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新型冠状病毒检测诊断技术研发指引(下篇)
时间:2020-02-26 16:12来源:未知 作者:admin 点击:
编者按:为积极响应中央科技战疫号召,支持各类创新主体充分发挥科技创新优势,助力疫情防控和治疗工作科研攻关,北京知识产权运营管理有限公司(简称北京IP)充分发挥专业优
      编者按:为积极响应中央科技战疫号召,支持各类创新主体充分发挥科技创新优势,助力疫情防控和治疗工作科研攻关,北京知识产权运营管理有限公司(简称“北京IP”)充分发挥专业优势,综合运用知识产权大数据资源,聚焦疫情防控关键点相关专利,为打赢疫情防控阻击战贡献IP智慧,北京IP微信公众号特设“战疫专利洞察”专栏,本期发布内容为:《新型冠状病毒检测诊断技术研发指引》。
      该报告是北京IP以国家知识产权局编写的《抗击新型冠状病毒肺炎全球专利信息研报》为基础,专门摘出与冠状病毒免疫学检测法、核酸检测法以及检测仪器等相关的22篇重点专利文献,在人工逐篇解读并翻译美日韩等外文专利文献的基础上,重点提炼出“要解决的技术问题或有益效果”“所采取的技术方案”“技术用途或应用领域”等极具研发参考价值的关键信息。此外,报告还基于专利数据分析和相关产业信息,挖掘筛选出了一批在冠状病毒检测诊断领域已有研发布局的北京企业及高校院所。报告主要针对研发人员,旨在将专利数据与产业信息进行融合分析,以期帮助新型冠状病毒检测诊断相关领域研发人员精准获取高价值专利,提高研发起点,加快研发进程。

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新型冠状病毒检测诊断技术研发指引
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(二)核酸检测法
      核酸检测法是通过对生物样品中病原物质进行基因测序,从而做出诊断结果的检测方法。
     核酸检测法主要是改进 RT-PCR 的 灵 敏 度 和 特 异 性 , 例 如US2018127836A1 鉴定了冠状病毒在感染细胞中存在的高拷贝数的高度保守的若干短 RNA 序列,例如非翻译区的前导序列,这些前导序列是 MERS 冠状病毒基因组中表达最丰富的基因区域,可以引入锁核酸探针对其进行 RT-PCR LNA 扩增,可以考虑增加前到序列作为检测靶标。US2019203280A1 公开了一种增加核酸扩增灵敏度和特异性的方法,包括添加失活的 cas9 和结合于靶基因的引导 RNA(CRISPR 介导的生物敏感器)。US2011027862A1 公开了在含有 SARS 等冠状病毒 RNA的样本中加入盐酸胍和不超过 20mM 的金属离子,能够稳定RNA,可考虑用于检测样本的运送过程中。US10421802B2 使用苏拉明、Sso7d、AluI 甲基化酶和/或 poly(rA)(dT)n 等物质减少 RT-PCR 中的逆转录抑制。           WO2013049891A1 通过将不同大小的珠粒子集标记不同的特异性核苷酸探针来实现呼吸道病原体的检测,实现了菌体或病毒的高通量筛选,解决了目前 PCR 缺乏有效地处理大量含多个靶的样品的高通量检测能力的问题。该专利技术明确指出了包含珠粒的 PCR 系统可能会成为 RT-PCR 的一个发展方向,也为大样本、高通量检测提供了技术启示。
       WO2019178188A1则提供了一种面向使用者的即时床旁诊断系统,用专门设计的引物组和探针进行重组酶聚合酶测定(RPA),可实现包括 SARS 在内的多种病毒的即时床旁检测。该专利申请实际上也提出了一种设想,即将便携式的检测设备设置在隔离空间,利用物联网技术将其与诊断中心相连;在检测时,患者在隔离空间内自行提供样品(例如鼻拭子、唾液或痰液),设备检测出数据后传送给诊断中心;再由诊断中心的医师给出结论。这样的设置可以极大地减轻医护人员感染的风险,为实现快速、即时和远程检测提供了一种思路。我国在 5G 技术方面具有世界领先的优势,实现该专利构想的技术基础已经存在,此项技术的实施无疑对提高现在的疫情防控能力以及今后的传染性疾病检测的生物安全性给出了很好的启示。
表十一:专利文献US20180127836A1重要信息解读
表十二:专利文献US20190203280A1重要信息解读
表十三:专利文献US20110027862A1重要信息解读
表十四:专利文献US10301675B2重要信息解读
表十五:专利文献WO2013049891A1重要信息解读
表十六:专利文献WO2019178188A1重要信息解读

