几种新型冠状病毒检测技术原理简介（几种新型冠状病毒检测技术原理简介）

近几天，出现的多种新型冠状病毒的检测手段，都大大提高检测效率，本文简单说明PCR核酸检测、IgM抗体检测和阿里AI检测技术的基本原理。

冠状病毒的结构和其他病毒类似，是由一个保护性蛋白质外壳包裹的一段RNA核酸分子（有些病毒是DNA）构成的非细胞形态的类生物。RNA就是病毒的独有遗传信息，每一种的病毒的RNA排序是不一样的，类似每个人的DNA不一样。遗传信息就是高中生物的核酸分子中ATCG的排列顺序，测序也是测量这个排序。

RNA与DNA遗传信息

这是最开始的使用的，PCR核算检测最基本的原理就是聚合酶链式反应（Polymerase chain reaction，简称PCR），是一项利用DNA双链复制的原理，在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术，也就是人工体外复制DNA片段。这个技术是凯利·穆利斯于1983年发明，10年后他也因此获得诺贝尔化学奖。

PCR反应

发生PCR反应需要一些条件，其中有三个关键：模板、引物和探针。模板就是要复制的DNA片段，这个来自被测患者体内，引物和探针相当于复制所需的原材料，这些原材料是根据病毒的基因序列制作，是制作核酸检测试剂盒的关键信息，中国疾控中心也给出了两者的基因序列信息。其中，引物是有排他性的，只有碰到匹配的DNA序列（冠状病毒）才会开始复制，没有的话就不会复制；而荧光探针在DNA复制的过程中会释放出荧光物质，这样复制就可以被观测到，说明存在冠状病毒，没有观测到说明不存在冠状病毒。

疾控中心给出的引物与探针

当然，实际操作比原理更复杂，首先从患者呼吸道取样提取RNA，需要逆转录为DNA才能进行PCR反应，PCR整个过程需要经过变性（93-98℃，1-2分钟），退火（68℃左右，1-2分钟）和延伸（72℃左右）三个阶段，PCR反应的控制都是在自动化设备中进行。由于种种原因，冠状病毒PCR核酸检测准确率约30%-50%，存在假阴性，就是实际患病但是没有检测出来，所以需要做两次检测提高准确率。

IgM全称免疫球蛋白M，是由B细胞分泌的一种基本抗体。IgM是免疫系统对抗病毒的第一波抗体，每个抗体结合特定抗原，像特定的锁需要特定的钥匙开。那么病患有没有感染新冠病毒，就可以通过检测人体血液中有没有针对冠状病毒产生的IgM进行判定。

抗体与抗原结合

新冠病毒IgM抗体快速检测试剂类似验孕棒，即两道杠就是阳性，只有质控线一道杠就是阴性，其他形式就是无效结果。

检测试纸

这种检测方法的原理如下图，样品垫就是滴加病患血液样本的地方（对应上图的S），然后血液会向吸水垫的方向流动。被测血液样本会在三个位置反应：

第一步到结合垫，此处有金标抗原（可以理解人工制造的病毒），如果患者有IgM抗体就会和金标抗原结合；没有就直接通过。

第二步到检测线，此处有抗IgM抗体，作用是截留上一步有患者IgM与金标抗原的结合体，就会显颜色。如果由于患者血液中没有IgM抗体就没有颜色变化。

第三步到质控线，此处有抗原特异性抗体（可以理解为人工IgM），不管患者血液中有没有IgM，结合垫位置的金标抗原（人工病毒）都会到这，与人工IgM结合显示颜色。这步是为了确保检测试纸功能正常。

IgM测试原理

相对于核酸检测，IgM抗体检测时间窗口上要晚一些，因为要等免疫系统产生特定的IgM才能被检测到（身体受抗原刺激大约一周才产生IgM），但是速度快且方便，同时不用接触到病毒。

类似抗体检测的，还有一种就是冠状病毒抗原检测，原理和上面类似，只是样品垫上滴加的是患者体内提取的抗原（呼吸道获取），其他位置对应人工抗原与抗体，判定结果还是两道杠为阳性。

阿里达摩院的AI检测是根据病患肺部CT影像进行检测，与上面的生物方式完全不一样，本质是根据临床症状来检测，也就是通过感染冠状病毒后对肺部造成的影响来判定。只不过，之前是医生人工人眼观看患者肺部CT影像，结合自身知识判断是否为冠状病毒造成，现在换成计算机，使用技术主要为机器学习中的深度学习技术，计算机学习了医生人工判定的CT影像资料，加上关于冠状病毒的论文研究，就可以读取肺部CT影像许多特征来判定病患是否被感染。

肺部CT影像

总之，不管哪种检测方式都有一定的优势和局限性，但都能给医生提供判定依据，且都在不断提高判定的效率和准确性。

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