核酸提取、擴(kuò)增和檢測的 POCT 核酸分析系統(tǒng)的研究已在世界范圍內(nèi)展開。越來越多來自各個(gè)領(lǐng)域的研究人員致力于這項(xiàng)研究，并致力于解決核酸檢測應(yīng)用中的許多問題。
隨著 COVID-19 在世界各地的爆發(fā)，核酸檢測需求的突發(fā)性增長給各個(gè)國家和機(jī)構(gòu)帶來了巨大壓力。實(shí)驗(yàn)室檢查員每天必須完成數(shù)千到數(shù)萬次核酸檢測。這種高強(qiáng)度的工作和巨大的感染風(fēng)險(xiǎn)將導(dǎo)致新的問題和隱患。因此，各個(gè)公司和科研機(jī)構(gòu)都開發(fā)了核酸檢測的全過程自動(dòng)化系統(tǒng)。同時(shí)，為了滿足現(xiàn)場快速檢測的需要，還開發(fā)了集成快速檢測儀器。

01

全過程自動(dòng)化系統(tǒng)及綜合檢測機(jī)

（1）全過程自動(dòng)化核酸檢測系統(tǒng)（WAS）??? WAS 包括核酸提取、擴(kuò)增系統(tǒng)制備和核酸擴(kuò)增分析模塊。每個(gè)模塊相對獨(dú)立，通過機(jī)械自動(dòng)化和集成，所有模塊都由自動(dòng)化中心控制，以利用自動(dòng)化甚至無人系統(tǒng)。WAS 具有以下優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高；生物安全風(fēng)險(xiǎn)低；高通量系統(tǒng)。高通量是這個(gè)系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)。（2）集成核酸檢測機(jī)（IDM ）??? WAS 涉及的檢測流程環(huán)節(jié)多，要求一定的空間，影響了其在護(hù)理點(diǎn)檢測（POCT）中的應(yīng)用。IDM 體積小，自動(dòng)化程度高，生物安全風(fēng)險(xiǎn)低。該集成機(jī)器還可以完成核酸檢測的所有程序。然而，與 WAS相比，IDM 是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，IDM 中的每個(gè)模塊不是獨(dú)立的，而是集成到系統(tǒng)中。這兩種檢測系統(tǒng)功能相似，但適用于不同的場景。WAS 由三個(gè)或更多模塊組成，該系統(tǒng)通常用于大型醫(yī)院和機(jī)構(gòu)中的大量樣本的快速檢測和篩查。由于占用空間大，該設(shè)備經(jīng)常安裝在獨(dú)立的房間或空間中。IDM 是一種獨(dú)立的設(shè)備，主要用于社區(qū)檢測機(jī)構(gòu)、現(xiàn)場檢測和 POCT。

02

?核酸檢測系統(tǒng)的原理及發(fā)展現(xiàn)狀

? ??核酸檢測自動(dòng)化系統(tǒng)的組成和原理如圖（Fig.1）所示。根據(jù)工作流程，系統(tǒng)可分為四個(gè)獨(dú)立工作的模塊：自動(dòng)分配（分杯）、自動(dòng)核酸提取、自動(dòng)擴(kuò)增系統(tǒng)制備和自動(dòng)擴(kuò)增分析模塊。各模塊之間的物料通過搬運(yùn)裝置（機(jī)械手或?qū)Ｓ幂斔蜋C(jī)）進(jìn)行輸送，各模塊由主控終端通過通信總線進(jìn)行協(xié)調(diào)。為了防止污染和生物安全風(fēng)險(xiǎn)，每個(gè)模塊或系統(tǒng)獨(dú)立采用高效微?？諝膺^濾器（HEPA）來保持負(fù)壓。核酸提取過程旨在從樣本中分離和純化核酸，包括 DNA 和 RNA，以滿足擴(kuò)增要求。PCR或其他技術(shù)用于執(zhí)行特定的核酸擴(kuò)增步驟，并通過測量熒光信號(hào)或其他信息來檢測結(jié)果。

? ??隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，檢測方法越來越多。然而，大多數(shù)核酸檢測的目標(biāo)是從生物樣本中獲得高度純化的核酸模板。核酸模板的質(zhì)量對檢測靈敏度和特異性有重要影響。因此，核酸提取方法是核酸檢測過程中的關(guān)鍵部分。世界各地的研究人員投入了核酸提取的研究和方法開發(fā)，并長期探索提取試劑和材料的應(yīng)用。人們發(fā)明了一系列經(jīng)典的核酸提取方法，如苯酚/氯仿提取法、硅膠基質(zhì)法、磁珠法和陰離子交換法。隨著微加工技術(shù)的進(jìn)步，磁珠提取方法得到了廣泛的認(rèn)可。大多數(shù)核酸檢測儀器都采用了磁珠提取系統(tǒng)。??? 核酸擴(kuò)增是核酸檢測中最常用的方法，而 PCR 是 DNA 或 RNA 擴(kuò)增中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。PCR 是一種體外酶法合成特定片段的方法。它由幾個(gè)連續(xù)反應(yīng)組成，包括高溫變性、低溫退火（復(fù)性）和適當(dāng)?shù)臏囟妊由?。擴(kuò)增產(chǎn)物可以是一種新的模板，允許快速擴(kuò)增目標(biāo) DNA。該方法特異性強(qiáng)、靈敏度高、操作簡單、省時(shí)。大多數(shù)自動(dòng)化儀器中的擴(kuò)增方法是實(shí)時(shí) PCR。近年來，大量放大步驟和探針的使用使得能夠同時(shí)檢測多個(gè)目標(biāo)。此外，等溫?cái)U(kuò)增引起了越來越多的關(guān)注。與其他方法相比，該方法成本更低、耗時(shí)更少，同時(shí)需要更簡單的設(shè)備和更方便的操作。

信息來源：：X. Yuan, G. Sui, D. Zhang et al. Recent developments and trends of automatic nucleic acid detection systems.Journal of Biosafety and Biosecurity,Journal of Biosafety and Biosecurity 4 (2022) 54–58

文獻(xiàn)來源 |?本文由中科院上海生命科學(xué)信息中心與上海曼森生物合作供稿

內(nèi)容審核 | 曼森生物郝玉有博士

排版編輯 | 曼森生物劉娟娟編輯

【文章來源：曼森生物MediaCenter】