编者按：今年，启明创投投资企业普世利华和盖茨基金会签署了关于“性传播感染（STI）项目”的合作协议，共同致力于减轻中低收入国家性传播感染的负担。

日前，普世利华总经理陈翀在与盖茨基金会的分享中，分析了疾病检测的难点在于“中心化”，因此普世利华团队希望研发出一款成本低廉、方便使用的核酸检测仪产品。他介绍了团队对核酸扩增过程中的酶及核酸扩增技术方法学进行优化，并且在综合考虑使用者的需求等因素后，成功设计出了一款只有可乐罐大小，价格不到传统设备1%的核酸检测仪。据悉，不少医疗资源匮乏地区的初级诊疗单位，已经开始使用这款产品检测结核等重大传染病。

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普世利华总经理陈翀

当人们生病后就近前往诊所，被医生怀疑是某种传染病，但限于医疗条件做不了检测。只能辗转来到大医院，却发现仍然要等1-2天才能出结果。等真拿到结果，至少三五天过去了。不仅延误了病情，如果得了严重的传染病，还可能造成更大范围的传播。

诺萨·塞诺拉·德·法蒂玛社区的诊所，该社区距离塔鲁玛-米林河上游大约1小时的船程。这家诊所提供基础的健康服务，包括疟疾和结核病的诊断与治疗、产前护理等

这不是编造的故事，而是许多医疗资源匮乏地区的现实。

盖茨基金会高级项目官杨忞表示：“检测是传染病防控的最前沿。然而，对于很多资源有限的国家而言，这是一条‘知易行难’的防控法则。以结核病为例，传统的痰液检测方式，不仅耗时长，还需要可靠的冷链物流、稳定的电力保障，以及大型实验室和专业的技术人员，这在很多地区都难以实现，而结果就是这个可防可治的疾病，仍是全球最大的传染病杀手，每年夺走超过100万人的生命，而在每年1000万新增的结核病人中，有至少300万未被诊断或报告。”

因此，当盖茨基金会发现普世利华总经理陈翀团队研发的创新恒温扩增技术检测设备时非常惊喜，这种小巧的设备不过巴掌大，使用操作步骤简单，并有效应对了电力和冷链系统的稳定性问题，同时准确性不低于传统检测方法，非常适合在资源有限的地区使用。而为了让这项技术能够更早地服务于有需要的人，盖茨基金会正为这款设备的产品开发、海外临床试验，以及申请世界卫生组织（WHO）预认证提供支持。

如今，这款设备已经在越来越多的国家和地区应用，帮助防控结核病等传染病。它让人们看到了这样一种可能性：不论是在大城市，还是偏远乡村，准确、快捷、可负担的疾病检测是每个人都能得到的健康保障。

01/
疾病检测难
因为中心化

哪怕生活在大城市，陈翀也经历过类似场景。“有时候小孩子半夜发烧，我们带去急诊，医院开完检测，但结果要一两天才出来。如果白天去医院，家长还得请假，如果无法当场得到确诊，还要等第二轮。”

之所以这么慢，主要是因为疾病检测的“中心化”。

比如结核病诊断，世界卫生组织推荐使用快速分子检测技术作为初始诊断方法。但传统的核酸检测仪器比较昂贵、复杂，一台要几十万甚至上百万，而且对使用场地、人员的专业程度都要求很高。因此，往往只有大型医院才具备能做检测的中心实验室，没有条件的医院就得把样本送去外检，一来一回出结果自然更慢。

绍兴中心医院的医生正在使用分子诊断仪进行检测

即使在有中心实验室的大医院，检测也并不快。因为传统核酸检测仪不仅复杂，体积也大，这意味着对实验室来说，并不是一个样本来了就开始检测，而是要等凑足了样本，再一起检测，也得花上一两天时间。

检测“中心化”的结果就是，哪怕生活在大城市，也无法快速得到诊断，更遑论医疗资源匮乏的地区了，不仅难以负担昂贵的设备，更不具备能进行复杂操作的专业人员。

不难看出，“中心化”的关键症结在于核酸检测仪器，它昂贵又复杂。

如果核酸检测仪可以做得更便宜、操作更简单呢？是否就不需要中心实验室了？

02/
修炼“内功”
从酶开始

这就是陈翀和团队的设想——做一个成本低廉、方便使用的核酸检测仪。

想法虽好，但实现起来非常难，尤其是在准确性不变的大前提下，还得兼顾便宜和简单。

陈翀用了一个武侠小说来比喻：“这就像两个人比武，传统的核酸检测仪，就像人拿着倚天剑、屠龙刀，装备精良，我们想设计的新仪器就像一根树枝，怎么能打赢呢？就得靠修炼内功。”

