非洲的埃博拉疫情还没有完全结束，美洲就出现了一种虫媒病毒的暴发流行，这种虫媒病毒为寨卡病毒（Zika Virus）
对过往闭口不提，是好是坏皆为经历
导读
病毒的检测一般都需实验室级的医疗设备和专业人员耗时废力又伤财最近美国圣地亚国家实验室开发了一种小型化便携式低成本的诊断设备它由智能手机控制重量不到1磅成本只需100美元检测寨卡等蚊媒病毒的时间少于30分钟
寨卡病毒
春暖花开万物复苏各种蚊虫病毒和细菌也蠢蠢欲动大家还记得2015年5月巴西发生的大规模「寨卡病毒」感染疫情吗根据媒体报道当时美洲非洲等30多个国家和地区报告出现寨卡病毒传播而且蔓延迅速
寨卡病毒除了感染孕妇后可能导致胎儿出现「小头畸形」外还会导致发生在任何年龄的神经系统疾病症状包括肌肉萎缩等严重时可致瘫痪另外还可能对心脏造成严重伤害包括引起心血管并发症和心衰竭等
图片来源于: taciophilip/Depositphotos
医学专家称寨卡病毒是一种能通过「蚊虫」传播的虫媒病毒主要是通过伊蚊传播伊蚊主要有两种一种叫埃及伊蚊（背部有四条线）主要在热带区域另一种叫白纹伊蚊（头部有一条线）可以分布到温带区域这两种蚊子的六条腿上都有黑白相间的花纹所以也都叫花脚蚊
病毒检测
从病毒防治的角度来说对于这种病毒进行快速检测意义十分重大但是目前对于寨卡登革热基孔肯雅热等蚊媒病毒的检测需要在医院的化验室进行患者需要等上几天才能拿到结果检测使用的仪器设备体积差不多和微波炉一般成本达2万美金
另外寨卡等病毒大多数流行于医疗条件落后的发展中国家所以想要在这些国家的小型诊所内进行快速有效的病毒检测是很不现实的
创新研究
图片来源于: Randy Wong/美国圣地亚国家实验室
然而最近美国圣地亚国家实验室的研究人员为解决这一问题带来了创新方案他们开发了一种便携式诊断设备它由智能手机控制通过电池供电重量不到1磅成本只有100美元检测寨卡等蚊媒病毒的时间少于30分钟
圣地亚国家实验室的团队本周在《科学报告》杂志中发表了一篇题为《一种基于智能手机的诊断平台用于快速检测寨卡登革热基孔肯雅热病毒》的论文
关键技术
LAMP
该诊断设备基于「环介导等温扩增」（LAMP）诊断法它是一门新兴的基因扩增技术作为一种分子生物学检测技术来说它具有高特异性高敏感性简单便捷及成本低等特点已广泛用于临床疾病的诊断流行性细菌或病毒的定性定量检测动物胚胎性别鉴定及基因芯片开发等领域
该方法无需在测试之前处理诸如血液尿液之类的生物样本传统的病毒测试方法需要将样本送到实验室从中提取DNA和RNA然后通过一种称作「聚合酶链式反应」（PCR）的技术扩增遗传物质
所以任何DNA/RNA样本都需要充足地扩增以便能够被检测到反复加热和冷却样本的过程是能量密集型的且需要复杂的PCR机器另外检测复制的病毒物质也需要荧光计之类的昂贵部件传统PCR机器具有复杂昂贵的特点这成为了它走出实验室走向小诊所的最大障碍
LAMP技术和PCR一样可以复制病毒的DNA/RNA但是它可以具有以下优势
它无需加热和冷却的循环过程所以它也无需重型电源只需添加少量精心设计的生化试剂就可以让样本在半小时左右一次性加热至65摄氏度进而通过LAMP技术进行检测同时LAMP技术也无需在测试之前进行额外的样品准备
对此圣地亚国家实验室的化学工程师项目领头人 Robert Meagher 说道
我们已经演示了我们正在使用化学过程可以从未经处理的样本中扩增病毒RNA这是一种重点照护的检测方案因为你并不想要用额外的设备隔离DNA和RNA
QUASR
Meagher 和他的团队之前开发了一种另外的检测技术与LAMP技术相结合的方案这种技术称为QUASR它包括通过荧光引物标记合成的病毒DNA片段这些分子可以发出明亮的光线信号引物可以融入加热和扩增的DNA样本
然后QUASR技术会让包含病毒DNA/RNA的样本呈现明亮而阴性反应的保持黑暗
智能手机和算法
智能手机技术在该研究中扮演了关键角色化学工程师文章的领导作者 Aashish Priye 评论道
除了创建一种应用程序APP作为操控设备的简单接口我们还利用了智能手机摄像头传感器取代传统的实验室分析工具从而带来了前所未有的可移动性
图片来源于: 美国圣地亚国家实验室
针对寨卡病毒Meagher 的团队设计了一种新方案利用智能手机传感器作为荧光计检测QUASR LAMP光线信号的出现LAMP的工作方式很简单用户只需将智能手机放置于LAMP盒子上面打开应用程序APPAPP通过蓝牙协议和盒子进行无线通信启动加热器开启LAMP反应
经过30分钟的测试后智能手机对于样本进行拍照然后APP使用一种新型图像分析算法准确地判断LAMP反应发的光线的颜色和亮度这种基于智能手机的图像分析比实验室技术员的裸眼判定更加可靠
研究价值
半小时左右的检测就可以帮助临床人员对于病患和隔离措施作出更加快速的判断和决策快速通知公共卫生机构让他们可以采取更加有力的措施防止病毒扩散
此外寨卡登革热基孔肯雅热由同一种类型的蚊子进行传播且早期症状相似这种原型诊断设备可以让医疗人员同时快速地检测这三种病毒防止误诊另外这个工具也可以用于检测其他的人类或者动物病原体
病毒检测的LAMP盒子原型的制造成本很大程度上取决于所选择的手机成本Priye 说
世界上有数以十亿计的智能手机即便在发展中国家也是如此而且这种工具并不需要市场上的高端智能手机它只需要一个光学传感器就可以运行应用程序APP
在圣地亚实验室成功进行病毒检测所用的智能手机只需差不多20美元寨卡病毒测试盒的原型超实用超便携并且有望应用于全球范围内的诊所
总结
目前医疗电子设备的发展呈现出趋势是「低功耗小型化便携化低成本与物联网半导体无线通信等技术进一步融合」
这项研究就是体现这一趋势的一个非常很好的范例我之前的文章也介绍过多款小型化低成本的便携式医疗检测设备这里列举一下供大家查阅
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