(三)冠状病毒检测仪器
本节选取了代表 PCR 检测仪器前沿技术的三个技术分支,包括集成化小型 PCR 分析仪、微流控 PCR 分析仪以及自动化 PCR 检测系统,试图通过分析为研发重点工作提供参考。
1、集成化小型 PCR 分析仪
     集成化小型 PCR 分析仪的研发侧重于装置的全封闭、一体化,避免气溶胶的产生。集成化小型 PCR 分析仪的定位是便于基层医院和中小型实验室的应用,因此,可以将分析仪设计成管式、卡式、盘式等,使得用户通过简单的按压、推拉、拧动即可完成全程操作;简化信号读取装置,例如通过线、点、变色、浊度等变化反映目标核酸的存在。可以利用国内在制造业方面的优势,对集成化小型 PCR分析仪的各个模块进行合理设计和布置,使得仪器的体积进一步缩小,例如通过巧妙设置各模块的空间位置、合理优化流体管路等使得装置更加紧凑、小巧。
     例如CN101970111B 和 CN103269787B9另辟蹊径,放弃了通常所采用的移液设备,而采用其他方式实现试剂或者样品在不同模块之间的传递,例如用不同的腔室或者区域代替传统的反应容器,通过例如气泵、磁场等实现试剂或者样品在密闭环境下的转移。如此设计的优势在于:(1)避免了气溶胶的产生,减少了污染,保障了实验室环境和检测人员的生物安全;(2)由于不需要移液设备以及使液体在不同模块之间转移的传动系统,检测仪器的体积大为缩小;(3)通过对各个反应模块相互位置的优化设计,而不局限传统的线性或者模块式排列,极大程度上实现集成化、小型化。

表十七:专利文献CN101970111B重要信息解读
表十八:专利文献CN103269787B9重要信息解读

2、微流控 PCR 分析仪
      微流控PCR分析仪方面的改进主要是实现整体微流控PCR分析仪的全封闭和紧凑化,适应POCT(即时检测)的需要;提高检测精度和检测通量;进一步降低生产成本。
例如,根据CN109072292A和CN110743637A所描述的,对微流控芯片进行高度集成化和全封闭的设计,能够将病毒的提取、分离、扩增以及在线检测集成在微尺度的芯片上;除了取样操作外,操作人员只需要将采集好样本的微流控芯片插入配套检测仪器中,利用卡扣结构等密封加样孔,之后所有的样品处理和反应过程均由检测仪器自动完成,不需要人为干预,就避免了人为操作带来的交叉污染以及气溶胶污染问题。另外,通过在芯片的微流体通道中设置不同温度区域,实现温度调节,从而精确控制PCR分析仪的扩增环节;通过改进流体驱动控制技术,包括微通道、微阀、微泵等的精细加工,或采用离心力、挤压囊泡、电驱动等方式精确控制芯片内的液体流动,从而定量控制核酸检测中的流体体积;可以对芯片基底材料进行进一步的选择和处理,例如对基底材料进行化学处理,使其既能适用于微流控的流体操控又能降低生产成本。
表十九:专利文献CN109072292A重要信息解读
表二十:专利文献CN110743637A重要信息解读

3、自动化 PCR 检测系统
      自动化PCR检测系统研发的重点主要是以移液平台为基础,通过集成、扩展的方式满足自动化核酸检测中的自动移液需求;通过空气过滤、分隔空间、改进移液系统等方式防止气溶胶污染;通过不同模块之间的传送系统、机械臂、计算机处理系统等来实现自动化控制,使得各个模块集成化、自动化以形成大型的工作站或者操作平台,最大限度地减少手工操作。
例如CN102141572B中不同的模块设置不同的、具有压差的气流系统,实现各个模块间的空气隔绝,避免了交叉污染和气溶胶的泄漏。CN105188938B和CN103119451B的目的均是为了实现高通量检测,尤其是CN103119451B通过优化自动化系统的内部结构和自动化检测流程,提高了单位时间内的检测通量,其发明构思类似于现有技术中同时检测血常规和C反应蛋白(CRP)的生化分析仪,它们的目的都是为了提高检测效率,可以在单位时间内对若干个样品进行顺序处理,提高检测通量。另外,考虑到核酸检测中使用的样品、试剂通常以微升计,需要对液滴的体积进行精确控制,因此,对于移液操作所涉及的部件例如反应容器、支架、吸液泵、吸液头等的结构都可以进行优化,以避免由于试剂残留、液体飞溅或渗漏等产生的交叉污染。这些都是国内科研人员可以加大科研投入的方向。
表二十一:专利文献CN102141572B重要信息解读
表二十二:专利文献CN105188938B重要信息解读
表二十三:专利文献CN103119451B重要信息解读
三  小结
      与以往发现的冠状病毒不同,2019-nCoV是以前从未在人体中发现的冠状病毒新毒株。随着疫情的发展,科研人员不断探索检测该病毒的方法,而且国家药品监督管理局已批准多个新型冠状病毒核酸检测试剂盒产品,并将其用于临床诊断。在常规的病毒检测方法中,免疫检测和核酸检测,以其高效的检测速度和准确性被普遍采用。通过对选取的254项专利或专利申请进行技术热点的分析,同样发现,快速检测病毒抗体或抗原的免疫学诊断方法仍然是病毒检测研究的重点,这与免疫学诊断方法相对于其他方法更为快捷方便有关;而核酸检测法由于其极高的准确度,同样也是研究的重点。分析结果还发现,各检测方法中的基本原理并没有太大变化,但在提高检测效率、精度以及扩展检测适用条件方面进行了不断改进。
      针对新型冠状病毒检测方法的研究,应广泛搜集现有的高灵敏度检测平台,利用检测靶点的替换研究其与新型冠状病毒检测的结合可能,提高病原体检测的灵敏度。关注研发新型载体,例如微珠等,并基于微珠PCR的高通量检测技术开发。积极开发等温或常温PCR体系以及配套的样品自动处理仪器,以降低对检测条件的要求,使得检测仪器能够结合物联网技术。集成化小型PCR分析仪的研发应侧重于装置的全封闭、一体化,避免气溶胶的产生,全封闭和紧凑化是微流控技术的研究方向。 (责任编辑:admin)
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