十四年前見證北京奧運(yùn)火炬?zhèn)鬟f，如今掛帥攻關(guān)冬奧硬核科技

一聲咳嗽、甚至一次呼吸，新冠病毒就會(huì)從體內(nèi)鉆出，形成微小的顆粒，在空氣中久久懸浮。這被稱作氣溶膠的懸浮物，肉眼根本看不見，卻是劉鵬和一眾科研人員緊急攻關(guān)的戰(zhàn)場(chǎng)。

氣溶膠是新冠病毒傳播的重要途徑之一，可被人直接吸入肺部。作為清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系研究員，劉鵬與他的團(tuán)隊(duì)花了8個(gè)月，研制出一體化高靈敏新冠病毒核酸檢測(cè)儀，配合北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院要茂盛團(tuán)隊(duì)前期開發(fā)的氣溶膠采集器，組成一套生物氣溶膠新冠病毒核酸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

這套系統(tǒng)將上陣北京冬奧會(huì)場(chǎng)館。45分鐘內(nèi)，實(shí)現(xiàn)新冠病毒的自動(dòng)化檢測(cè)，比常規(guī)方法靈敏10倍，助力冬奧精準(zhǔn)防疫。

“最靈敏”的病毒探頭

在北京昌平的實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后李尚霖向記者展示了這一整套儀器是如何操作的。從病毒裂解、核酸提取、擴(kuò)增、熒光檢測(cè)等，所有步驟都在這個(gè)機(jī)器里自動(dòng)完成，并能同時(shí)檢測(cè)8個(gè)樣本。

在此之前，人們已經(jīng)掌握了人與物表的新冠病毒檢測(cè)方法，但空氣中新冠病毒的檢測(cè)一直是個(gè)難題。“一方面是氣溶膠的采集，另一方面就是靈敏度。病毒一旦擴(kuò)散到流動(dòng)的空氣中，濃度就會(huì)變得非常低，這樣低濃度的新冠病毒去做檢測(cè)是非常困難的。”李尚霖說。

“拷貝每毫升”是一定體積內(nèi)病毒的數(shù)量單位，一定空間內(nèi)數(shù)量越少的病毒都檢測(cè)出來，代表靈敏度越高。目前市面上的新冠病毒檢測(cè)試劑盒，靈敏度一般在500個(gè)拷貝每毫升，性能比較好的，可以達(dá)到200個(gè)拷貝每毫升，而氣溶膠檢測(cè)儀直接提升了一個(gè)量級(jí)——每毫升只有20個(gè)拷貝的病毒，都能檢測(cè)出來。在全球這類一體化檢測(cè)儀中，還沒有超越這一數(shù)字的。

劉鵬介紹，隨著新冠病毒變種的增加，疫情傳播力越來越強(qiáng)。通過空氣、特別是氣溶膠的傳播，已經(jīng)越來越成為病毒傳播的主要途徑。而這款儀器，檢測(cè)的是病毒的保守序列，即不會(huì)發(fā)生變異的部分。因此，不管毒株如何變化，都能被敏銳識(shí)別。即使是最新的奧密克戎，也無處遁形。

8個(gè)月的背后，是多年基礎(chǔ)研究的鋪墊

劉鵬第一次接到研發(fā)任務(wù)的電話是在2020年10月，這是在北京市委市政府的部署和北京市科委的直接領(lǐng)導(dǎo)下的應(yīng)急攻關(guān)項(xiàng)目。盡管壓力在身，但他幾乎沒有猶豫，就答應(yīng)了下來，“心里還是有底的”。

彼時(shí)定下的項(xiàng)目周期只有不到一年的時(shí)間，并要求每?jī)芍軈R報(bào)一次進(jìn)度。

各個(gè)環(huán)節(jié)都在爭(zhēng)分奪秒地加速。2020年10月領(lǐng)下任務(wù)，2021年4月，進(jìn)入地壇醫(yī)院實(shí)地采集樣本，6月完成臨床實(shí)驗(yàn)。7月到9月，完成技術(shù)轉(zhuǎn)化、應(yīng)用論證、批量投產(chǎn)。10月開始，應(yīng)用于冬奧測(cè)試賽中。

實(shí)際的研發(fā)僅用了8個(gè)月。人們驚詫于這一成果用時(shí)之短。殊不知，8個(gè)月的背后離不開多年基礎(chǔ)研究的鋪墊。

檢測(cè)儀所涉及的一些核心技術(shù)，正是劉鵬團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)久以來的研究領(lǐng)域。因此，在開展項(xiàng)目之初，他們就確定了一個(gè)較為清晰的研究路線。實(shí)際的研究，就是一步步把構(gòu)思落實(shí)的過程。

