新型冠状病毒肺炎（COVID-19）对全球公共卫生和经济造成了巨大威胁。目前，全球累计新冠肺炎确诊人数超过25484万，死亡病例超过512万。快速、精准和大规模的筛查对于控制疫情传播十分重要。基于逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）的核酸检测是筛查新冠阳性患者的金标准。qRT-PCR的预处理和扩增过程增加了检测时间（2–4小时），无法满足疫情防控的需求。新冠病毒抗原检测（如胶体金法、酶联免疫吸附法、电化学法）能够实现快速检测，然而通常只有60–90%的正确率，存在误诊风险。

针对以上问题，复旦大学魏大程团队开发了基于多抗体组合修饰的石墨烯晶体管传感器，实现了新冠病毒抗原的10合1混检，平均检测时间38.9秒，与qRT-PCR结果的符合率为~100%。相关工作以“Ultra-Precise Antigen 10-in-1 Pool Testing by Multi-Antibodies Transistor Assay”为题发表在Journal of the American Chemical Society（美国化学会志）上。

图1.用于新冠病毒抗原检测的多靶向位点抗体组合晶体管传感器

研究发现新冠病毒刺突蛋白（S蛋白）由S1和S2两个亚基组成，其中S1亚基和S蛋白受体识别区是抗原检测中的重要靶点。通过在石墨烯场效应晶体管表面修饰S1蛋白单抗、CR3022单抗、n3021纳米抗体，分别靶向新冠病毒S蛋白不同区域。利用协同作用实现了新冠病毒抗原的快速检测。该传感器的检出限达到3.5 × 10−17 g mL−1量级，能够用于10合1临床混合样本的检测。在43个单人单管临床样本和17个10合1混合样本的检测中，该传感器成功筛查出全部阳性病例，展现出高准确性。

图2.新冠病毒抗原10合1混合检测的结果

复旦大学高分子科学系聚合物分子工程国家重点实验室为第一单位；复旦大学高分子科学系博士生戴长昊为第一作者；复旦大学魏大程研究员为通讯作者。复旦大学刘云圻院士、朱召芹研究员、郭明权博士等参与了该研究；复旦大学上海医学院应天雷教授和吴艳玲博士为该研究提供了抗体。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委和复旦大学的资助。

论文信息：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c08598

Ultraprecise Antigen 10-in‑1 Pool Testing by Multiantibodies Transistor Assay

Changhao Dai, Mingquan Guo, Yanling Wu, Ban-Peng Cao, Xuejun Wang, Yungen Wu, Hua Kang, Derong Kong, Zhaoqin Zhu, Tianlei Ying, Yunqi Liu, and Dacheng Wei

J. Am. Chem. Soc. 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c08598

魏大程教授简介

魏大程，复旦大学高分子科学系。2009年于中国科学院化学研究所获博士学位（师从刘云圻院士和朱道本院士），2009至2014在美国斯坦福大学和新加坡国立大学从事研究，2014年至今就职于复旦大学。研究领域包括新型晶体管材料、器件以及在传感领域的应用，发表论文100余篇，他引6000 余次。通讯作者论文发表在Nat. Biomed. Eng., Sci. Adv., Nat. Commun.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed, ACS Nano, Nano Lett., Acc. Chem. Res., Adv. Funct. Mater.等期刊上。授权中国专利14项，美国专利3 项，合编专著2 部。多次被Nature Publishing Group, Springer 等出版社选为亮点报道，一项重要成果写入ITRS（国际半导体发展路线图）。