新冠传感器:15分钟就能检测新冠病毒!光谱传感器如何做到的?

2021/12/18 09:03 · 传感器知识资讯 ·  · 新冠传感器:15分钟就能检测新冠病毒!光谱传感器如何做到的?已关闭评论
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新冠传感器:15分钟就能检测新冠病毒!光谱传感器如何做到的?原标题:15分钟就能检测新冠病毒!光谱传感器如何做到的?截止目前,全球累计确诊新冠肺炎超过2258万例,死亡超78万例。事实并没有像我们期待的那样,夏天的高温也无法阻止疫情蔓延。尽管国内疫情在严

新冠传感器:15分钟就能检测新冠病毒!光谱传感器如何做到的?

原标题:15分钟就能检测新冠病毒!光谱传感器如何做到的?
截止目前,全球累计确诊新冠肺炎超过2258万例,死亡超78万例。
事实并没有像我们期待的那样,夏天的高温也无法阻止疫情蔓延。
尽管国内疫情在严格的防疫政策下逐渐好转,国内人民生活步入正轨,但放眼全球,我们仍然要面对肆意顽固的病毒,出门带上口罩,必要时做核酸检测。
最煎熬的,是等待检测结果的时间。一般而言,核酸检测的过程,少则5、6小时,多则几天。为什么这一过程需要如此长的周期呢?利用光谱检测新冠病毒的方法会更好吗?
核酸检测样本超过72小时就几乎没用
图片源自flickr
当下的新冠病毒核酸检测主要采用聚合酶链反应检测(PCR)方法。这一方法需要先采取咽拭子样本,然后送到检验医学中心,医务人员依次在试剂准备区接受患者样本,在样本准备区对样本的核酸进行提取,在扩增区扩增复制核酸样本,最后在扩增产物分析区分析样本内核酸能否与标准样本配对,并通过仪器检测结果是否呈阳性。
正是物流和处理步骤的繁杂,致使被检测者从开始检测到拿到检测结果间隔时间较长,这也就意味着,患者在等待结果的这段时间,面临更多感染或被感染的风险。
根据美国中文网的报道,最近CNBC与全球数据和调查公司Dynata合作进行的一项调查显示,将近40%的美国人不得不等待三天以上才能收到新冠病毒检测结果。哈佛大学卫生学教授阿希什·贾哈博士表示,如果检测需要48小时以上,就会失去对被检测者密切接触人的行为追踪,如果时长超过72小时,测试几乎没有用了。
尽管PCR检测方法灵敏度高,在低病毒浓度时就能检测出结果,但是其高成本与长周期的缺点则需要其他检测方法来弥补。
基于光谱传感器,检测时间缩短至15分钟
科学的想象力无限,艾迈斯半导体将光谱传感技术应用到COVID-19检测中,弥补目前PCR检测方法的缺点,可将检测时间缩短至15分钟。
如何将光谱传感器应用COVID-19中?艾迈斯半导体全球先进光学传感器部门的执行副总裁兼总经理Jennifer Zhao介绍,将传统的侧向层析检测(LFT)同专有的光谱传感技术相结合,就能得到专用于检测COVID-19的数字化LFT。
雷锋网(公众号:雷锋网)了解到,LFT侧向层析技术并不是一项新的技术,该技术是20世纪90年代在单克隆抗体技术、胶体金免疫层析技术和新材料技术上发展起来的一项新型体外诊断技术。它是以微孔滤膜为载体,将特异性抗原或抗体固定在微孔滤膜上,待测样品通过侧向移动和过滤过程中的显色反应,达到自动分离和鉴别的目的。
侧向层析技术在医学检测、食品质量检测、环境检测、农业和畜牧业等领域都有广泛的应用,大多数验孕棒就应用到该技术。具有快速、经济高效的优点,但传统的侧向层析技术是通过肉眼观察读出结果,测试结果不可量化,且灵敏度和准确度同台式实验室测试相比相差较大。
基于艾迈斯半导体光谱传感器的数字化LFT,灵敏度是人眼识别的10倍。此外,该款LFT检测设备还具有特异性和连接性。其特异性体现在通过组合光谱读出器和适当的生物化学法,选定特定病毒;连接性体现在通过蓝牙模块和获得医学认证的云设备,对全球定量数据进行云采集。
根据艾迈斯的介绍,数字化LFT中用到的光谱解析读出器是产品型号为AS7341L多频道光谱传感器,该传感器共有包括8个涵盖可见光波段的通道、1个涵盖近红外的通道和1个涵盖全光电二极管感光通道,可以实现远超过人眼识别范围的高精度颜色测量。将读出器置于双线LFT试纸上,借助两个LED进行反射至读出器上,完成对抗体的检测。
艾迈斯半导体光谱传感器支持的数字读出器
因为检测抗原时的C反应蛋白(CRP、炎症标记物)含量低至10pg/ml,所以需要借助UV LED增加检测灵敏度。Jennifer表示,这一款光谱解析读出器在其他领域已经量产且非常成熟,所以非常有信心将其用到COVID-19 LFT测试上。另外,数字化LFT检测COVID-19的准确程度在80%-90%,尽管暂时没有达到台式实验室约90%的准确率,但是符合检测规则标准。
目前,艾迈斯半导体与Senova、Healthcare达成合作,预计在今年9月前提供这款经过医疗产品CE认证的一次性专业检测套件的产量,后续进一步开发提供家用认证设备。
光谱传感器,不止检测COVID-19
近日,我国新冠疫苗研发取得新进展,国药集团董事长刘敬桢表示,国际临床三期试验技术后,灭活疫苗就可以进入审批环节,预计今年12月底能够上市,年产量将超2亿剂。新冠疫苗量产后,基于光谱传感器的数字化LFT还有用武之地吗?
不同阶段的COVID -19检测
尽管COVID-19催生了基于光谱传感器的数字化LFT,但这项技术创新并不局限于检测COVID-19。近期来看,抗体LFT检测可以用于注射疫苗后的抗体检测,帮助使用者确定是否需要再次注射疫苗,长期来看,该项技术也可以检测除了COVID-19之外的病毒或细菌,通过采用与不同的蛋白酶结合并产生光学上的变化,就能检测甲肝、乙肝等其他疾病。
不过,数字化LFT才刚刚起步,艾迈斯半导体推出的应用于检测COVID-19的光谱传感器是一个很好的推动者,当然,也需要更多企业的加入。在LFT数据流方面,也需要更多的云厂商提供支持,实现疫情监控提供共享数据,助力医疗建设。
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新冠传感器:15分钟就能检测新冠病毒!光谱传感器如何做到的?  第1张