清華大學(xué)官網(wǎng)上顯示，劉鵬“以微流控技術(shù)為支點(diǎn)，變革分子診斷和藥物篩選評(píng)估”。他曾開發(fā)了世界第一臺(tái)用于司法鑒定DNA分型檢測(cè)的高性能微型全分析系統(tǒng)，及其配套的檢測(cè)設(shè)備和試劑。公安系統(tǒng)所使用的——我國(guó)獨(dú)立自主的全集成法醫(yī)DNA檢驗(yàn)儀，也是他研發(fā)的，而這經(jīng)歷了近8年的攻關(guān)。

“科學(xué)研究來不得半點(diǎn)虛假，也不是一蹴而就的，是需要踏踏實(shí)實(shí)、長(zhǎng)時(shí)間的積累完成的。”劉鵬說，如果沒有前面這么多年的積累，面對(duì)后來的新冠疫情，也很難如此快地做出這些新的工作。2020年初，疫情爆發(fā)，劉鵬與清華大學(xué)另外兩位研究員白凈衛(wèi)、李寅青在三四個(gè)月的時(shí)間里，開發(fā)了家庭用一體化自助式新冠病毒核酸檢測(cè)卡盒。

正是長(zhǎng)期在基礎(chǔ)性工作上的鉆研，給了劉鵬揭榜掛帥的勇氣。

冬奧硬核科技背后的年輕人

劉鵬所率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，都是90后的年輕人。李尚霖是學(xué)生里的大師兄。李尚霖回憶，接到任務(wù)時(shí)，小組只有4名學(xué)生，他們每天幾乎有12個(gè)小時(shí)都泡在實(shí)驗(yàn)室里，沒有周末。實(shí)在累得熬不動(dòng)了，就讓自己睡個(gè)懶覺，下午再接著做實(shí)驗(yàn)。2021年的春節(jié)，也是在學(xué)校里度過的。

研發(fā)過程并非一帆風(fēng)順，大量的技術(shù)細(xì)節(jié)需要繼續(xù)攻關(guān)。儀器要經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的精巧設(shè)計(jì)，一個(gè)微流體管道的寬度就要計(jì)算數(shù)十次，不斷優(yōu)化儀器的靈敏度和穩(wěn)定性。

到了后期，學(xué)生們還擔(dān)起研究員之外的各類角色：招聘實(shí)驗(yàn)員、做培訓(xùn)、制定檢測(cè)規(guī)范。好在這個(gè)項(xiàng)目，有北京大學(xué)要茂盛教授和黃巖誼教授、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所任麗麗研究員、昌平實(shí)驗(yàn)室的共同助力，并通過北京工匠生物科技有限公司、北京梓晶生物科技有限公司順利投產(chǎn)，讓科技防疫的構(gòu)想落地成型。

2021年10月-12月，檢測(cè)儀在首都體育館、國(guó)家速滑館等5個(gè)奧運(yùn)場(chǎng)館、2家簽約酒店、以及主媒體中心得到應(yīng)用和驗(yàn)證。

在李尚霖心里，這個(gè)項(xiàng)目有著沉甸甸的份量。測(cè)試賽前，李尚霖的父親意外去世，他趕回老家甘肅，僅7天后，又立即投入崗位中來，保障了項(xiàng)目在測(cè)試賽中按時(shí)開展。他是項(xiàng)目的主力成員。

測(cè)試賽期間，共采集、檢測(cè)了348例標(biāo)本，檢測(cè)成功率100%。團(tuán)隊(duì)還針對(duì)賽時(shí)的防疫條件進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，以貼合冬奧比賽場(chǎng)景的要求。

目前，冬奧組委會(huì)已經(jīng)下發(fā)《北京2022年冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)期間生物氣溶膠新冠病毒監(jiān)測(cè)及應(yīng)對(duì)方案》。劉鵬團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)將作為賽事防疫體系中的一環(huán)，起到預(yù)警的作用——從采樣到把最終結(jié)果反饋至防疫部門，全程不超過4小時(shí)。

2022年的第一天，劉鵬還奔波在去往冬奧會(huì)主媒體中心的路上。3天后，那里將正式進(jìn)入賽時(shí)閉環(huán)管理。

劉鵬此前沒有想過，這項(xiàng)技術(shù)能被用在冬奧會(huì)中。奧運(yùn)之于劉鵬，是一種特殊情結(jié)。2008年，還是海外留學(xué)生的他，在舊金山見證了北京夏季奧運(yùn)會(huì)的火炬?zhèn)鬟f。14年后，奧運(yùn)圣火再次來到北京，劉鵬已成為一名歸國(guó)科研人員。他用親自研發(fā)的技術(shù)，為祖國(guó)再次舉辦的這場(chǎng)奧運(yùn)盛會(huì)，貢獻(xiàn)科技力量。

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