ams光譜傳感器熱銷 可使實驗室的新冠病毒檢測平民化

今年初爆發(fā)的COVID-19新冠肺炎疫情，使全球很多企業(yè)陷入困境，但是醫(yī)藥等企業(yè)卻逆勢上揚。例如，ams（艾邁斯半導(dǎo)體）今年上半年比2019年同期增長了22%，收入達9.69億美元，原因之一是該公司醫(yī)學(xué)事業(yè)部的業(yè)務(wù)激增。

例如明星產(chǎn)品AS7341L光譜傳感器。該產(chǎn)品之前在市場上已有一兩千萬的出貨了，今年出貨激增，預(yù)計起碼是幾千萬。因為現(xiàn)在每個月出貨一二百萬；還有的公司告訴ams，它們1個月就需要一兩千萬個。

AS7341L的藍海應(yīng)用之一是數(shù)字化LFT（側(cè)向?qū)游?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/檢測">檢測）。今年6月ams剛剛發(fā)布了這種能即時檢測COVID-19新冠病毒抗體的產(chǎn)品。”ams和客戶正在緊密合作，希望把這個產(chǎn)品在今年第4季度推向市場。”ams全球先進光學(xué)傳感器部門的執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理Jennifer Zhao稱，ams第1家合作伙伴是德國的醫(yī)療設(shè)備公司Senova，現(xiàn)在在擴大產(chǎn)能，該公司已投入了數(shù)億歐元。據(jù)悉，Senova可能2021年的產(chǎn)能已被預(yù)定完。另一家合作伙伴Jabil Healthcare也在增加產(chǎn)能，也是幾百萬美元的投入。不僅如此，ams還在與其他公司合作，以擴大數(shù)字化LFT的開發(fā)和生產(chǎn)。

圖 數(shù)字化LFT可與手機連接

例如在難度更大的抗原檢測方面，8月初，ams與德國的科技創(chuàng)業(yè)公司midge medical合作。該產(chǎn)品也是一次性可拋棄的，但是是基于PCR的，所以可以進行抗原的檢測。這也是快速檢測，15分鐘就得到結(jié)果?，F(xiàn)在midge medical在設(shè)計PCB（印制板），使設(shè)計更為優(yōu)化。

“數(shù)字化LFT市場會有很大的需求?！盝ennifer Zhao解釋道，因為COVID-19病毒還持續(xù)在全球范圍擴散；另外，既使在后疫情時代，常態(tài)化的防疫也會是非常重要。ams等公司首先推出抗體檢測，之后還有抗原方案，希望對病毒的持續(xù)攻堅會有很大的幫助。

那么，何為數(shù)字化LFT？ams光譜傳感器在其中的作用是什么？為此，電子產(chǎn)品世界記者視頻采訪了Jennifer Zhao女士。

ams全球先進光學(xué)傳感器部門的執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理 Jennifer Zhao

1 首創(chuàng)的數(shù)字化LFT

現(xiàn)在對新冠病毒COVID-19的反應(yīng)檢測，主要是PCR（聚合酶鏈反應(yīng)監(jiān)測），優(yōu)勢是靈敏度高，但是也有一些不足，首先是高成本，而且不可以大規(guī)模生產(chǎn)，因此，如果患者要檢測，需要到特定的醫(yī)療部門或者檢測部門監(jiān)測。其次，由于物流和處理的步驟都比較繁雜，檢測結(jié)果要送到專門的實驗室來檢測，所以結(jié)果出來得很慢。例如美國，最快也要48小時，平均要等七八天到10天左右，致使患者貽誤病情，甚至在無癥狀時傳染給他人。

ams等公司首創(chuàng)的數(shù)字化LFT（側(cè)向?qū)游鰴z測），具有如下特點。

1）靈敏度較高，低成本，且可以大批量的生產(chǎn)，操作簡單。

實際上，LFT不是新技術(shù)，已經(jīng)非常廣泛地用在了現(xiàn)場護理，因為比較容易使用。但是LFT也有一些較大的局限性，例如通過肉眼讀出結(jié)果，所以靈敏度不高；另外不是定量的結(jié)果。數(shù)字化LFT可以彌補上述局限，靈敏度可以和臺式實驗室測試相媲美。

2）數(shù)字化LFT解決方案還增加了藍牙通訊模塊，使一次性的設(shè)備可與手機和云進行連接，這樣可直接在手機上看到檢測成果；另外數(shù)據(jù)也能用于全球疫情的監(jiān)測系統(tǒng)。

3）ams的LFT試紙的光譜解析讀數(shù)器也是平臺化的技術(shù)，因此不僅可用于COVID-19抗原和抗體，也可以用于其他的病毒。因為可以用反射或熒光的測量，這2種技術(shù)加上適用的生物化學(xué)方法，結(jié)合適用的蛋白酶，就可以檢測出其他的病毒，例如流感或甲肝、乙肝等。

2   組成結(jié)構(gòu)

