ams光譜傳感器熱銷(xiāo) 可使實(shí)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，但是醫藥等企業(yè)卻逆勢上揚。例如，ams（艾邁斯半導體）今年上半年比2019年同期增長(cháng)了22%，收入達9.69億美元，原因之一是該公司醫學(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(chǎng)上已有一兩千萬(wàn)的出貨了，今年出貨激增，預計起碼是幾千萬(wàn)。因為現在每個(gè)月出貨一二百萬(wàn)；還有的公司告訴ams，它們1個(gè)月就需要一兩千萬(wàn)個(gè)。

AS7341L的藍海應用之一是數字化LFT（側向層析檢測）。今年6月ams剛剛發(fā)布了這種能即時(shí)檢測COVID-19新冠病毒抗體的產(chǎn)品?！盿ms和客戶(hù)正在緊密合作，希望把這個(gè)產(chǎn)品在今年第4季度推向市場(chǎng)?！盿ms全球先進(jìn)光學(xué)傳感器部門(mén)的執行副總裁兼總經(jīng)理Jennifer Zhao稱(chēng)，ams第1家合作伙伴是德國的醫療設備公司Senova，現在在擴大產(chǎn)能，該公司已投入了數億歐元。據悉，Senova可能2021年的產(chǎn)能已被預定完。另一家合作伙伴Jabil Healthcare也在增加產(chǎn)能，也是幾百萬(wàn)美元的投入。不僅如此，ams還在與其他公司合作，以擴大數字化LFT的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。

圖 數字化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(jìn)行抗原的檢測。這也是快速檢測，15分鐘就得到結果?，F在midge medical在設計PCB（印制板），使設計更為優(yōu)化。

“數字化LFT市場(chǎng)會(huì )有很大的需求?！盝ennifer Zhao解釋道，因為COVID-19病毒還持續在全球范圍擴散；另外，既使在后疫情時(shí)代，常態(tài)化的防疫也會(huì )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，希望對病毒的持續攻堅會(huì )有很大的幫助。

那么，何為數字化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(fǎng)了Jennifer Zhao女士。

ams全球先進(jìn)光學(xué)傳感器部門(mén)的執行副總裁兼總經(jīng)理 Jennifer Zhao

1 首創(chuàng )的數字化LFT

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

ams等公司首創(chuàng )的數字化LFT（側向層析檢測），具有如下特點(diǎn)。

1）靈敏度較高，低成本，且可以大批量的生產(chǎn)，操作簡(jiǎn)單。

實(shí)際上，LFT不是新技術(shù)，已經(jīng)非常廣泛地用在了現場(chǎng)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(guò)肉眼讀出結果，所以靈敏度不高；另外不是定量的結果。數字化LFT可以彌補上述局限，靈敏度可以和臺式實(shí)驗室測試相媲美。

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

3）ams的LFT試紙的光譜解析讀數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   組成結構

數字化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備（如下圖）。

3   可用于抗體和抗原檢測

病毒有不同階段，實(shí)際上在檢測時(shí)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(shí)際上，根據COVID-19的濃度不同，檢測也有不同的階段。在COVID-19出現早期，各種方法在探索，中國作為第1個(gè)爆發(fā)地，想出用CT的方式來(lái)去作檢測，所以武漢在初期用CT的方式來(lái)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，或者幾天時(shí)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(gè)依據。

1)剛感染時(shí)病毒的濃度非常低（如下圖），通常采用PCR檢測。

2）接下來(lái)是抗原的LFT檢測，通過(guò)ams光譜傳感器，可以實(shí)現非常高的靈敏度，再結合熒光檢測就可以進(jìn)行數字的抗原檢測，這樣假陰性的結果更少，而且速度非?？?。

3）感染天數較多時(shí)，如果患者感染了或者快好了，或者接受疫苗以后，就可以進(jìn)行抗體的檢測。ams推出了第一款進(jìn)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備

下圖是數字化LFT和臺式檢測設備的比較，首先可見(jiàn)色彩等級，如果看它的豎線(xiàn)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(shí)際上還是有10%。如果通過(guò)數字化LFT演示儀，可以看到非常清晰的10%。

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

5   抗體和抗原的解決方案

5.1  為什么通過(guò)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(huì )很高。ams內部其實(shí)是把光譜分成不同的波段的。有8個(gè)可見(jiàn)光的部分。通過(guò)這8個(gè)可見(jiàn)光的部分，對顏色的定位會(huì )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(huà)，ams把這類(lèi)產(chǎn)品用在印刷業(yè)的顏色定標）。

