编者按
冬奥赛场不仅是体育健儿的竞技场，也是中国科技创新的展示台。申冬奥成功以来，围绕“科技冬奥”，一系列创新成果喷涌而出。科技为冬奥赋能，不仅将这场冰雪盛会装点得更加精彩，也将为今后全民共享冬奥成果打下坚实基础。
南方日报今起推出系列报道，介绍赛场内外的科技创新成果，敬请垂注。
气溶胶是由悬浮于空气中的液滴或固相颗粒组成的胶体系统，可被人直接吸入肺部。监测气溶胶新冠病毒，是防控疫情环境传播的重要一环。通过监测高风险区环境，特别是密闭环境介质中的新冠病毒，可以及时发现疫情隐患，提高疫情防控效率。
2020年10月起，清华大学等多家单位的科研人员开展紧急攻关，用8个月时间研制出公共空间生物气溶胶新冠病毒核酸监测系统，成功解决了气溶胶检测难题。在即将到来的冬奥会上，这一系统将提供全面气溶胶新冠病毒检测保障。
8个月应急攻关
为了解决气溶胶检测难题，2020年10月，在北京市委、市政府的部署和北京市科委的直接领导下，清华大学医学院生物医学工程系刘鹏团队联合昌平实验室、北京大学等多家单位，开展应急攻关，8个月时间开发完成了公共空间生物气溶胶新冠病毒核酸监测系统。
刘鹏介绍，用于公共空间的生物气溶胶新冠病毒核酸监测系统分为两部分：便携式生物气溶胶采样器作为前端收集装置，将在需要检测的场所内工作，开展空气样本采样；自动化全集成高灵敏病毒核酸检测系统则设置在实验室，分析采集到的样本并生成检测报告。系统可实现真正的“样品入—结果出”式的高灵敏检测。
前端的“气溶胶采集器”，由北京大学要茂盛团队研发，随后又经过多次改进升级，更加便携易用。气溶胶采样器的中间是一个经过特殊设计的空腔，吸入的空气会在其中形成旋风。仪器启动后半小时就可采集12立方米内的气溶胶颗粒，并将其富集到病毒灭活液中。据了解，这一采集器的病毒富集效率为目前国内同类产品最高。
而在检测端，刘鹏和团队经过大半年的攻关，“一体化高灵敏新冠病毒核酸检测仪”应急开发完成。该系统采用微流控平台结合新型核酸提取与扩增技术，核心是磁带大小的核酸捕获及原位扩增检测芯片。芯片采用全封闭设计，采集到样本后，核酸捕获及原位扩增滤膜可从1毫升样本中捕获到80%以上的病毒核酸。随后，实验人员只需将芯片整齐地插入分子诊断检控一体机，仪器便可自动进行核酸扩增及分析，直接生成检测结果，全程不需要人工参与。
灵敏度、检测速度均大幅提升
“对空气进行检测，比通过咽拭子等传统方式要困难得多。”刘鹏介绍，该气溶胶核酸检测系统能实现每毫升20拷贝的灵敏度，而常规方法需要每毫升200至500拷贝才能检出，“可以说，检测灵敏度比现有技术提升了一个数量级”。
“另外，我们的检测时间也很短。”研发团队成员、清华大学医学院博士后李尚霖补充说，“国外纯自动化大概需要一个小时，我们只需要30—40分钟。”
此外，李尚霖还提到，该检测系统一次可以检测八个样本，而普通的全集成仪器一次只能检测一个样本。保守计算，每台采集器在现场采集30分钟，再经过45分钟的自动化一体检测，即可得出检测结论。从采样开始到将最终结果反馈至相关部门，全程不会超过4小时。
贴合比赛场景要求
在正式投入使用前，这套气溶胶核酸检测系统经过了专家论证，确认采集到的病毒在采集管内会被迅速灭活，保证后续检测过程的安全。
2021年10月到12月，这套系统已经在首都体育馆、国家速滑馆、冰立方、五棵松冰上中心、国家体育场等5个奥运场馆，主媒体中心，和西苑宾馆、紫玉宾馆等2家签约酒店进行了气溶胶采样和检测工作。该系统在冬奥测试赛中进行了广泛的应用和验证，并针对赛时的防疫条件进行了相应的优化，更加贴合冬奥比赛场景的要求。
据悉，本项目已被确定为“科技冬奥”所有场馆实施的项目之一。按照计划，项目组在冬奥会多个场馆布置气溶胶采集器，在昌平实验室和主媒体中心设置临时检测站，为冬奥会提供全面气溶胶新冠病毒检测保障。
南方日报记者王诗堃刘长欣
实习生席聪聪
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