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超快速新型设备可捕获并识别病毒

2019年12月23日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究描述了由宾夕法尼亚州立大学和纽约大学的一组研究人员开发的新型设备。该仪器不仅可以捕获不同类型的病毒,还可以分辨出它们是什么类型。

病毒从动物传播到人类

今天,科学家仍然不知道约有170万种病毒,但它们仍生活在动物体内。在某些情况下,这些人畜共患病毒可以传播给人类。其中包括Zika,H5N1和Ebola病毒等熟悉的病毒,除非能够迅速有效地遏制,否则它们会在整个国家造成死亡和严重疾病。世界卫生组织还支持早期发现,以限制这种病毒从感染患者中传播,因为一旦发现这些患者,就可以立即对其进行感染遏制措施。

相同研究人员的较早工作导致了CNT-STEM的使用,CNT-STEM是一种基于精心掺杂的多壁碳纳米管的垂直阵列的微型设备,其大小可根据需要进行调整,以根据其大小捕获多种病毒,从17到325 nm。它旨在从现场样品中富集用于病毒检测的任何样品。发现此设备可将检测率和病毒分离率提高100倍。除了去除污染物颗粒和浓缩样品外,还可以直接识别出任何病毒。

实际上,这种早期的设备可以帮助研究人员拾取新兴的禽流感病毒以及新的病毒株。

病毒

这款名为VIRRION的新设备既小巧又便宜,旨在握在手中,同时还能按大小查找病毒。研究员Mauricio Terrones说:“我们的设备使用经过改造的纳米管阵列,其大小可与多种病毒媲美。然后,我们使用拉曼光谱法根据病毒的个体振动来识别病毒。”

他们使用了碳纳米管,碳纳米管以垂直排列的森林阵列的形式按大小梯度排列。根据它们的大小,它可以作为过滤器来捕获不同的病毒。然后对这些病毒进行原位拉曼光谱分析。该概念被捕获在手持设备中。

VIRRION可以快速富集任何包含病毒的样品(无论是来自患者还是来自环境),以增加病毒颗粒的数量。它仅需几分钟即可增加临床样品的少量样本中病毒颗粒的浓度。结果,表征病毒的过程变得更快。

除了快速的处理速度之外,设备的紧凑外形和低成本与当前可用设备的大体积和高成本形成了鲜明的对比。设计师解释了其优越的构建功能:“ VIRRION的宽度为几厘米。我们添加了金纳米颗粒以增强拉曼信号,因此我们能够以非常低的浓度检测病毒分子。然后,我们使用机器学习技术来创建病毒类型库。”

应用领域

VIRRION的应用范围很广,从在农作物领域中早期检测植物病毒到在几分钟之内(而不是几天)检测人类病毒。在第一种情况下,这种可能性可以使整个农作物免受病毒感染的破坏。在牲畜群中,如果可以在感染的早期将病毒传播到整个牛群之前,也可以避免淘汰和大规模屠宰。在人类中,发现病毒的存在可以通过采取快速遏制措施来帮助避免流行病甚至是地方性感染。

这种具有成本效益的便携式设备还可以方便个人就诊以及来自病毒爆发地点的偏远地区的医疗咨询。

而且,从学术和医学的角度来看,富集和病毒检测的速度可以帮助捕获新病毒的出现时间,并有助于发现新病毒和诊断病毒感染。

病毒学家Elodie Ghedin说:“最终,我们希望将这种设备用于单个病毒体的捕获和测序,从而使我们能够更好地实时处理病毒。”

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