“大多数美国测试都是‘完全垃圾’，他们赚了可笑的钱，而且多数只给有钱人做......我们是世界唯一一个在检测上浪费大量资金的国家。”近日，微软公司联合创始人比尔 · 盖茨，再次就美国新冠疫情发言。这的确是美国当前的困境，但已有学者在想办法应对。
DeepTech 联系到加州大学尔湾分校药物科学系教授、2012 年《麻省理工科技评论》 “35 岁以下科技创新 35 人” 榜单（TR 35）上榜者赵伟安，这位华人科学家自 2020 开年以来，一直在为新冠检测“奋战”。
图 | 赵伟安（来源：受访者）
开创综合微阵列新冠肺炎检测技术
近日，赵伟安实验室发表论文《高特异性 COVID-19 的模块化微阵列成像系统抗体检测》A Modular Microarray Imaging System for Highly Specific COVID-19 Antibody Testing。
图 | 新冠检测示意图（来源：credit: Timothy J. Abram）
该论文主要讲述了他的最新研究成果——综合微阵列新冠肺炎检测技术（Comprehensive Coronavirus Microarray，下称“综合微阵列新冠检测技术”）。
目前，核酸检测是新冠诊断的主要方式，其挑战在于，很多无症状感染者、或轻症状感染者无法被检测出来，这样就会扩大新冠传播。
一种方法是血清检测，原理是看人体对新冠病毒有无免疫反应来做诊断。常见的血清检测方法有两种，一种是测向评析，使用方法和测孕试纸很相似；
第二种方法叫酶联免疫吸附试验，其基本方法是将已知的抗原或抗体、吸附在载体表面，使酶标记的抗原抗体反应在载体表面进行，进而检测新冠病毒的特异抗体。
由于当前美国食品药品监督管理局（FDA）暂无精力去审查各种血清检测方法的效果，因此市场上出现大量参差不齐的血清检测，比如一位受测者的结果是阳性，但其实他是假阳性，这种误测会使病人误以为自己已经免疫，但其实会增加自身感染和病毒扩散的风险。
此外，传统血清抗体检测方法，一般只检测一两个靶点的抗体。而新冠病毒和常规感冒病毒很相似，与此同时感冒病毒又分很多种。因此，如果抗体特性用得不好，可能就区分不出来受测者身上的病毒，到底是新冠病毒还是感冒病毒。
针对上述痛点，赵伟安实验室和合作伙伴 Philip Felgner 博士、Per Niklas Hedde 博士日夜攻坚 3 个月，研发出综合微阵列新冠检测技术。
可检测 14 种呼吸道病毒，造价仅两百美元
赵伟安表示，同样是血清检测，该团队的综合微阵列新冠检测技术，能一次性检测多个抗体，其中微阵列技术（Microarray）起着关键作用。
用微阵列技术，可将 67 个不同抗原打印到小芯片上，这些抗原覆盖含新冠病毒在内的 14 种呼吸道病毒。抗原，是病毒身上的蛋白组成部分，有了抗原就可以识别血清里的抗体。
仅对于新冠病毒本身，该实验室就可以用 11 种不同抗原去识别它的抗体，这也是该团队技术的灵敏性和特异性所在。
概括来说，使用综合微阵列新冠检测技术时，需要经过四个步骤，第一步是使用微阵列技术芯片打印抗原，第二部是加入样本和荧光标记，第三步是成像，第四步是数据分析。
样本采取和测血糖很相似，用一个很小的针头扎在指头上，出一两滴血就足以。患者甚至不需要去医院，自己在家就可以取样。
然后，把样本在微阵列上孵育, 将抗体与抗原结合，整个过程仅需要几个小时。如果你体内有新冠抗体，就会有荧光分子会它标记出来。
图 | 检测成像过程（来源：Lab on a Chip, doi: 10.1039/d0lc00547a）
微阵列检测设备成像之后，就可以做数据分析，根据图片上的荧光亮度，就能分析个体体内的已有抗体、以及缺乏的抗体，甚至可以分析不同抗体的浓度高低。
这可以帮受测者诊断、他是否感染新冠病毒、以及受测者有哪些过往呼吸道疾病感染史。最终生成的报告，可发送给个人或公共卫生部门。
赵伟安已经使用该技术，给自己做了测试。检测后发现，其一他没有感染新冠，其二他从小到大到感染过的呼吸道病毒也都被检测出来。这里面的逻辑和基因测序很相似，即通过检测来筛查疾病。
除可以检测受测者是否感染新冠病毒外，假如受测者已确定感染新冠，微阵列检测设备还可以获悉患者目前处于感染阶段、还是康复阶段。其中的医学原理是，病毒最初入侵人体时，首个出现的抗体叫 IgM 抗体，即保护性抗体。假如一个人感染新冠，这种保护性抗体可能出现一两周就会消失。
与此同时，又有新抗体——IgG 抗体出现（即免疫球蛋白 G），IgG 抗体在人体内存活时间可长达数月乃至数年。而该实验室的微阵列芯片，可根据不同抗体，显示出不同数据。
这时，医护人员就可以根据数据，判断该病人是处于感染阶段、还是康复阶段。而这些分析数据，一旦成批量地诞生，就可以助力疫苗研发和公共卫生。
