“芯片實(shí)驗(yàn)室”基因檢測設(shè)備可以在三分鐘內(nèi)以最高的準(zhǔn)確率識別病毒

巴斯大學(xué)的工程師們發(fā)明了一種病毒診斷設(shè)備，只需三分鐘就能得出實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量的結(jié)果，他們稱其為“世界上最快的新冠病毒檢測”。

LoCKAmp原型設(shè)備采用創(chuàng)新的“芯片實(shí)驗(yàn)室”技術(shù)，已被證明可以從鼻拭子中快速、低成本地檢測Covid-19。巴斯大學(xué)的研究小組說，這項(xiàng)技術(shù)可以很容易地用于檢測其他病原體，如細(xì)菌，甚至癌癥等疾病。

該設(shè)備的工作原理是通過進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來快速釋放和放大鼻拭子樣本中的遺傳物質(zhì)，并在智能手機(jī)應(yīng)用程序上查看結(jié)果。

與大流行期間常見的橫向流動(dòng)檢測不同，LoCKAmp采用了先前用于實(shí)驗(yàn)室PCR(聚合酶鏈反應(yīng))檢測的相同的“金標(biāo)準(zhǔn)”基因檢測技術(shù)，從而**實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)的快速檢測。

以及它的準(zhǔn)確性，LoCKAmp的速度使它與眾不同。研究小組表示，據(jù)他們所知，LoCKAmp是迄今為止報(bào)道的最快的Covid-19檢測方法，三分鐘內(nèi)就能顯示結(jié)果。

該原型設(shè)備由現(xiàn)成的組件和工廠制造的印刷電路板制成，可以快速、低成本地大規(guī)模生產(chǎn)，為世界各地的護(hù)理提供者和公共衛(wèi)生機(jī)構(gòu)提供一種有效的病毒檢測新工具。研究小組表示，擁有相關(guān)設(shè)計(jì)和制造專業(yè)知識的商業(yè)合作伙伴可以迅速將LoCKAmp重新設(shè)計(jì)成一種小型便攜式設(shè)備，在遠(yuǎn)程醫(yī)療環(huán)境中具有很大的潛力。

該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)與學(xué)術(shù)和商業(yè)合作伙伴進(jìn)行了接觸，并歡迎進(jìn)一步的方法，因?yàn)樗鼘で髮oCKAmp投入生產(chǎn)。

該設(shè)備及其工作原理在研究論文LoCKAmp:用于<3分鐘病毒基因檢測的pcb實(shí)驗(yàn)室技術(shù)中有詳細(xì)介紹，該論文發(fā)表在《芯片實(shí)驗(yàn)室》雜志上。

巴斯大學(xué)生物工程與生物醫(yī)學(xué)技術(shù)中心(CBio)的Despina Moschou博士領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。她說:“我們在英國第二波疫情期間開始研究和開發(fā)LoCKAmp。我們相信，我們可以創(chuàng)造一種便攜式、低成本的設(shè)備，可以在10分鐘內(nèi)對病毒進(jìn)行基因鑒定，就像PCR檢測一樣。我們已經(jīng)這樣做了，但發(fā)現(xiàn)它實(shí)際上可以在三分鐘內(nèi)起作用。

“這是芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)可能性的驚人展示，考慮到該技術(shù)檢測一系列條件的低成本和適應(yīng)性，它可能是一系列醫(yī)療保健環(huán)境中非常有價(jià)值和獨(dú)特的工具。”

通過使用現(xiàn)成的印刷電路板技術(shù)和相關(guān)的大規(guī)模制造基礎(chǔ)設(shè)施，該團(tuán)隊(duì)表示，該設(shè)備可以快速、廉價(jià)地大規(guī)模生產(chǎn)。LoCKAmp包括一個(gè)便攜式測試單元和一次性墨盒，用于每次測試。

該測試裝置預(yù)計(jì)批量生產(chǎn)時(shí)的成本僅為50英鎊，而目前售價(jià)為2.5英鎊的測試墨盒的成本可能不到50便士。

LoCKAmp的工作原理

LoCKAmp利用一種被稱為RT-LAMP(逆轉(zhuǎn)錄環(huán)介導(dǎo)的等溫?cái)U(kuò)增)的過程來繁殖特定的RNA序列，這意味著它可以快速檢測到它正在尋找的特定病毒。該團(tuán)隊(duì)說LAMP檢測比PCR檢測更可取，因?yàn)樗哂懈叩撵`敏度、更快和更特異性。

關(guān)鍵是，處理過程在65°的單一穩(wěn)定溫度下進(jìn)行，而不需要PCR測試所需的三個(gè)熱循環(huán)。這意味著該設(shè)備可以更容易地實(shí)現(xiàn)便攜尺寸，并具有更低的功耗。該設(shè)計(jì)的另一個(gè)好處是不需要對鼻拭子樣本進(jìn)行預(yù)處理。

一旦將鼻拭子樣本添加到設(shè)備中，LoCKAmp就會(huì)將液體泵出，通過鋪在電路板上的微小透明“微流控”通道，這些通道位于僅0.017毫米厚的銅加熱器上方。它們加熱樣本，釋放病毒的RNA遺傳物質(zhì)。然后用RT-LAMP化學(xué)物質(zhì)進(jìn)一步加熱和處理以促進(jìn)增殖。

如果特定的病毒RNA存在于擴(kuò)增的樣本中，它在光照下發(fā)出熒光——這個(gè)信號隨后被用來表示陽性測試。

LoCKAmp是由巴斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的，其中包括化學(xué)工程、化學(xué)和生命科學(xué)系的工作人員，以及格拉斯哥大學(xué)詹姆斯瓦特工程學(xué)院和約翰英納斯中心的同事。

在第三波大流行期間，該設(shè)備用巴斯皇家聯(lián)合醫(yī)院信托基金收集的COVID-19患者拭子進(jìn)行了測試，巴斯大學(xué)與該信托基金有著長期的研究合作關(guān)系。

盡管這種流行病已經(jīng)停止，特別是在公眾意識和立法議程上，但鑒于該裝置的適應(yīng)性和潛力，發(fā)展仍在繼續(xù)。

通過廢水追蹤疫情的范圍

除了證明該系統(tǒng)在分析鼻拭子樣本方面的能力外，LoCKAmp還可用于通過測試廢水來進(jìn)行社區(qū)一級的匿名監(jiān)測和檢測Covid等病毒。

該團(tuán)隊(duì)利用巴斯大學(xué)水創(chuàng)新研究中心在廢水流行病學(xué)方面的專業(yè)知識，找到了這種需要對廢水樣本進(jìn)行預(yù)處理的替代用途。

使用LoCKAmp對廢水進(jìn)行持續(xù)的實(shí)時(shí)分析，可以使公共衛(wèi)生機(jī)構(gòu)快速檢測到Covid等病毒或其他傳染病的傳播。通過廢水進(jìn)行這種檢測可以提供更廣泛的社區(qū)視野，而不是依靠個(gè)人定期檢測一種疾病。

巴斯大學(xué)化學(xué)系的Barbara Kasprzyk-Hordern教授是環(huán)境流行病學(xué)專家，對這項(xiàng)研究做出了貢獻(xiàn)。她說:“LoCKAmp技術(shù)提供了低成本和實(shí)時(shí)的基因目標(biāo)識別和定量，我們離實(shí)時(shí)病原體追蹤越來越近。”這為在社區(qū)建立利用廢水進(jìn)行病原體監(jiān)測的早期預(yù)警系統(tǒng)提供了令人興奮的機(jī)會(huì)。”

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