对核酸检测来说，“内功”的修炼主要指核酸扩增技术。

当病人罹患传染病时，其痰液、唾液或鼻腔里很可能含有病毒或者细菌的基因，也就是核酸。但是，在传染病发生初期，由于病原含量较低，采样后的鼻拭子或者痰液样品中核酸含量其实很少，仪器难以直接检测到，核酸扩增技术是将这些核酸进行体外扩增，放大到仪器可以检测的水平。

在核酸扩增过程中，“酶”起到了关键性的作用，它就像检测反应里面的“总指挥”。传统的大仪器检测时，需要先对采集的样本进行纯化，把其中的杂质都去掉，剩下足够纯净的物质，这样“酶”这个“总指挥”才能识别并结合核酸，再进行后续的复制、扩增的步骤。为了简化这个流程，陈翀和团队决定对“酶”进行优化。

他们利用人工设计和AI设计两种方法，改造、筛选了大约上百种酶，最终选出来了两三种酶。这些经过改造的“酶”，变得更加强壮，工作的速度更快，而且不受杂质的干扰，所以它可以在采到样本之后跳过纯化的步骤，直接进行检测。

这样一来，检测的设备和流程，都可以变得更简单、更快，也就节约了成本。

03/
给恒温扩增
加一个信号放大器

修炼“内功”的第二步，是对核酸扩增技术方法学的优化。

传统的核酸扩增技术在扩增时，需要变性、退火、延伸，即需要反复进行高温-低温-中温的热循环，才能完成核酸的扩增。而如果采取恒温扩增技术，仪器就可以设计得比较简单，降低成本。

当时，常见的恒温扩增技术有十多种，陈翀和团队把每一种都试了一遍，并在摸清楚了核心的酶和反应体系的基础上进行了调整和优化。

2020年前后，他们挑出了最有希望的版本，设计成了一个核酸检测仪，在实验室中，它表现得还不错。但拿去测试真实的临床样本，却发现效果还是不尽如人意。“跟传统的核酸检测仪相比，准确度可能还差个10倍。”

大量的时间和成本投入了，新的仪器也小巧、方便，但性能不够好。

现有的路，似乎已经走到了头。陈翀和团队做了一个决定——推翻过去的尝试，自主研发一条新路线。

这是一个困难的决定，意味着更多的投入、更漫长的摸索。“但我们还是想做一个有意义的产品，能真正改变什么的产品，而不是马马虎虎60分的，这个时候就不能考虑太多，万一做不成怎么办？这些杂念想多了没有帮助。”

他们总结原因：之前的恒温扩增方法，之所以效果不佳，其实是因为灵敏度不够高，有些低浓度的核酸，可能会被仪器漏检掉。
想要解决这个问题，就得想办法让低浓度的核酸，也能被检测到。

于是，团队创新性地引入了一种“荧光探针”，它就像一个信号放大器。探针对特定序列进行识别并特异性结合后，被酶切发出信号，仪器检测特异性探针信号并自动分析，报告阴阳性结果。

这样就既降低了成本，又保障了检测的灵敏度。

04/
可乐罐大小的核酸检测仪

有了更“强壮的酶”和更“灵敏的核酸扩增方法”，陈翀和团队所设想的核酸检测仪，也就有了强大的内核。

但研发并不是就此结束了，要在真实世界中应用，需要考虑的维度还有很多。

“它好不好用？耐不耐用？生产的时候容易吗？成本低不低？”此外，还要根据使用者的不同区域，做出不同的设计：“比如，在高温、高湿度的地区应用，那仪器就得能在四五十度工作，再考虑到有些偏远的地方电力不稳定，仪器就需要电池驱动。”

尼日利亚阿布贾Durumi初级卫生中心的一名技术人员正在进行疟疾测试

把使用者的需求琢磨透了，才能做出有意义、能带来改变的产品。

最终，在考虑各方面的因素后，他们设计出了一款新的核酸检测仪。

它只有可乐罐那么大，价格不到传统设备的1%。而且它操作很简单，1-2分钟就能完成，偏远地区的医务人员经过简单培训就能完成。检测结果30分钟就能拿到，准确性还不低于传统的核酸检测。

经过不断地更新、迭代，目前这台核酸检测仪，已经可以检测30多种病原。不少医疗资源匮乏地区的初级诊疗单位，已经开始用它检测结核等重大传染病。

这个小小的“可乐罐”，已经应用在了一个距离大陆近3000公里的岛屿。岛上的居民有几百人，只有一个卫生所，就一个医务工作者，有了这个新的核酸检测仪后，岛民们不再需要乘船、乘飞机，去3000公里外的中心实验室检测，在岛上就能得到准确的诊断。

将复杂技术集成于方寸之间，让最边缘的人群也能及时、准确地得到检测，这才是了不起的创新。
 

来源 | 盖茨基金会