便携式即时 COVID-19微流控检测芯片

简述

随着 COVID-19 的继续传播，供应和实验室人员的瓶颈导致某些地区的结果等待时间过长。在一项新研究中，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员展示了快速 COVID-19 分子测试的原型和简单易用的便携式仪器，可在 30 分钟内用智能手机读取结果，这可以实现点无需将样本送到实验室即可进行护理诊断。

“如果有这样的设备和测试可用，我们可以在公共活动、礼堂、大型聚会上测试 COVID-19，甚至可能在家里进行自我测试。

结果可以发送回适当的公共卫生系统进行协调， ”生物工程教授兼伊利诺伊州格兰杰工程学院院长拉希德·巴希尔说。

Bashir 与电气和计算机工程教授 Brian Cunningham 以及机械科学与工程教授 Bill King 共同领导了这项研究。

SARS-CoV-2（导致 COVID-19 的病毒）的典型测试是从患者身上采集长鼻咽拭子样本，将拭子放入一种称为病毒转运介质的物质中，然后将其送到实验室进行多步骤过程提取、分离和繁殖病毒内部的病毒 RNA。

Cunningham 说，这种 RNA 增殖过程称为 RT-PCR，需要几个温度波动周期、专门的设备和训练有素的人员。

正如《美国国家科学院院刊》报道的那样，伊利诺伊州的团队使用了一种更简单的过程来分析病毒运输介质，称为 LAMP，它绕过了 RNA 提取和纯化步骤。

“LAMP 只需要一个温度——65 摄氏度——所以它更容易控制，”该研究的第一作者、研究生 Anurup Ganguli 说。“此外，LAMP 比 PCR 更有效，尤其是当测试样本中存在污染物时。我们可以简单地加热样本，打开病毒并检测特异性识别 SARS-CoV-2 的基因序列。”

研究人员将 LAMP 检测与 PCR 进行了比较，首先使用掺有病毒的合成鼻液，然后使用临床样本。他们发现结果与 PCR 结果一致，并记录了 LAMP 测试的敏感性和特异性。

然后，研究人员将 LAMP 检测整合到一个小型 3D 打印微流体墨盒上，该墨盒具有两个注射器输入槽：一个用于包含样本的病毒运输介质，一个用于 LAMP 化学品。一旦这两者被注入，它们就会在药筒内发生反应。

“我们使用现代、高速的增材制造技术来制造这些墨盒。整个过程可以快速扩展到数十万次测试，”金说。“生产规模扩大通常是微流体墨盒商业应用的最大障碍，我们可以使用这种新方法克服这个障碍。现代增材制造具有弹性和可扩展性，与传统制造技术相比，它可以非常迅速地扩大规模。 ”

该团队正在与总部位于芝加哥的技术公司 King 共同创立的 Fast Radius Inc. 合作制造微流体墨盒。

该试剂盒可以插入带有加热室的手持式便携式仪器中，在反应期间将试剂盒加热至 65 摄氏度，以及用于读取结果的智能手机支架。大约 30 分钟后，阳性结果会发出荧光。

Cunningham 说：“阅读器用蓝色 LED 发出的光照亮液体隔间，而手机的后置摄像头会记录正在生成的绿色荧光灯的电影。”

研究人员展示了带有额外临床样本的便携式设备，并发现结果与标准 PCR 实验室程序的结果相匹配。

Bashir 说，研究人员正在探索该测定是否适用于唾液样本，以消除对鼻咽拭子的需求，并在他们考虑下一步监管批准时收集更多患者数据。