其次，數字化LFT的靈敏度也非常高。因為這種器械的內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(lái)波長(cháng)，這樣可以非常精確地定位出是什么類(lèi)型的病毒。

具體產(chǎn)品有LFT試紙的光譜解析讀出器。

值得說(shuō)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(guò)，抗體檢測和抗原檢測對靈敏度的要求是不同的，因此它們的結構是不同的。如果是做抗體檢測，用2個(gè)普通的LED。但是如果要做抗原，用熒光方法的話(huà)，需要2個(gè)UV LED。所以用的LED不同。

5.2 抗體檢測方案

在如下模塊里，應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(gè)頻道，其中8個(gè)頻道覆蓋可見(jiàn)光，另1個(gè)覆蓋近紅外線(xiàn)，再1個(gè)沒(méi)有覆蓋濾光片的全域光。通過(guò)這10個(gè)頻道，可以實(shí)現已經(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)幾何結構如下圖，通過(guò)雙線(xiàn)（two line）LFT試紙，中間是AS7341L的芯片，加上2個(gè)LED進(jìn)行測試。LED的光打到雙線(xiàn)上面，反射的光會(huì )回到AS7341L運行判斷，通過(guò)光譜進(jìn)行判斷?？梢?jiàn)，整個(gè)結構整合了芯片、光學(xué)電容和LED，實(shí)現了高精度。

實(shí)際上，AS7341L傳感器不是新產(chǎn)品，在手持設備等領(lǐng)域已經(jīng)量產(chǎn)，已非常成熟，經(jīng)過(guò)了市場(chǎng)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，左側是ams的演示儀與裸眼相比較，橫向的軸是稀釋的系數，左邊是變異的系數，越高說(shuō)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(guò)熒光/更高敏度的技術(shù)。如果病毒非常稀釋?zhuān)ǔＳ眯鹿诜窝钻?yáng)性血清的稀釋?zhuān)绻♂尪容^高，沒(méi)有太多病毒在里面，人眼是無(wú)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(guān)察到，而且熒光會(huì )更精確。如上圖，如果柱狀線(xiàn)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，可以看到測試的結果非常相近，可以達到非常類(lèi)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(shí)需要用熒光讀出器，區別是LED換為UV（紫外線(xiàn)） LED。

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

可見(jiàn)，如果稀釋度高，反射就無(wú)法檢測出來(lái)，可以看到上圖左邊藍色的點(diǎn)已經(jīng)低到無(wú)法讀出來(lái)，但是紅色的效果還是比較好的。通過(guò)這個(gè)可以看出來(lái)，需要2種不同的技術(shù)來(lái)進(jìn)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(huì )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(gè)生態(tài)系統?，F在ams合作的有醫療檢測公司會(huì )提供樣品；另外，ams和他們合作來(lái)做LFT的檢測，實(shí)時(shí)化檢查，結合適合的生物化學(xué)，用ams光譜傳感器的模塊讀出數據。

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

在生態(tài)系統里面，ams還和醫療行業(yè)方面有專(zhuān)門(mén)經(jīng)驗的軟件公司合作，一起研發(fā)應用程序和云端加密。

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(méi)有生產(chǎn)過(guò)數字化LFT，所以對于Senova是一個(gè)創(chuàng )新。Senova正準備量產(chǎn)，2020年第4季度就可以開(kāi)始。第1個(gè)產(chǎn)品是基于血清蛋白進(jìn)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(jìn)行抗原的檢測。這也是快速檢測，15分鐘就得到結果?，F在midge medical在設計PCB，看看怎么把設計更為優(yōu)化。

ams非?？春眠@2類(lèi)產(chǎn)品——抗體和抗原的檢測。ams在其中的產(chǎn)品價(jià)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(chǎng)；另外ams也在和大學(xué)實(shí)驗室合作，他們幫助ams進(jìn)行測試。

7 可持續發(fā)展的機會(huì )

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

實(shí)際上，除了醫療市場(chǎng)以外，ams的業(yè)務(wù)還涵蓋手機、汽車(chē)等領(lǐng)域，提供光學(xué)器件和傳感器。實(shí)際上，AS7341L源自標準產(chǎn)品AS7341。AS7341L是專(zhuān)為醫療行業(yè)提供的改進(jìn)產(chǎn)品，區別是在閃爍的處理上作了一些簡(jiǎn)化。因為手機等應用會(huì )對環(huán)境光的閃爍做一些的評估；但在醫學(xué)應用上，這方面并不是最重要的。

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

圖 ams的概況