（技术篇）再赏经典--赛沛GeneXpert

检验之星

新冠疫情极大的加速了分子诊断的普及，常态化的疫情防控、数不清的全民核酸检测，随处可见的核酸检测点，将分子检测普及到了无人不知，无人不晓得程度。
同为分子检测产品，分子POCT也因为新冠迎来了爆发式增长。作为分子POCT的开创者，新冠疫情也让赛沛在2021年出货了近6000万次人份，是2020年的三倍，第四季度出货了1900万次人份，超过了早先估计的1600万次人份。全球装机量也自2016年以来翻了两番，自2019年以来翻了一番。
作为经久不衰的明星产品，2005年就已经上市的赛沛GeneXpert，今天再回去看它时，仍然惊叹于它巧妙的设计和全场景的考虑。





经典小蓝盒（试剂盒）

1、 诞生的时间
1996年成立于美国加利福尼亚，2016年，丹纳赫以40亿美元收购Cepheid，交易价格每股53美元。2000年发布第一代产品SmartCycler 系统；2005年发布明星产品“小蓝盒”GeneXpert PCR分析仪器和Xpert 试剂。
要知道在2004年迈瑞才推出中国第一台全自动生化分析仪（BS-300 生化分析仪）。而分子诊断相关的产品在国内应该是非常稀少的。GeneXpert这样的产品不管是设计理念，产品本身，技术本身在当时都是不可思议的。甚至放在分子POCT产品不断推陈出新的当下也是顶流的水准。
2、 黑科技的技术和设计
GeneXpert能实现这样的产品目标，必少不了黑科技的加持，和巧妙的设计。

• 超声裂解技术
  

GeneXpert的核心I-CORE底部有一个超声波探头，仪器通过上部活塞加压，下部超声的方式对待检测样本中的细胞进行裂解，释放出核酸。相比传统的核酸提取仪通过磁棒套进行上下运动进行核酸裂解的方式，GeneXpet的裂解方式会更高效和充分。



GeneXpert 核心部件I-CORE

待裂解样本位于容器30中，超声探头将超声传递到柔性外盖上，并通过传递到容器30中的带裂解样本上。

• 试剂冻干技术
  

预装试剂，试剂常温运送和保存是POCT产品有别于传统产品的重要差异之一，GeneXpert在设计之初就采用预装试剂的方式，让操作更简单，只需加入经过预处理的样本就可以开展测试，手工操作时间不超过2分钟。
GeneXpert采用冻干试剂技术，大大降低了试剂对运输和存储的要求，极大的方便了操作者。
为避免使用过程中，冻干的试剂球漂浮在液体表面，溶解不充分，GeneXpert在每个试剂空上方还放置保持球，将试剂球完全压入到液体中，使其可以充分溶解和排出。

• 液体流动和控制技术
  

通过活塞的精准抽吸运动和与旋转阀门的巧妙配合来实现样本和不同组份试剂的混合。与其说GeneXpert试剂盒是一个微流控产品，不如说是一个机械与流体完美结合的艺术品。它采用的并非是现在工艺技术难度很高的微流控流道，或集成微泵，微阀的驱动方式。而是采用了传统的柱塞器和旋转阀门的方式，来控制液体的流向，这种技术方案相对成熟，对试剂盒中零件的加工精度要求也不如微米级微流控芯片那么高。所以，这样的方案能让产品具备更好的量产性，使用过程中稳定性。



活塞控制和旋转阀门结构

这个方案也让我联想到了，万孚收购的iCubate的产品BoxArray的试剂盒也是采用了这样的技术方案（通过右侧面的活塞杆来驱动液体流动）。



BOXarray检测试剂盒

想起了听到过的一句话：没有过时的技术，只有没有找到的应用场景。

• 温控技术
  

仪器每个通道有一个专用加热模块和散热风扇，通过加热模块进行加热，散热风扇进行冷却，风扇采用blower风扇，特点是流速大，压力高，从传热角度来说，能实现高的对流换热系数，实现快速的降温。



内部温控结构

反应管设计成很薄的塑料片结构，从热能传递的角度来说，传热面积大，传热路径短，从而可以快速升温和降温。
3、 对分子诊断场景的洞察和痛点的解决
根据POCT产品的应用场景，分子POCT除了需要具备与其他POCT相同的快速、便携、准确、操作简单等特征外，还有一个其他POCT无需考虑的痛点，就是气溶胶交叉污染。
GeneXpert完美的集成了快速、便携、准确、操作简单的特点，还采用一体式全封闭的试剂盒设计，解决了传统分子检测需要独立空间，独立负压环境进行测试管理的问题，从根本上拒绝了气溶胶污染。
可以说气溶胶污染是分子检测实验室管理老师最担心的问题，一旦发生气溶胶污染，对分子实验室来说将带来巨大的损失。而气溶胶污染也是一直困扰分子一体机厂家的问题，虽然采用了分区，负压，封膜等措施，但仍然具有一定的污染风险。一体式全封闭的分子POCT产品在这方面具有天然的优势。
同时，面对POCT产品通量低的问题，GeneXpert可以向乐高一样堆叠，拼接，根据不同的检测场景，快速扩展，满足用户的通量需求。
4、 模块化和开放扩展性
GeneXpert的模块化和开放扩展性，是其他产品无法比拟的，其通过模块堆叠的方式，可以实现单通道、2通道、4通告、16通道以及速度可以达到1300T/day和2000T/day的GeneXpert Infinity。满足不同用户，不同使用场景，不同速度的需求。






当然，GeneXpert仍然存在成本高的问题，主要用在一些特殊的项目上，如结核分枝杆菌DNA及利福平耐药突变基因检测、艰难梭菌核酸(DNA)检测等。
尽管之前就有了解过GeneXpert，但因对分子检测不熟，所以没觉得其设计有多么的特别。经过新冠核酸检测，亲身体会了核酸检测的流程和其中的困难之后，对GeneXpert肃然起敬。作为技术研发人员，看到这样的产品设计，心中一种醍醐灌顶，忍不住要惊呼的感觉。
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