光学与新冠病毒检测

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COVID-19 检测方式

COVID-19由新冠病毒SARS-CoV-2引起。当前的测试方法有两种：RNA病毒核酸检测和血液抗体检测。


核酸检测

核酸检测是通过与SARS-CoV-2试剂进行PCR（聚合酶链反应）后，通过光学方法检测读出病毒存在或载量。此方法通常涉及鼻拭子或口腔拭子（也有唾液方式正在开发中），并指出被测试人是否患有活动性感染并可能具有传染性。此测试需要扩增病毒核酸，然后在PCR仪器中定量读取。这种仪器一般比较大型和复杂，很多仪器会自动处理核酸样品和试剂，通过温度循环的PCR过程扩增核酸，并通过光学模块对荧光标记的目标核酸分子进行定量。根据仪器和具体技术手段的不同，检测时间从几分钟到几天不等。病毒核酸PCR测试是了解和控制当前COVID-19疫情的关键。


抗体检测

抗体是免疫系统响应感染而产生的蛋白，对该特定感染具有特异性。血液测试可检测仅在感染期间或感染后出现在体内的抗体。血液抗体一般用在测试棒上的层析法测得（例如免疫胶体金技术）。此测试的使用范围广，不需要大型仪器，可以即时随地测试（POCT），甚至可以在家中进行。它可以测试出既往感染者，他们常常由于症状轻微或没有症状而未参与核酸检测。需要注意的是，当前的研究并不支持抗体阳性与是否对COVID-19免疫并且可以防止再次感染该病毒的关联。抗体测试可为流行病学研究提供最基本的数据。


当前全球几百家实验室和诊断开发公司在夜以继日地努力开发SARS-CoV-2冠状病毒的检测方式，如下图综述。



Source:

(1): ARTIS Ventures https://www.av.co/covid (主要综合PCR 核酸测试)
(2):https://www.360dx.com/coronaviru ... ched-covid-19-tests (综合PCR核酸和血液抗体测试方式)  

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光学与核酸PCR检测仪器

新冠病毒核酸检测的定量PCR仪器包括如下几大部分：

样品和试剂反应模块 — 不断快速将样品加热并冷却至精确温度（温度循环），以促进核酸变性，打开双链，然后在每轮DNA扩增中通过聚合酶按照指数级增扩，增扩到一定浓度后可以被光学模块识别。


光学模块 — 在存在荧光报告基因（例如DNA染料或标记探针）的情况下，对每个PCR反应的荧光强度进行测量即可确定目标靶标的存在。

控制和分析软件 — 外置或内嵌的电脑软件系统控制反应，实时分析和报告数据。




不同PCR仪器的光学模块：

(A) Bio-Rad CFX96 qPCR system, (B) MiniOpticon™ real-time PCR, (C) iQ™5 real-time PCR, (D) DNA Engine Opticon® 2 real-time PCR.
Source:https://www.bio-rad.com/en-us/ap ... pcr-instrumentation


不论PCR仪器配置和种类，仪器中的光学系统都包括如下部件：

光源：一般以LED为主（某些高性能系统采用激光），单色或多色，单个LED或多个LED阵列。虽然LED芯片较为廉价，但是整个光源模块需要散热控温，实时监测和调整光学强度，并且通过透镜准直光路，设计和生产需要很强的技术能力。


光源端和探测端滤光片：通过不同滤光片输出荧光标记物特有的激发波长，和收集标记物特有的发射波长，阻断其他不相关波长，可大幅提高读取信噪比。

光路整形系统：通过透镜、棱镜、柱面镜、镀膜二向色镜等光学部件将激发光聚焦在样品上，并收集荧光信号到探测器上。


探测器：根据系统配置不同，探测器一般有简单的光电二极管PD，高灵敏度的雪崩二极管APD，成像CMOS芯片，或者单光子灵敏度的PMT或者SiPM模块。

机电系统：动样品平台，滤光片轮的电机等。


当下生物医疗检测仪器的龙头企业在海外（BioRad，Abbott，Cepheid，ThermoFisher等），国产仪器奋起直追。

三家光学公司2016年合并而成的海创光电（Hitronics Technologies），在生物医疗光学领域有数十年的综合经验，能够全面提供PCR仪器中的光学部件和子系统模块。数十位的光机电工程师，和900余员工可提供设计，低成本的OEM量产，和代加工组装等解决方案。





海创光电可为PCR仪器提供全部光学部件，包括：LED和激光准直模块，荧光滤光片和镜面，各种镜片和复杂镜头，探测器模块和封装，光机电一体设计和量产方案等。

如今，海创光电已成为精密光学的世界级制造商，足以应对生物医学，激光雷达，光通讯，高功率激光和仪器行业从设计到批量生产的挑战。公司总部位于中国福州，在美国和欧洲设有办事处，拥有900名熟练员工的全球团队，25,000平方米超净间设施，相关行业ISO 9001，ISO 14001，ISO 45001，AS9100D和IATF16949等认证，致力于满足全球对以最高质量标准生产的真正具有成本效益的光学器件的需求。