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抗原检测:15分钟出结果的新冠检测方式

目前,新冠疫情已经持续了 2 年多。3 月 10 日,应对新型冠状病毒肺炎疫情联防联控机制综合组,发布了试行的新冠病毒抗原检测应用方案。具体是这么说的,我念一下:

为进一步优化新冠病毒检测策略,服务疫情防控需要,经研究,国务院应对新型冠状病毒肺炎疫情联防联控机制综合组决定在核酸检测基础上,增加抗原检测作为补充,并组织制定了《新冠病毒抗原检测应用方案(试行)》。

可能很多人都忽视了这条新闻,实际上,这是另外一种检测新冠病毒的方法被批准试用了。

很可能当你看到这篇参考的时候,就已经能在药店里买到这个检测工具了。这种方法测起来有点类似于使用早孕试纸,在家就能测。一张测试卡二三十块钱,15 – 30 分钟就能出结果。

今天的《科技参考》,我就为你介绍这种测试方法的方方面面。

 

RT-PCR检测的局限性

当前已经大规模测试了百亿次的核酸检测,全称叫作 RT-PCR 检测(逆转录-聚合酶链式反应检测)。这种测试方法的原理是这样的:

从人体呼吸道粘膜上皮细胞取来的物质里,有人体的遗传物质自必不说,当然,也可能有新冠病毒的 RNA 物质。而一旦有病毒的 RNA,这些 RNA 就会和试剂里预先设置的一部分序列结合在一起,形成特定段落的 DNA。这个预先设置好的序列,在今天就被设置为了新冠病毒的 S 蛋白、N 蛋白对应的序列。

从病毒的 RNA 到补足为双链、形成 DNA 的步骤,就是 RT-PCR 中的“RT”(逆转录)的部分。

有了特定段落的病毒 DNA 之后,检测人员会专门对这段 DNA 进行大量复制。复制的过程中,也会把一种荧光蛋白复制出来。一份病毒 DNA,对应一份荧光蛋白。病毒的 DNA 越多,荧光蛋白就越多,荧光蛋白发出的光也就越亮。当发出的光达到了一定的强度,我们就可以认定,当初从鼻咽拭子掏出来的物质里存在病毒的 RNA。

当然,在全球数以亿计的人都感染过新冠病毒后,病毒的碎片总会多少有一点点长期残留在人体内。所以,这个复制过程也要有个限度,否则检测出来人人都会是核酸阳性。这个限度就是限制病毒 DNA 复制多少轮。

比如,德国的标准是复制 30 轮,其实你可以简单理解为 2 的 30 次方。如果当初是 1 份的话,复制过后就会变成 10.7 亿份副本。美国和日本的标准是 35 轮,也就是扩增了 340 多亿倍;中国的标准是 40 轮,也就是扩增 11 万亿倍,但最终有所调整了。

复制多少轮才合适呢?太高也不好,太低也不好。

太低的话,假如病毒在人体内还没有繁殖多少,进行复制的轮数又不多,那最后发出的荧光就不足够多,于是就检测不出来。而太高的话,也不行。实际上,很多人体内是有病毒 RNA 的,但有病毒 RNA 不代表有传染性。

就像我们通过一个人衣服上是否带有焦油颗粒来判断他是不是烟民,如果用质谱仪加电子显微镜仔细找的话,那估计人人衣服上都会有一些。但实际上,大部分人都不是烟民。这样找会冤枉大部分人。而在新冠检测上也是一样,如果复制的轮数太多,很多人的检测结果都会是阳性的。

而 RT-PCR 检测最不利的方面,就是它必须完成几十轮的复制后才能显现出结果。每次复制如果是 10 分钟的话,几十轮复制就是十几个小时了。

 

抗原检测

而抗原检测就不一样了。抗原检测检查的是刮下来的样本里是不是包含足够数量的新冠病毒 N 蛋白。

N 蛋白是新冠病毒的核衣壳蛋白,也就是包裹着病毒内部 RNA 的那层保护壳。这是所有冠状病毒的组成部分里,含量最丰富、成分最稳定的蛋白质。含量最丰富,就意味着测起来好测;稳定,就意味着测起来更准。

抗原检测的具体原理是这样:

首先,使用特定的测试液把样品溶解。这个样品,一般是唾液或者鼻咽拭子采出来的上皮细胞。这个溶解步骤,能保证病毒的蛋白质被充分释放出来。

然后,把溶解后的液体滴在测试卡的一端。滴完后,这些液体就会往测试卡另一端扩散。扩散途中,它会遇到不同的物质。

第一种物质就是和新冠病毒 N 蛋白对应的抗体,我们之后简称“N 抗体”。但这个抗体是经过特殊设计的,有好几个端子可以抓握其他物质,一端可以和病毒的 N 蛋白结合,另一端可以和已经事先结合上了、带有颜色的蛋白质结合。