新冠传感器:【新冠突破】30分钟不到1美元出结果,基因传感器突破新冠检测

本文为转化医学网原创,转载请注明出处

作者:Dobby

导读:可以把核酸检测再做快点吗?可以。前提是创新。近期,一个多学科研究团队研究出了新的设备—阻抗分析仪基因传感器:30分钟检测,且整个设备总体成本不到200美元。

基因测序可以解码一切以DNA为基础的生命特征事物,所以,当然可以包括解码新冠病毒。如下图,以上海核酸检测报告为例,如今全国广泛采用的方法即使用荧光PCR(Polychain Reaction)对新冠病毒做基因检测。耗时0.5-1天出检测结果。但随着delta病毒的爆发,其极高传染性(>10)为核酸检测的人力、物力和财力都带来了新一轮压力。

如今普遍核酸检测部分报告内容 来源:转化医学网工作人员

但COVID-19大流行带来的挑战更是加速刺激了多个方面的创新。其中一项便是开发低成本的临床诊断方法。基因传感器就是例子,它是一种生物传感器,基于核酸检测简单的互补DNA或RNA序列,它能对遗传物质进行及时并高敏感的大规模测试。近期,由圣保罗大学圣卡洛斯物理研究所 (University of S o Paulo's S o Carlos Institute of Physics, IFSC-USP) 的物理学家Osvaldo Novais de Oliveira Junior 教授领导的附属于各个机构的多学科研究团队获得突破,生产了被证明可有效检测SARS-CoV-2的设备:把阻抗分析仪与DNA基因传感器连接,可把检测新冠基因序列的时间缩短到30分钟。

