GENMARK、溢鑫科技等电化学技术相关企业在核酸检测领域现状

GENMARK、溢鑫科技等电化学技术相关企业在核酸检测领域现状

据目前世界范围内新冠病毒管控全面放开的情形，不少专家认为新冠病毒或将长期存在，对新冠病毒检测的需求将成为常态化需求。POCT已然成为人们防范感染、检测病毒的重要手段。而电化学方法制成的检测器械拥有成本低、结构简单、小型化、可选性高、灵敏度高、稳定性好等优点而备受关注。目前，国内外正在研发电化学类型检测器械的企业有GENMARK、CUE HEALTH等欧美企业和国内的溢鑫科技等。

电化学传感器凭借其固有优势，在IVD领域中具有巨大的应用潜力，有望成为一项重要的检测技术。同时，电化学传感器在食品安全、环境检测、医学诊断、生命科学研究等领域的前景也非常广阔。

GenMark Diagnostics：从芯片开始，被罗氏以18亿美元收购

GenMark Diagnostics（简称GenMark）成立于2010年，总部位于美国圣地亚哥，是一家分子诊断公司。该公司专有的eSensor检测技术和ePlex、eSensorXT-8系统旨在通过易于使用的工作站和独立的一次性检测盒，以支持广泛的分子诊断样品进行检测。该公司起源于1993年，加州理工大学的Jon Faiz Kayyem博士和其团队合作发明了一种新技术，该发明结合了核酸和微电子学，制造出用于DNA检测的电子传感器，他的发明是基于盒式检测平台上的核酸电检测。公司具有专利产权的电化学技术可使得在一个样本中快速、准确同时高敏感地探测出72种不同的生物标记。

GenMark的eSensor技术基于DNA杂交和电化学检测的原理。该公司的eSensor技术对目标生物标志物具有高度特异性，并非基于荧光或光学检测，因此诊断检测不易发生样品污染风险，不需要耗时的洗涤和制备步骤。

eSensor技术电信号的产生过程：

目标DNA与信号探针溶液混合，如果存在目标DNA，形成目标DNA&信号探针复合物；

目标DNA&信号探针复合物溶液进入微流控腔内，目标DNA&信号探针复合物与预先固定在电极上的捕获探针结合；

通过电化学方法检测目标DNA。

ePlex 的优势主要是集核酸自动提取、扩增以及eSensor检测技术为一体，实现了基因的快速检测。ePlex操作人员仅仅需要将病人原始或简单处理的样本放入一个试剂盒中，就可以在90分钟之内得到结果并且中间不需要进行任何操作。

ePlex系统主要是针对感染性疾病诊断市场。最初的诊断项目包括革兰阳性和阴性菌鉴定、呼吸系统感染性疾病诊断、胃肠道感染诊断、HCV(丙肝)基因型鉴定、中枢神经系统感染诊断及真菌病原菌诊断。其产品特点：

使用了数字微流控技术（digital microfluidics），整个反应是以电浸润法（EWOD）来对液滴在平面电极阵列中进行操控来实现的。

采用了类似于Atlas Genetics io产品的电化学检测来取代常规的荧光检测。与Atlas Genetics io不同的是，非对称扩增产生大量单链DNA后，单链DNA跟两个探针结合。一条探针被固定在电极上，一条探针被电化学标记物标记(跟Atlas Genetics io的一样的标记物)。单链DNA先一端与固定探针结合，再另一端与标记的探针结合，因为标记探针靠近了电极，从而检测到了电信号改变。同样的，电化学检测使得检测更灵敏，检测设备更紧凑，成本也更低。

Cue Health：凭借COVID-19试剂盒成功上市

Cue Health 成立于 2010 年，当时名为 Ruubix，并于 2014 年更名为 Cue。它的COVID-19检测试剂盒，是该公司的第一款商用的诊断测试，获得了FDA的EUA批准，并且是第一个无需处方的家庭自检的分子测试。