數(shù)字化LFT是一次性的，可以和手機連接。該方案中的ams傳感器整合在PCB里，再加上電池、狹條和外殼就成了一次性的設(shè)備（如下圖）。

3   可用于抗體和抗原檢測

病毒有不同階段，實際上在檢測時被檢測人并不知道自己處于什么階段，那如何選取合適的檢測方案呢？

實際上，根據(jù)COVID-19的濃度不同，檢測也有不同的階段。在COVID-19出現(xiàn)早期，各種方法在探索，中國作為第1個爆發(fā)地，想出用CT的方式來去作檢測，所以武漢在初期用CT的方式來檢測。之后普遍采用PCR的方式，用鼻咽子的方式可以采集到病毒，例如感染在1周之內(nèi)，或者幾天時間，用PCR熒光板/抗原的檢測效果最好。1周以后，抗體的檢測可能是更重要的一個依據(jù)。

1)剛感染時病毒的濃度非常低（如下圖），通常采用PCR檢測。

2）接下來是抗原的LFT檢測，通過ams光譜傳感器，可以實現(xiàn)非常高的靈敏度，再結(jié)合熒光檢測就可以進行數(shù)字的抗原檢測，這樣假陰性的結(jié)果更少，而且速度非常快。

3）感染天數(shù)較多時，如果患者感染了或者快好了，或者接受疫苗以后，就可以進行抗體的檢測。ams推出了第一款進行抗體LFT檢測的方案，靈敏度非常高，可以達到和臺式檢測器一樣的效果。

4   檢測效果媲美臺式檢測設(shè)備

下圖是數(shù)字化LFT和臺式檢測設(shè)備的比較，首先可見色彩等級，如果看它的豎線狹條，越往下，越難識別藍色的豎條了，例如到了“色彩等級4”已很難識別，但實際上還是有10%。如果通過數(shù)字化LFT演示儀，可以看到非常清晰的10%。

另外，由下圖右可見，藍色點和黑色點，即數(shù)字化LFT儀器和臺式的效果基本上是重合的，說明靈敏度非常的一致，二者品質(zhì)在一個水平級上。

5   抗體和抗原的解決方案

5.1  為什么通過光譜能檢測到如此細小的病毒？

首先是對顏色的定位準確，所以檢測精準度就會很高。ams內(nèi)部其實是把光譜分成不同的波段的。有8個可見光的部分。通過這8個可見光的部分，對顏色的定位會非常的準確，包括紅色是怎樣的紅色，是什么程度的紅色。（題外話，ams把這類產(chǎn)品用在印刷業(yè)的顏色定標）。

其次，數(shù)字化LFT的靈敏度也非常高。因為這種器械的內(nèi)部是由非常高靈敏度的器械組成的，所以可以檢測微弱的信號。特別是熒光的方式，信號是非常微弱的。因為是多光譜的，所以能夠檢測出來波長，這樣可以非常精確地定位出是什么類型的病毒。

具體產(chǎn)品有LFT試紙的光譜解析讀出器。

值得說明的是，用于抗體檢測和抗原檢測的光譜傳感器是同一款，不過，抗體檢測和抗原檢測對靈敏度的要求是不同的，因此它們的結(jié)構(gòu)是不同的。如果是做抗體檢測，用2個普通的LED。但是如果要做抗原，用熒光方法的話，需要2個UV LED。所以用的LED不同。

5.2 抗體檢測方案

在如下模塊里，應(yīng)用了光譜解析讀出器，核心產(chǎn)品是ams的多頻道光譜傳感器AS7341L：共有10個頻道，其中8個頻道覆蓋可見光，另1個覆蓋近紅外線，再1個沒有覆蓋濾光片的全域光。通過這10個頻道，可以實現(xiàn)已經(jīng)超越了人眼可以識別的范圍的高精度顏色測量。

該產(chǎn)品的光學(xué)幾何結(jié)構(gòu)如下圖，通過雙線（two line）LFT試紙，中間是AS7341L的芯片，加上2個LED進行測試。LED的光打到雙線上面，反射的光會回到AS7341L運行判斷，通過光譜進行判斷?？梢?，整個結(jié)構(gòu)整合了芯片、光學(xué)電容和LED，實現(xiàn)了高精度。

實際上，AS7341L傳感器不是新產(chǎn)品，在手持設(shè)備等領(lǐng)域已經(jīng)量產(chǎn)，已非常成熟，經(jīng)過了市場的驗證。因此，ams非常有信心把這款芯片用于COVID-19 LFT測試上。

AS7341L在靈敏度比較方面，如下圖，左側(cè)是ams的演示儀與裸眼相比較，橫向的軸是稀釋的系數(shù)，左邊是變異的系數(shù)，越高說明越難辨別。藍色是用人眼識別，紅色是基于反射與彎曲的技術(shù)，綠色是通過熒光/更高敏度的技術(shù)。如果病毒非常稀釋，通常用新冠肺炎陽性血清的稀釋，如果稀釋度較高，沒有太多病毒在里面，人眼是無法識別的。