近期,该团队在《Materials Chemistry Frontiers》期刊上,发表了他们的研究成果,研究论文名为“Detection of a SARS-CoV-2 sequence with genosensors using data analysis based on information visualization and machine learning techniques“。

高效率,低成本

该研究的成果设备可把核酸检测的分析结果在30 分钟内准备好,而每个基因传感器的实验成本不到1美元。阻抗分析仪的组件为耐用部分,其成本不到200美元。该设备已实现实验室使用规模,且该技术可转让给任何有能力批量生产的公司。

这个设备如何运作

显示杂交(hybridization)

“我们的基因传感器可以固定被用作捕获探针(capture probe)的简单DNA条。在适当条件下,这个固定条与待分析液体样本中的互补DNA条结合。这个过程称为杂交,它证明了唾液或其他体液样本中SARS-CoV-2的存在,”该研究论文第一作者、化学家Juliana Coatrini Soares说。

该设备包括自组装的单层11-巯基十一烷酸 (11-mercaptoundecanoic acid, 11-MUA),其单层化学键合到含有微米级金导线或含有金纳米粒子表面的玻璃电极上。这种环境能稳定固定用作捕获探针的简单DNA或RNA条,它与互补条的杂交(如果存在于样品中),通过由电阻抗或电化阻抗谱和局部表面等离子体共振检测到的物理参数的变化来显示。

“杂交后,传感器表面的电阻会增加,这可以通过由我们实验室的工程师Lorenzo Buscaglia开发的成本约为100美元的低成本阻抗分析仪监测到。捕获序列和互补SARS-CoV-2序列之间杂交的另一个效果是导致辐射频谱(transmitted spectrum)中吸收峰的移动变化,这可以通过分光光度计(spectrophotometer)的局部表面等离子体共振进行监测,“参与该研究的IFSC-USP研究员、化学家Paulo Augusto Raymundo-Pereira说。

机器学习与高敏感度

研究中达到的最高敏感度相当于每微升0.3拷贝,这足以检测唾液或其他体液中的DNA序列。而通过应用在接触各种不同浓度的互补DNA序列的基因感应器而获得的扫描电子显微镜图像而进行的机器学习里,互补SARS-CoV-2序列也被诊断出了。

“通过将机器学习算法应用于图像处理,我们能够高度精准地区分不同浓度的互补SARS-CoV-2 DNA序列,”Raymundo-Pereira 说。

在检测实验中,基因传感器的敏感度在对照样本中被验证,对照样本包括SARS-CoV-2和其他与病毒无关的DNA生物标志物的阴性序列。通过多维投影技术获得的数据分析表明(其技术称为交互式文档映射 (interactive document mapping, IDMAP)),不同浓度的互补DNA序列与对照阴性样本(即包含非互补序列的样本或其他与SARS-CoV-2无关的DNA生物标志物样本)之间,存在明显区别。

因地制宜的多样性

“使用多种检测方法的优点是操作模式也能多面通用化,因此可以根据每个国家或像巴西这样的大陆国家的不同地区的实际情况实施诊断方法。我们的基因传感器对检测SARS-CoV-2新型变体的基因物质,是很有前景的。为此,如果该变体的基因序列已知,您只需更换,使用捕获探针的简单DNA条带即可,”Oliveira Junior 解释道。

多学科合作

开发该设备的多学科团队包括圣保罗大学圣卡洛斯物理研究所 (IFSC-USP)、圣卡洛斯化学研究所 (IQSC-USP)、数学科学与计算研究所 (ICMC-USP)、巴西农业研究公司 (EMBRAPA) 的仪器部门,以及位于Curitiba, Paraná州的 Pelé Pequeno Príncipe研究所。

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原文参考:

