基于等温扩增技术和微流控技术的呼吸道病毒检测方法的建立与性能评估

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目的:由呼吸道病毒包括新型冠状病毒等引起的急性感染,已成为影响人类健康的公共卫生问题。由于仅依靠临床症状无法区分感染病原,因此亟需快速可靠的方法来识别感染病原,以迅速有效阻断病原体传播。本研究基于两种等温扩增技术,包括解旋酶依赖等温扩增技术(thermophilic helicase?dependent amplification,t HDA)和多酶等温快速扩增技术(multienzyme isothermal rapid amplification,MIRA),联合微流控技术,开发灵敏特异的呼吸道病毒核酸快速检测方法。方法:(1)建立常规RT-t HDA结合侧流层析试纸条(lateral flow dipstick,LFD)检测法:针对新型冠状病毒保守区基因序列设计和筛选RT-t HDA引物,优化反应参数。评估方法学精密度、检出限和交叉反应性。(2)建立常规RT-MIRA-LFD双重检测法:针对新型冠状病毒保守区基因序列设计和筛选RT-MIRA法引物探针。优化反应参数,实现双重快速检测。评估方法学精密度、检出限和交叉反应性。(3)建立并应用适用于微流控芯片的等温扩增体系:测试反应体积和病毒保存液对两种常规等温法的影响。利用建立体系开发RT-MIRA-LFD免提取法。评估方法学精密度、检出限和交叉反应性。以q PCR为金标准,采用90份临床模拟标本和153份咽拭子标本对该适用于微流控芯片的方法进行临床标本验证。(4)建立纸基微流控芯片多重检测法:针对另外4种呼吸道病毒设计筛选适用于微流控芯片的MIRA法引物,优化SYBR Green I浓度等参数。设计制作五通道纸基芯片,整合芯片外MIRA体系,自制便携加热设备启动反应。测试纸基芯片同时检测新型冠状病毒,甲型流感病毒H1、H3型,乙型流感病毒和腺病毒的可行性。结果:(1)常规RT-t HDA-LFD检测法,65℃60 min即可完成新型冠状病毒扩增。精密度实验表明C50±20%的浓度覆盖了C5~C95区间。N基因和E基因的检出限估计值分别为383.0(95%CI,362.7~411.2)copies/m L和357.1(95%CI,348.9~392.6)copies/m L。该体系未与其他呼吸道病原体交叉反应。(2)常规RT-MIRA-LFD双重检测法,引物浓度为200 n M,探针浓度为100n M,单管检测双靶点,38℃下20 min完成扩增。该法精密度实验表明,C50±20%的浓度覆盖了C5~C95区间。ORF1ab基因和N基因的检出限估计值分别为47.7(95%CI,45.4~51.1)copies/m L和47.9(95%CI,44.7~57.0)copies/m L。该法不与其他常见呼吸道病原体交叉反应。(3)RT-MIRA体系适用于微流控芯片,可直接检测不含胍盐的标本。利用该体系建立的新RT-MIRA-LFD法,免核酸提取,周转时间25 min,反应体积10μL。精密度实验表明,C50±20%的浓度覆盖了C5~C95区间。该体系不与其他呼吸道病原体发生交叉反应。ORF1ab基因和N基因的检出限估计值分别为49.5(95%CI,46.8~52.7)copies/m L和48.8(95%CI,46.5~52.6)copies/m L。标本验证结果表明RT-MIRA-LFD免提取法与q PCR法高度一致(Kappa值为1.00,P<0.05),敏感度为100.00%(95%CI,96.70%~100.00%),特异度为100.00%(98.10%~100.00%)。阳性预测值为100.0%(95%CI,96.70%~100.0%),阴性预测值为100.00%(95%CI,98.10%~100.0%)。(4)纸基微流控芯片检测法,扩增条件40℃20 min,SYBR Green I最适浓度为原液的6×10-2倍。该方法可同时检测新型冠状病毒,甲型流感病毒H1、H3型,乙型流感病毒和腺病毒。结论:(1)本研究成功建立了两种分别基于常规RT-t HDA-LFD和常规RT-MIRA-LFD的新型冠状病毒新型检测方法。(2)本研究在常规法基础上建立了适用于微流控芯片的等温扩增体系,还应用该体系开发了新型冠状病毒免提取检测法。该体系有望用于多种微流控芯片。(3)本研究初步建立了纸基芯片呼吸道病毒多重快速可视化检测法,进一步优化后,有望下一步应用复杂环境的现场检测。
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