但是不僅是反射（抗體檢測），還有熒光（抗原檢測），都可以觀察到，而且熒光會更精確。如上圖，如果柱狀線條越低，代表可測到樣本的稀釋程度越高。右邊是臺式讀取器和ams演示儀的比較，可以看到測試的結(jié)果非常相近，可以達到非常類似的性能。

5.3 熒光/抗原檢測

熒光比反射的靈敏度更高，如果需要做抗原的檢測就需要更高的靈敏度，這時需要用熒光讀出器，區(qū)別是LED換為UV（紫外線） LED。

所以這2種不同的結(jié)構(gòu)都需要2個LED，但是抗體就是普通的LED，如果做抗原的檢測需要UV LED來增加靈敏度。如果看C反應(yīng)蛋白，檢測可以低到10 pg/ml，非常低，也就是靈敏度很高。下圖的檢測結(jié)果是比較熒光和反射的測量，藍色的點是代表反射，紅色是熒光。

可見，如果稀釋度高，反射就無法檢測出來，可以看到上圖左邊藍色的點已經(jīng)低到無法讀出來，但是紅色的效果還是比較好的。通過這個可以看出來，需要2種不同的技術(shù)來進行抗原和抗體的檢測。ams的第一款產(chǎn)品注重抗體檢測，最近還會推出抗原的檢測。

6 打造生態(tài)

ams不僅注重于本身的產(chǎn)品——光譜的傳感器，也和很多合作伙伴一起打造整個生態(tài)系統(tǒng)。現(xiàn)在ams合作的有醫(yī)療檢測公司會提供樣品；另外，ams和他們合作來做LFT的檢測，實時化檢查，結(jié)合適合的生物化學(xué)，用ams光譜傳感器的模塊讀出數(shù)據(jù)。

在醫(yī)療行業(yè)富有經(jīng)驗的Jabil Healthcare正和ams一起設(shè)計和制造PCB，ams提供光譜傳感器，他們會在傳感器上添加optical cap和電池，然后提供給醫(yī)療測備機構(gòu)，他們再把外殼加上去，成為一次性可拋棄設(shè)備。

在生態(tài)系統(tǒng)里面，ams還和醫(yī)療行業(yè)方面有專門經(jīng)驗的軟件公司合作，一起研發(fā)應(yīng)用程序和云端加密。

典型的合作案例有與Senova的合作，Senova本身已經(jīng)在大量生產(chǎn)LFT，但是還沒有生產(chǎn)過數(shù)字化LFT，所以對于Senova是一個創(chuàng)新。Senova正準備量產(chǎn)，2020年第4季度就可以開始。第1個產(chǎn)品是基于血清蛋白進行抗體的檢測，下一步再擴展到抗原的檢測。另外的合作伙伴還有Jabil Healthcare。

8月初，ams宣布正與德國的科技創(chuàng)業(yè)公司midge medical合作，產(chǎn)品是一次性可拋棄的基于熒光法，可以進行抗原的檢測。這也是快速檢測，15分鐘就得到結(jié)果。現(xiàn)在midge medical在設(shè)計PCB，看看怎么把設(shè)計更為優(yōu)化。

ams非?？春眠@2類產(chǎn)品——抗體和抗原的檢測。ams在其中的產(chǎn)品價值約一二十美元。

除此之外，ams和很多家公司在合作，有些公司是自己設(shè)計，采用了ams的光譜傳感器；還有一些公司希望可以和ams合作，一起做成成品推向市場；另外ams也在和大學(xué)實驗室合作，他們幫助ams進行測試。

7 可持續(xù)發(fā)展的機會

雖然現(xiàn)在是針對COVID-19新冠肺炎，ams希望可以為抗擊疫情作出貢獻。不過，光譜傳感器不是一個短期的機會。通過光譜傳感器這個平臺，相信數(shù)字化LFT可以用于其他很多的病毒檢測，為以后的醫(yī)療業(yè)做貢獻。

實際上，除了醫(yī)療市場以外，ams的業(yè)務(wù)還涵蓋手機、汽車等領(lǐng)域，提供光學(xué)器件和傳感器。實際上，AS7341L源自標準產(chǎn)品AS7341。AS7341L是專為醫(yī)療行業(yè)提供的改進產(chǎn)品，區(qū)別是在閃爍的處理上作了一些簡化。因為手機等應(yīng)用會對環(huán)境光的閃爍做一些的評估；但在醫(yī)學(xué)應(yīng)用上，這方面并不是最重要的。

今年上半年，ams繼續(xù)增強實力——完成了對德國老牌光電公司Osram（歐司朗）的收購。接下來，依托光學(xué)照明和圖像傳感器的全球領(lǐng)導(dǎo)地位，ams期望在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有更多的創(chuàng)新。

圖 ams的概況