Juliana Coatrini Soares et al, Detection of a SARS-CoV-2 sequence with genosensors using data analysis based on information visualization and machine learning techniques, Materials Chemistry Frontiers (2021). DOI: 10.1039/D1QMG

注:本文旨在介绍医学研究进展,不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导,请至正规医院就诊。

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在此期间,他们还能够将传感器集成到带有光纤尖端的原型设备中,该设备可实时检测生物流体样本的荧光变化。其消除了将样本送到实验室的需要,而这是原本新冠PCR诊断测试所必需的。该设备在大约5分钟内产生结果,并且可检测低至每毫升样品2...百度快照

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新冠传感器:15分钟就能检测新冠病毒!光谱传感器如何做到的?  第2张

新冠传感器:这款非接触式传感器可用于新冠病毒早期筛查

  据了解,创办于2015年的以色列创业企业Neteera,是目前无接触生命体征监测方面的全球领导者。近日,在新型冠状病毒(COVID-19)全球大流行的背景下,该公司最新开发了一种很小的微传感器,能隔着衣服对心率和呼吸率等生命体征,进行远距离传感检测,且无需与被监测者进行实际接触。一起来看看吧!
资料图
  当下,全世界各个国家和地区正努力应对当前的新冠疫情时,病毒感染者和为那些急需救治的人提供必要治疗的基础设施之间的界面,格外引人注目。过去五年来,总部位于耶路撒冷的Neteera一直都在努力开发,正是准备迎接像现在这样的艰难时刻。
非接触式生命体征监测平台,图自Neteera官网
  为了应对当前的新冠肺炎病毒危机,Neteera于4月初宣布,该公司已经加快了第一代商业平台的生产进度,Neteera的第一代商业平台Neteera Contactless Vitals (NCV)系列采用两种不同的配置:
  Neteera-1.0非接触式筛查:与热成像摄像头进行整合,可迅速探测升高的心率、呼吸率和温度,及感染新冠肺炎病毒的已知症状,够为医院、大众运输、工作场所或任何有需要的地方的一线筛查提供支持。
  Neteera-1.2非接触式生命体征传感器:在病人所在的地方。无论是在医院和门诊医疗设施,还是在家中,均可进行持续的非接触式监测。据了解,Neteera的传感器能够分辨出那些亟待关注的病人,并能帮助降低新型冠状病毒传播和医疗保健相关感染(HAI)的风险。
  同时,这些平台也是Neteera现在与以色列国内外政府和企业医疗机构的合作的重中之重。
Neteera开发的微型雷达传感器芯片,资料图
  关于NETEERA TECHNOLOGIES
  远程和非接触式生命体征监测解决方案方面的全球领导者Neteera,是一家总部位于耶路撒冷的科技公司。Neteera将自主研发的高分辨率片上雷达和获得专利的软件结合到一起,支持首次在无接触的情况下,对人类生命体征进行远程持续监测。这样,就可以通过最大限度地减少病人和医护人员之间的接触,来帮助提升病人的舒适度,提供宝贵的实时生理数据,降低医疗保健相关感染的风险。
  据了解,该公司开发的太赫兹激光传感器,与X光相比,太赫兹激光能量小,辐射也更小,对人体来说更安全。Neteera传感器还可侦测罪犯,通过汗水感知司机是否酒驾。通过用传感器侦测汗腺管电磁幅射,可准确判断个人身份特征,速度很快,还可监测其它身体参数,如压力、疲劳程度、疼痛程度、酒精影响、是否滥用药物、医疗诊断信息。所有这些侦测通过一个独特的次太赫摄像头就可以完成。
  自新型冠状病毒肺炎疫情爆发以来,传感器专家网一直密切关注疫情进展,根据国家及地方政府的最新调控与安排,为更好的服务相关企业,在疫情期间,传感器专家网免费发布企业相关文章,免费成为传感器专家网认证作者,请点击认证,大家同心协力,抗击疫情,为早日打赢这场防控攻坚战贡献自己的一份力量。

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