寨卡病毒檢測，智能手機來幫忙，半小時內出結果！

導讀

病毒的檢測，一般都需實驗室級的醫療設備和專業人員，耗時、廢力、又傷財。最近，美國聖地亞國家實驗室開發了一種小型化、攜帶型、低成本的診斷設備，它由智能手機控制，重量不到1磅，成本只需100美元，檢測寨卡等蚊媒病毒的時間少於30分鐘。

寨卡病毒

春暖花開，萬物復甦，各種蚊蟲、病毒和細菌也蠢蠢欲動。大家還記得2015年5月，巴西發生的大規模「寨卡病毒」感染疫情嗎？根據媒體報道，當時美洲、非洲等30多個國家和地區報告出現寨卡病毒傳播，而且蔓延迅速。

寨卡病毒，除了感染孕婦後可能導致胎兒出現「小頭畸形」外，還會導致發生在任何年齡的神經系統疾病，癥狀包括肌肉萎縮等，嚴重時可致癱瘓，另外還可能對心臟造成嚴重傷害，包括引起心血管併發症和心衰竭等。

(圖片來源於: taciophilip/Depositphotos)

醫學專家稱，寨卡病毒是一種能通過「蚊蟲」傳播的蟲媒病毒，主要是通過伊蚊傳播。伊蚊主要有兩種，一種叫埃及伊蚊（背部有四條線），主要在熱帶區域，另一種叫白紋伊蚊（頭部有一條線），可以分布到溫帶區域。這兩種蚊子的六條腿上都有黑白相間的花紋，所以也都叫花腳蚊。

病毒檢測

從病毒防治的角度來說，對於這種病毒進行快速檢測，意義十分重大。但是，目前對於寨卡、登革熱、基孔肯亞熱等蚊媒病毒的檢測需要在醫院的化驗室進行，患者需要等上幾天才能拿到結果。檢測使用的儀器設備，體積差不多和微波爐一般，成本達2萬美金。

另外，寨卡等病毒大多數流行於醫療條件落後的發展中國家，所以想要在這些國家的小型診所內，進行快速有效的病毒檢測，是很不現實的。

創新研究

(圖片來源於: Randy Wong/美國聖地亞國家實驗室)

然而，最近美國聖地亞國家實驗室的研究人員為解決這一問題，帶來了創新方案。他們開發了一種攜帶型診斷設備，它由智能手機控制，通過電池供電，重量不到1磅，成本只有100美元，檢測寨卡等蚊媒病毒的時間少於30分鐘。

聖地亞國家實驗室的團隊，本周在《科學報告》雜誌中，發表了一篇題為《一種基於智能手機的診斷平台，用於快速檢測寨卡、登革熱、基孔肯亞熱病毒》的論文。

關鍵技術

LAMP

該診斷設備基於「環介導等溫擴增」（LAMP）診斷法，它是一門新興的基因擴增技術，作為一種分子生物學檢測技術來說，它具有高特異性、高敏感性、簡單、便捷及成本低等特點，已廣泛用於臨床疾病的診斷、流行性細菌或病毒的定性定量檢測、動物胚胎性別鑒定及基因晶元開發等領域。

該方法無需在測試之前處理諸如血液、尿液之類的生物樣本。傳統的病毒測試方法需要將樣本送到實驗室，從中提取DNA和RNA，然後通過一種稱作「聚合酶鏈式反應」（PCR）的技術擴增遺傳物質。

所以，任何DNA/RNA樣本都需要充足地擴增，以便能夠被檢測到。反覆加熱和冷卻樣本的過程是能量密集型的，且需要複雜的PCR機器。另外，檢測複製的病毒物質，也需要熒光計之類的昂貴部件。傳統PCR機器具有複雜、昂貴的特點，這成為了它走出實驗室，走向小診所的最大障礙。

LAMP技術和PCR一樣，可以複製病毒的DNA/RNA，但是它可以具有以下優勢：

它無需加熱和冷卻的循環過程，所以它也無需重型電源，只需添加少量精心設計的生化試劑，就可以讓樣本在半小時左右，一次性加熱至65攝氏度，進而通過LAMP技術進行檢測。同時，LAMP技術也無需在測試之前進行額外的樣品準備。

對此，聖地亞國家實驗室的化學工程師、項目領頭人 Robert Meagher 說道：

「我們已經演示了我們正在使用化學過程，可以從未經處理的樣本中擴增病毒RNA。這是一種重點照護的檢測方案，因為你並不想要用額外的設備隔離DNA和RNA。」

QUASR

Meagher 和他的團隊，之前開發了一種另外的檢測技術與LAMP技術相結合的方案。這種技術稱為「QUASR」，它包括通過「熒光引物」標記合成的病毒DNA片段，這些分子可以發出明亮的光線信號。引物可以融入加熱和擴增的DNA樣本。

然後，QUASR技術會讓包含病毒DNA/RNA的樣本呈現明亮，而陰性反應的保持黑暗。

智能手機和演算法

智能手機技術在該研究中扮演了關鍵角色。化學工程師、文章的領導作者 Aashish Priye 評論道：

「除了創建一種應用程序APP，作為操控設備的簡單介面，我們還利用了智能手機攝像頭感測器取代傳統的實驗室分析工具，從而帶來了前所未有的可移動性。」

(圖片來源於: 美國聖地亞國家實驗室)

針對寨卡病毒，Meagher 的團隊設計了一種新方案，利用智能手機感測器作為熒光計，檢測QUASR LAMP光線信號的出現。LAMP的工作方式很簡單，用戶只需將智能手機放置於LAMP盒子上面，打開應用程序APP。APP通過藍牙協議和盒子進行無線通信，啟動加熱器，開啟LAMP反應。

經過30分鐘的測試後，智能手機對於樣本進行拍照。然後，APP使用一種新型圖像分析演算法，準確地判斷LAMP反應發的光線的顏色和亮度。這種基於智能手機的圖像分析，比實驗室技術員的裸眼判定更加可靠。

研究價值

半小時左右的檢測，就可以幫助臨床人員對於病患和隔離措施作出更加快速的判斷和決策，快速通知公共衛生機構，讓他們可以採取更加有力的措施防止病毒擴散。

此外，寨卡、登革熱、基孔肯亞熱由同一種類型的蚊子進行傳播，且早期癥狀相似。這種原型診斷設備可以讓醫療人員同時快速地檢測這三種病毒，防止誤診。另外，這個工具也可以用於檢測其他的人類或者動物病原體。

病毒檢測的LAMP盒子原型的製造成本，很大程度上取決於所選擇的手機成本。Priye 說：

「世界上有數以十億計的智能手機，即便在發展中國家也是如此，而且這種工具並不需要市場上的高端智能手機。它只需要一個光學感測器，就可以運行應用程序APP。」

在聖地亞實驗室，成功進行病毒檢測所用的智能手機，只需差不多20美元。寨卡病毒測試盒的原型超實用、超便攜，並且有望應用於全球範圍內的診所。

總結

目前，醫療電子設備的發展呈現出趨勢是「低功耗、小型化、便攜化、低成本、與物聯網、半導體、無線通信等技術進一步融合」。

這項研究就是體現這一趨勢的一個非常很好的範例，我之前的文章也介紹過多款小型化、低成本的攜帶型醫療檢測設備，這裡列舉一下，供大家有興趣可以參考查閱下。

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參考資料

【1】https://share-ng.sandia.gov/news/resources/news_releases/zika_app/#.WNDqG3r7znj

【2】http://www.nature.com/articles/srep44778

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