学术文章丨基于dPCR的病毒抗原和核酸检测通用标准品建立

发布日期：2025-12-19

近日，由中国食品药品检定研究院、首都医科大学附属北京地坛医院、清华大学等多家单位联合在《Virology Journal》期刊发表重要研究成果。研究以新冠病毒为基础，通过β-丙内酯（BPL）灭活处理，结合多实验室联合定值，成功建立基于数字PCR（dPCR）技术的新冠病毒抗原与核酸通用标准品，首次实现了抗原快速检测与核酸扩增检测LoD性能的直接跨方法比较，为新冠检测试剂的性能评估提供了“统一标尺”，也为其他病毒检测试剂的性能评价提供了参考。

研究背景

新冠诊断中，抗原快速检测因快速、低成本广泛应用，核酸扩增检测因高灵敏度被视为“金标准”，但两大检测体系长期面临三大痛点：

• 抗原定量无标准：核酸可通过“拷贝数”精准定量，而抗原缺乏公认的标准化单位，导致抗原检测的分析性能（尤其是LoD）难以精准评估；

• 检测方法难对比：不同灭活方法（加热、γ辐射、BPL等）和病毒滴度单位（PFU/mL、TCID₅₀/mL等）不统一，抗原快速检测与核酸扩增检测的灵敏度无法直接比较；

• 标准缺失影响决策：早期新冠疫情期间，WHO尚未建立抗原国际标准，且临床中抗原结果与核酸载量的关联需进一步验证，影响试剂选型和公共卫生策略制定。

研究目的

• 建立基于数字PCR的新冠病毒抗原和核酸通用标准品，解决抗原定量无统一单位的问题；

• 优化灭活方法（加热 vs. BPL灭活），明确其对核酸检测和抗原活性的影响；

• 验证该标准品在抗原快速检测和核酸扩增检测LoD评估中的适用性，实现两种检测方法的灵敏度跨方法对比。

研究方法

• 采集10例新冠感染者不同感染时间咽拭子，用2种抗原试剂盒（免疫层析法）和5种核酸试剂盒（dPCR、qPCR、等温扩增等）检测。

• 对新冠毒株培养物用不同方法灭活，通过dPCR、qPCR、测序等分析影响，制备标准品候选物并冻干。

• 7家实验室用5种dPCR平台定值，评估7种抗原与7种核酸试剂盒LoD，SPSS统计分析（P<0.05有意义）。

研究结果

※ 临床样本：抗原阳性与高核酸滴度强关联

4种核酸试剂盒一致性好，等温微流控芯片法试剂盒E灵敏度较低；抗原试剂盒G优于F，抗原结果与核酸滴度存在显著相关性，为标准建立的“抗原和核酸关联逻辑”提供临床依据。

※ 灭活方法：BPL灭活优势显著

BPL灭活对核酸和抗原检测影响更小，优于热灭活，解决了“灭活影响抗原检测准确性”的难题。BPL灭活样本在dPCR、qPCR和测序中表现无影响。

※ 标准品定值：1.04×10⁸ U/mL，1U=1个核酸拷贝

7个实验室的dPCR检测结果高度一致（ORF1ab基因CV=3.5%，N基因CV=2.1%），最终确定标准品浓度为1.04×10⁸ U/mL（标准不确定度3.48×10⁶ U/mL），其中“1 U”通过dPCR精准定义为“1个新冠病毒核酸拷贝”，同时基于“每个病毒颗粒含26个核衣壳蛋白（N蛋白）”的研究结论，间接实现抗原定量关联。

※ 检测限对比：核酸扩增检测更灵敏，部分特定方法的抗原检测接近“金标准”

灵敏度范围：通过dPCR标准化评估，核酸扩增检测的LoD为10²-10⁴U/mL，抗原快速检测为10⁴-10⁶U/mL，临床用试剂灵敏度普遍高于家用试剂；

方法差异：抗原快速检测中，化学发光法灵敏度最优；核酸扩增检测中，dPCR和RT-PCR灵敏度优于mNGS和LAMP；

试剂达标率：多数商用试剂达到宣称LoD，且核酸扩增检测的宣称值与实测值差距均在2倍以内，验证了dPCR标准化评估的可靠性。

总结与讨论

该研究建立的意义：
● 填补标准空白：首次建立新冠抗原和核酸通用标准品，为监管机构提供试剂审评和监管的统一依据，帮助企业优化产品性能（如标注“基于国标 U/mL 的 LoD”）；

● 指导公共卫生决策：明确抗原快速检测与核酸扩增检测的灵敏度差异，为“高风险场景（如医院）用核酸扩增检测、大规模筛查用抗原快速检测”的策略提供数据支撑，尤其在变异株流行时（如Omicron），可通过及时研制变异株标准品快速评估试剂适用性；

● 技术可推广性：该基于dPCR的标准品建立思路，可延伸至流感、RSV等其他呼吸道病毒，为新发传染病早期检测标准化提供参考。

该研究为新冠检测标准化提供了里程碑式解决方案，也为其他呼吸道病毒（如流感、RSV）的诊断标准建立提供了参考。

原文链接：

https://doi.org/10.1186/s12985-025-02954-w

●关于新羿生物●

新羿生物成立于2015年，位于中关村科技园，是国家高新技术企业、北京市“专精特新”企业，专注于生命科学与分子诊断的自主创新，拥有在仪器、芯片、材料、试剂、软件等领域的高水平研发团队。公司发展迅速，申请国内外专利200余项、授权专利150余项，持续在权威期刊发表学术论文，承担国家级科研基金。公司基于自主知识产权的数字PCR技术，已获得首个及第二个共三项数字PCR仪NMPA III类医疗器械注册证，三项诊断试剂NMPA III类医疗器械注册证，其中感染和实体瘤液体活检领域均为首个数字PCR诊断试剂III类注册证，两次获得中国体外诊断优秀创新产品金奖，荣获中关村国际前沿科技创新大赛总冠军，荣获北京市科学技术二等奖和发明创业成果奖。公司自主研发的开放式分子POCT一体机及qPCR快检试剂均获NMPA III类医疗器械注册证。公司秉承“创新，让精准触手可及”的理念，发展多指标、高通量、自动化、防污染、成本低的先进技术，致力于成为领先的生命科学和分子诊断企业，服务于生命科学、精准医疗、药物开发及健康管理。