Cue的新冠核酸检测可以在20分钟内完成，并将结果直接发送到智能手机或其他移动设备上的Cue Health App。

在样本检测环节，Cue Health采用的是POCT自动处理模式，可做到现场检测，无需将样品送到指定实验室检测，能够加快检测结果的读取速度。Cue Health的产品已经获得了CLIA waiver（CLIA将检测产品的复杂程度分为三个等级，由低到高分为：waived（最简单）、中度复杂、高度复杂）。

在结果呈现环节，Cue Health的新冠病毒检测产品可在20分钟内得出检测结果，并将结果传送到用户和医生的智能设备上。研究显示，该产品的灵敏度和特异性均高达98%。

Cue Health 试剂盒的主要分解结构

301蓝色箭头是采样棒插入试剂的地方。317样本处理仓可以预先放置液体，磁珠，或各种试剂。318清洗仓放置反应通道清洗液319底物仓放置可以被酶催化发生氧化还原反应的底物

采样管将样本送至样本处理仓，样本，液体，还有试剂微球混合。

样本处理仓下的超声元件启动，对样本和样本处理液进行混匀，并发生反应。超声元件还可以提供能量使溶液升温，进行核酸常温扩增。（如果是免疫诊断，发生抗原抗体的反应，标记了酶的二抗和靶标被捕获到磁珠上。如果是核酸诊断，发生核酸扩增，然后和磁珠上偶联的核酸发生杂交，标记了酶的探针和扩增的核酸被捕获到磁珠上。总之就是形成了磁珠-靶标复合物-酶的结构）

样本处理仓通过一个可以被加热打开的出口与分析通道相连。反应物进入分析通道反应

道中工作电极区域的磁场启动，磁珠被截留在检测区

通道加热模块启动，熔解可变性试剂封闭样本处理仓

清洗仓的出口通过加热熔解，清洗液流出，冲刷反应通道，将游离的酶清洗出反应通道。

底物仓的出口通过加热溶解，底物流出，在反应通道被酶催化，形成的电信号，被检测到。

目前，Cue Health的新冠病毒检测产品已经于2020年6月获得FDA紧急使用授权（EUA），正在美国科罗拉多州、明尼苏达州、宾夕法尼亚州等10个州的诊所、移动检测设备、护理机构、社区、学校、医院等场所中使用。

目前GENMARK、 CUE HEALTH等国外企业相关产品均未进入中国市场。

溢鑫科技：国内领先的电化学技术核酸检测企业

溢鑫科技的创始人赵鑫于2003年在美国威廉玛丽大学发明了纳米碳晶体薄膜（即：直立石墨烯）材料，并于2015年将其产业化落地深圳，是一家专注于新材料研发及应用的国高新企业。依靠强大的微纳器件研发能力，溢鑫科技已将纳米碳晶体薄膜材料应用并服务于新兴生物电子（bio-electronics）和柔性电子（flexibleelectronics）产业。目前，溢鑫科技在近、中、远期三个阶段分别应用于生物（酶/核酸/抗体）传感器、电化学传感器、智能应变传感；新能源；芯片等。

石墨烯特殊结构使它具有优良电学、光学、力学和热学性质，已经作为一种良好的电化学传感材料，广泛用于传感器的制备中。目前，溢鑫科技使用差示脉冲伏安法记录产生电化学信号作为传感信号，在最佳实验条件下，检测到目标DNA浓度为1.00x10-16mol·L

溢鑫科技研发的电化学传感器（CTE型号）在POCT中用于SARS-CoV-2 Delta变异检测的示意图、初步分析照片和检测结果

2022年，溢鑫科技与深圳大学、深圳第三人民医院和某大型医疗器械企业合作，正在利用电化学技术平台进行核酸检测的商用化。

基于石墨烯的材料特点，制成的电化学传感器拥有价格低廉、检测下限低（即灵敏度高）、检测速度快（5-10min）、设备容易小型化等特性，因此在“后疫情”时代，采用电化学技术的核酸检测终端可预见将有更广泛的应用场景。