更重要的是，该技术成本十分低廉。据赵伟安表示，此前的微阵列技术技术成像，往往需要配合大型仪器如荧光成像仪等，而荧光成像仪的造价，动辄就得几万美元一台，所以非常难推广。
而赵伟安的微阵列检测设备，造价非常便宜，只需两百美元。设计也很简单，用 3D 打印和组装制成原型机，然后用二极管去激发荧光，最后用照相机去拍照、并进行分析，效果跟几万美元设备的一样。
已经检测 6000 多位病人样本
谈及微阵列检测设备的使用现状，赵伟安表示，以美国加州橙县为例，该技术已经检测了 6000 多个病人样本。
目前，该技术正在申请 FDA 的紧急使用授权（Emergency Use Authorization），预计未来一两个月可以批下来。拿到该授权后，就可以进行合法的临床诊断。
届时，该实验室就可以助力大批量的新冠检测，通过和外部医疗机构做联创诊断的方式，来给个体做检测。
其次，由于该技术可以测出，个体体内是否产生新冠抗体。那么，获取已产生抗体的个体血液，并从该血液中提取出血浆，注射给其他新冠患者，就可以帮助后者痊愈。
该技术也将给疫苗研发带来帮助。当前很多制药公司都在做疫苗，但要想判断疫苗是否有效，就需要检测已经接种疫苗的志愿者体内是否已经产生抗体，以及其抗体和新冠抗体是否一致，而这正是微阵列检测设备，可以实现的功能之一。
对于其中的原理，他解释称，当一个人感染病毒或细菌以后，就会产生多种免疫反应，免疫反应就是抗体，抗体可以持续多年、甚至终生存在你的身体里。而该团队的技术原理，正是通过检测抗体，进而获悉你的疾病感染历史。
与此同时，赵伟安和他的初创公司 Velox Biosystems, Inc 还在做自动化，其实现一台机器每天可以检测几万份样本，这非常适用于大需求场景。
赵伟安告诉 DeepTech，未来该设备的每日可检测数量会更高，届时有望在全美国、甚至全世界推广。目前，Velox Biosystems 也在寻找和大的诊断公司和大型检测机构合作，让技术更普及，从而惠及更多人。
左手创业，右手科研
赵伟安在哈佛大学和麻省理工学院读书时的导师，在成果转化方面颇有经验。受益于导师影响，他多年来一直围绕应用场景做学术，并在所在学校的孵化之下，联合成立了多家公司。
其中，Velox Biosystems 这家公司主要做快速检测。另一家公司叫琥珀石（Amberstone Biosciences, Inc），主要做免疫药物研发，该公司建了一个单细胞高通量平台，可以实现有效筛选癌症类免疫药物，如含有抗体、双抗和 T 淋巴细胞的药物。
谈及为何成立多家公司，而不是把项目放在一个公司里做，赵伟安说这几家公司涉及到不同技术，由于差别比较大，分开做会更专业。
在他眼中，科研跟公司是相辅相成的。只有经营公司，才能真正发现需求，闷在实验室做出的成果，未必能解决市场痛点。科研和业界，本身就是互惠互利的好姐妹，业界的下游生产和临床试验等，也能给科研带来巨大补充。
此外，公司可以跟政府申请基金和创业融资。资金进来后，就可通过学校与公司的合作关系，申请相应的项目。做项目对于老师培养学生、以及发论文都非常有帮助。与此同时，公司在融资时，投资人也很看重他的学术资源背景。
虽然赵伟安是数家公司的联合创始人，但科研仍旧是他的主业，这些公司都有自己的运营团队。而他最初走上生物医疗之路，要从他的赤脚医生父亲说起。
投身科研，缘起幼时
赵伟安是山东潍坊人，父亲是赤脚医生，尽管生在农村，但家里很重视他的学习。
2017 年，中国科学院农业政策研究中心国际学术顾问委员会主席罗斯高博士研究发现， 63% 的中国农村孩子一天高中都没上过。但在上世纪八十年代，赵伟安四五岁的时候，父母就在家里用小黑板教他写字、学数学。
大学时，他考入山东大学，本硕都学的化学。后来，留学加拿大麦克马斯特大学，攻读化学博士。
读博期间的一位室友，促进他走上了科研之路。本来他留学加拿大，只是一个优秀生的正常选择而已。但这期间，他的室友不仅自己 “疯狂” 热爱科研，还每天给赵伟安 “安利” 各种论文，耳濡目染之下，赵伟安也逐渐爱上科研，而这位室友和他一样，现在也是一位教授。
博士毕业后，他来到哈佛大学医学院附属布莱根妇女医院、以及麻省理工学院，担任人类前沿科学计划博士后。在此期间，他专注于开发新型分子、纳米和微工程工具等。
虽然他本硕博都是化学专业，但化学与生物结合、并服务于医疗的愿望，终于在他自己的实验室得以实现。赵伟安也认为，创新往往来自跨学科交叉。
而如今，他又开始了科研和创业的跨界。这位带着淡淡口音的山东籍科学家，也终于把赤脚医生父亲的医学宏愿发扬光大。
来源：oschina
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