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06-17
现在COVID-19疫情尚未结束，为了正常出行，核酸检测已成为家常便饭。
目前，新型冠状病毒的核酸检测主要采用鼻咽拭子和荧光定量PCR，即聚合酶链式反应（PCR）技术。
检测时间一般为2-24小时。
▲图片来自：浙江省人民政府 日益增长的出行需求和持续的疫情，以及较短的检测时间，让新型冠状病毒核酸检测面临着不小的压力。
因此，在保证结果准确性的同时，检测速度必须更快。
近日，复旦大学刘云圻和魏大程领导的研究团队在《自然生物医学工程》杂志《Nature Biomedical Engineering》（《自然》杂志子刊）上发表了研究成果。
研发的新型冠状病毒检测设备和方法可在5分钟内获得核酸检测结果，且更加准确。
目前常见的聚合酶链式反应（PCR）检测方法中，新冠病毒核酸（RNA）需要逆转录为DNA。
因此，在核酸检测中，如果病毒浓度过低，就会影响检测结果的准确性。
▲图片来自：人民网 复旦大学研究团队发表的文章提到，微机电系统（MEMS）具有高度集成、体积小、廉价高效、具有商业可行性等特点。
但基于 MEMS、NEMS 和 FET 的生物传感器在某些情况下很难保持灵敏度。
为此，复旦大学研究团队开发了基于MolEMS（分子机电系统）的晶体管传感芯片。
他们提出的MolEMS（分子机电系统）是一种由DNA分子自组装并在外部电场驱动下的微型器件，可以精确调控分子识别和信号转换的过程。
▲MolEMS 和 MolEMS g-FET，图片来自：Nature Biomedical Engineering 在实践中，大多数生物传感器无法在生物液体中实现超高灵敏度。
MolEMS独特的结构可以实现超精密的生物检测，并实现高效的生物识别和信号转导，从而产生超高的灵敏度。
研究结果还指出，SARS-CoV-2（新型冠状病毒）RNA大约有30个核苷酸长，测量临床样本将具有更高的生物学复杂性、患者之间的变异性、样本采集和制备程序也存在不确定性。
MolEMS检测核酸样本无需复杂耗时的核酸提取和扩增过程，可直接检测鼻咽拭子样本中的SARS-CoV-2 RNA。
诊断COVID-19的时间约为0.1-4分钟，平均60秒。
研究人员使用 MolEMS g-FET 组装了 COVID-19 测试系统，用于现场和护理点测试。
测试系统由MolEMS g-FET集成测试模块和主系统组成。
为了避免不同样品之间的交叉干扰，采用一个模块测试一个样品。
▲SARS-CoV-2核酸检测，图片来自：自然生物医学工程 只需更换MolEMS测试模块，主系统即可重复使用进行多次测试。
该系统的操作分三步：第一步是将测试模块连接到主系统，通过USB、Wifi或蓝牙将计算机或智能手机连接到测试系统。
第二步是打开覆盖测试模块 PDMS 孔的密封件。
第三步是将测试样品添加到 PDMS 孔中并从计算机或智能手机读取结果。
研究结果显示，与 MEMS 和 NEMS 相比，MolEMS 降低了成本、体积和重量，并允许进行分子级操作。
操作简便、灵敏度高、特异性强、便于携带。
假阴性和假阳性的概率极低，而且比PCR检测速度更快。
▲超灵敏生物检测和长期稳定性，图片来自：Nature Biomedical Engineering 便携式系统进一步开发后，可用于机场、诊所和当地急诊部门的现场和护理点检测，甚至在家里。
有助于提高核酸检测效率，减缓病毒传播。
值得注意的是，MolEMS 的开发还可以在几分钟内对其他疾病进行超精确诊断，而无需通常需要数小时或数天的目标纯化、扩增或培养。
除了生物传感之外，MolEMS的设计原理还可以用于设计其他更高精度的机电器件和功能系统。
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