而我们知道,如果一个人的采样里有足够多的病毒,那么样品里的 N 蛋白也会足够多。

随着液体的扩散,这些物质会继续往后扩散一段距离。这段距离里是没有其他物质的。所以,抓握了新冠病毒 N 蛋白和带有颜色的蛋白质的 N 抗体就会越来越稀疏。

于是,只要在一个合适的距离设置第一条线,这是测试线。那个意思就好像是说,凡是有足够多的既挂上了新冠病毒 N 蛋白,且自身又挂上了带颜色的蛋白的 N 抗体到达了这条线,就说明样品里的病毒数量足够多。

在这条线上,还会再设置大量的 N 抗体,才能把它们抓住。于是,病毒还是会被这里的 N 抗体再次抓住。实际上,到这个时候,病毒身上已经被 N 抗体抓了两轮了,其中第一轮的 N 抗体上还多带了带有颜色的蛋白。

总而言之,只要有足够多的病毒蛋白到达了这道线,并且被拦截,那么带着颜色的分子就会在这里非常集中,颜色就显现出来了。这就是抗原检测结果中呈现阳性的那条线。

不过,到这里还没完,抗原检测还要在第一条线后面设置第二条线。这条线上设置的是 N 抗体的抗体。也就是说,别看 N 抗是一种抗体,但它也是一种蛋白质,所以也一样有对应的抗体。如果这条线显色了,就代表有足够多的 N 抗体通过了这条测试卡。

N 抗体是整个测试中最关键的成分,它能抵达第二条线,才说明测试过程是完整的。

如果第二条线没有显色,就说明 N 抗体没有通过整条测试卡,于是证明测试卡已经失效,结果就要作废。

 

两种检测方式的区别

RT-PCR 和抗原检测有什么区别吗?

刚刚说了,RT-PCR 怎么也需要十几个小时才能完成几十轮的复制,需要时间比较久,而抗原检测一般只需要 15 – 30 分钟。但是,抗原检测的灵敏度也明显要低很多。我们当初采的样品里有多少病毒,最后就只能针对这些病毒做检测。

而 RT-PCR 可以把样品里的病毒基因片段,放大几百、几千亿倍后,再查看病毒是否存在。于是,RT-PCR 可以在刚刚感染,或者感染后几十天依然测出病毒 RNA 来,而抗原检测一般是体内病毒已经很多的那段时间才能被检测出来。

而我们知道,体内病毒的多少直接决定了传染力的强弱。如果抗原检测是阳性的话,基本就代表有强传染性;如果抗原检测是阴性的话,基本就说明传染力比较弱。

有些人可能会刨根问底,在具体的效果上,抗原检测与 RT-PCR 有什么区别呢?

世界卫生组织对抗原检测的灵敏度要求是这样的:

在 1000 个核酸检测是标标准准阳性的人里,如果让他们用抗原测试卡去测的话,至少要检测出 800 个是阳性,这款抗原测试卡才能算合格,然后才会被批准紧急使用。

而在欧美这几个月的实际使用中,有症状的人群中,灵敏度大约是 70% – 80% 之间;无症状的人群中,灵敏度大约是 40%。

那抗原检测有什么好处呢?

如果抗原检测和隔离措施相结合,能精准地减少隔离时长。

比如说,7 天、14 天隔离是欧美最常见的几种标准。但管理者总是被要求尽量缩短隔离时间,于是后来又多出了一个 10 天隔离。但 10 天隔离后来也被 7 天取代了,这其中,抗原检测就帮了很大忙。

在大规模统计里,没有抗原检测时,7 天隔离结束,其实还有 16% 的人还具有传染性;如果延长到 10 天,就只剩 5% 的人还具有传染性了。所以那会儿需要隔离 10 天的时间。

如果依然采取 7 天隔离,但额外增加一个要求,就是第六天和第七天分别做 1 次抗原检测,如果 2 次都是阴性的话才能解除隔离。这样的话,7 天结束后依然具有传染性的比例就从 16% 降低到了 6%。这个比例和全体都隔离 10 天的结果差不多,但大家都少隔离了 3 天。

你看,抗原检测就是这样为公共治理提供了很好的依据。

当然,抗原检测并不能替代核酸检测,而只能在一些场合补足核酸检测的不足。

在使用的过程中,还需要配合人员信息的核对、检测过程的监督、结果的上报、销售网点的配合等。具体大规模运作起来后效果是什么样的,还要再等一段时间我们才能知道。

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