基于唾液的COVID-19检验新方法可在30分钟内提供准确结果

宾夕法尼亚州立大学电气工程教授Aida Ebrahimi开发出一种日常测试设备,获得了NIH开拓者奖。目前的COVID-19测试需要实验室处理,这让潜在的病人要等待实验室化验数小时甚至数天才能获得诊断。现在,利用宾夕法尼亚州立大学的研究人员计划开发一种负担得起的、准确的、基于唾液的COVID-19测试,可与怀孕测试和葡萄糖监测仪一样简单和方便且灵敏度更高。

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由电气工程和生物医学工程助理教授Aida Ebrahimi领导的研究人员计划设计和开发一种能在30分钟内提供测试结果的设备,准确率超过90%。据Ebrahimi说,该设备有可能敏感到在一个人开始出现症状之前甚至没有症状的人身上检测。

为了实现这一目标,艾伯拉希米生物分析和生物传感器实验室将首先使用非活性SARS-CoV-2病毒颗粒来探索其独特的电学特性。所有材料都会对电场产生反应,不同的反应取决于材料的特性。研究人员计划确定非活性病毒颗粒的这些详细参数来设计拟议的电化学装置。

基于病毒的电学特性,经过双重放大的方法可以达到需要的灵敏度以检测唾液样本中的低数量的病毒颗粒。开发传感器的新方法将可以再没有昂贵的纳米加工工具的情况下获得这种灵敏度。

该传感装置将使用两种同时进行的信号放大技术来检测病毒颗粒,Ebrahimi解释说这将提高该装置的灵敏度,超过传统方法。首先将通过一组电极施加一个小电压来捕获粒子,然后再施加另一个电压,以诱导一个称为氧化还原循环的电化学过程,这可以将捕获的粒子产生的信号放大到一个可检测的水平。

双重放大的过程是关键,这样带来的灵敏度可以在一个人甚至出现症状之前就能计算出低数量的病毒。最终目标是人们可以在家里测试他们的唾液,得出准确的结果后可以放心出门与人交往。

接下来,研究人员将使用光刻技术,这是一种具有成本效益的工艺,利用光在光敏表面上蚀刻微小的图案。这些图案旨在从唾液样本中捕捉和分类目标病毒颗粒,并将它们送到传感器区域。

Ebrahimi和她的团队将使用计算建模来指导设备设计和开发原型,他们将使用非活性病毒颗粒对其进行测试和验证。在项目的最后阶段,研究人员将与兽医和生物医学系的临床教授和微生物科主任Suresh Kuchipudi合作,在Kuchipudi的实验室用完整的病毒样本安全地测试该诊断设备。

"该设备的拟议概念不限于SARS-CoV-2,"Ebrahimi说,并指出该项目具有高风险、高回报的潜力。"如果这个诊断设备的原理证明和验证成功,它可以应用于其他疾病的生物标志物的快速量化,甚至超越传染病,如阿尔茨海默氏病。这个项目只是朝着更大目标迈出的第一步"。

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