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UArizona研究人员使用智能手机显微镜对样品成像。图片来源：UArizona生物传感器实验室
亚利桑那大学的研究人员正在开发一种COVID-19测试方法，该方法使用智能手机显微镜分析唾液样本并在大约10分钟内提供结果。
由生物医学工程教授Jeong-Yeol Yoon领导的UArizona研究团队旨在将现有的抗原检测速度与高精度的鼻拭子PCR检测相结合。研究人员正在采用这种廉价方法，即使用智能手机显微镜来检测诺如病毒（诺如病毒是一种在游轮上广泛传染的微生物）。
他们计划将这种方法与UArizona生态与进化生物学系主任，亚利桑那大学BIO5研究所副所长Michael Worobey开发的盐水横摇漱口试验结合使用。
该团队最新的研究使用水样，与UArizona Mel和Enid Zuckerman公共卫生学院，环境与政策系主任Kelly A. Reynolds合作完成，今天发表在《Nature protocols》上。Yoon实验室的生物医学工程学博士生Lane Breshears说：“我们已经概述了该方法，以便其他科学家可以重复我们所做的工作，并创建一种诺如病毒检测设备。” “如果您想使其适应其他检测需求，可根据您的需求制造相应检测设备，例如我们已经针对COVID-19对其进行了适配。
Yoon是BIO5研究所的成员，同时还是生物系统工程，动物和比较生物医学科学以及生物化学的教授。Yoon正在与一大批本科生和研究生合作开发基于智能手机的COVID-19检测方法。“我有几个朋友对COVID-19感到非常沮丧，因为他们的PCR结果花了六到七天，或者他们从快速的抗原测试中得到了假阴性。但是当他们进行了最终的PCR测试时，他们发现了他们生病了。”在Yoon实验室工作的生物医学工程博士生Katie Sosnowski说。“在能够获得快速且准确的结果的检测平台上工作真的很酷。”
生物医学工程教授Jeong-Yeol Yoon和他的团队向生物传感器实验室周围的亚利桑那大学主席Robert C. Robbins和Provost Liesl Folks展示。图片来源：克里斯·理查兹（Chris Richards）/亚利桑那大学
便宜，简单的检测
用于检测诺如病毒或其他病原体的传统方法通常很昂贵，需要大量的实验室设备或需要科学专业知识。UArizona开发的基于智能手机的诺如病毒测试包括智能手机，简单的显微镜和一片微流体纸（一种涂蜡纸，可引导液体样品流经特定通道）。它比其他测试更小，更便宜，其组件成本约为45美元。在ACS Omega杂志上发表的2019年论文中描述的这项技术的基础相对简单。
用户将带有荧光珠的抗体引入可能受污染的水样品中。如果样品中存在足够多的病原体颗粒，则几种抗体会附着在每个病原体颗粒上。在显微镜下，病原体颗粒显示出很少的荧光珠团，然后用户可以计数。
该过程-向样品中添加珠子，在样品中浸泡一张纸，然后在显微镜下用智能手机拍照并计数珠子-大约需要10到15分钟。如此简单，Yoon表示，非科学家也可以通过观看简短的视频来学习如何做。Nature Protocols论文中描述的技术版本进行了进一步的改进，例如为显微镜附件和微流体纸屑创建了3D打印的外壳。本文还介绍了一种称为自适应阈值的方法。
以前，研究人员为构成危险的病原体数量设定了固定值，这限制了精确度。新版本使用人工智能设置危险阈值并考虑环境差异，例如智能手机的类型和纸张的质量。校内影响研究人员计划与亚利桑那大学的测试设施合作，对他们的方法进行微调，使其适应于COVID-19检测。在获得大学机构审查委员会的批准之前，已经通过其他方法在校园中进行测试的学生将可以选择提供书面同意，以便他们的样品也可以通过基于智能手机的测试设备进行测试。最终，研究人员设想将设备分发到校园中枢，以便普通人（例如宿舍中的居留助手）可以测试人群中的唾液样本。
亚利桑那大学主席罗伯特·罗宾斯说：“采用一种设计用于检测诺如病毒（另一种具有高度传染性的病原体）的方法，是我们的研究人员面对大流行的重要例子。” “这项有前途的技术可以使我们频繁，轻松地为校园社区提供快速，准确，负担得起的测试。我们希望将其作为我们'测试，追踪，对待'策略的常规组成部分，并将产生更广泛的影响减轻疾病的传播。”Yoon和他的团队也在研究另一个想法，基于他们在《化学》（欧洲期刊）上发表的2018年论文，该论文甚至更简单，但留出了更多的出错空间。它涉及相同的技术，但是用户无需下载智能手机显微镜和专门设计的外壳，只需下载智能手机应用程序并使用带有QR码的微流控芯片即可。
生物医学工程学硕士课程的学生Pat Akarapipad说：“与荧光显微镜技术不同，在荧光显微镜技术中，您可以将芯片放置在正确的位置，而只是拍摄快照。” “无论从哪个角度或距离拍摄照片，智能手机应用程序都可以使用AI和QR代码计算差异并相应地进行计算。”该方法无需培训，因此，如果完善，它可能会允许学生从校园地点拾取微流控芯片并测试自己的样品。该团队还与该大学COVID-19测试小组的其他成员合作，包括Deepta Bhattacharya，免疫生物学系副教授。
参考：Nature Protocols (2021). DOI: 10.1038/s41596-020-00460-7
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发表于 2021-2-1 22:26:34
