空气监测仪可以在大约5分钟内检测到COVID-19病毒变体

麦凯维工程学院和医学院的一组研究人员开发了一种概念验证型空气质量监测仪，可以在室内环境中检测到活的SARS-CoV-2病毒。该监测仪使用了一个由纳米体制成的生物传感器，该传感器集成在一个基于湿旋风技术运行的空气采样器中。

　　

现在COVID-19大流行的紧急阶段已经结束，科学家们正在寻找实时监测室内环境病毒的方法。通过结合气溶胶采样技术和超灵敏生物传感技术的最新进展，圣路易斯华盛顿大学的研究人员创造了一种实时监测器，可以在大约5分钟内检测到房间内任何一种SARS-CoV-2病毒变体。

这种廉价的概念验证设备可用于医院和卫生保健设施、学校和公共场所，以帮助检测SARS-CoV-2，并可能监测其他呼吸道病毒气溶胶，如流感和呼吸道合胞病毒(RSV)。他们在监测器上的工作结果发表在《Nature Communications》上，他们说这是目前最灵敏的探测器。

来自麦凯维工程学院和医学院的跨学科研究团队由Rajan Chakrabarty组成，他是麦凯维工程学院能源、环境与化学工程的Harold D. Jolley职业发展副教授;Chakrabarty实验室的博士后研究员Joseph Puthussery;医学院神经学教授John Cirrito;以及医学院精神病学副教授Carla Yuede。

“目前还没有什么能告诉我们一个房间有多安全，”Cirrito说。“如果你在一个有100人的房间里，你不会想在五天后发现自己是否生病。这个设备的想法是，你可以实时或每5分钟知道是否有活病毒。”

Cirrito和Yuede之前开发了一种微免疫电极(MIE)生物传感器，可以检测淀粉样蛋白作为阿尔茨海默病的生物标志物，并想知道它是否可以转化为SARS-CoV-2的探测器。他们联系了查克拉巴蒂，查克拉巴蒂组建了一个团队，其中包括在制造实时仪器测量空气毒性方面具有专长的普图瑟里。

为了将生物传感器从检测β淀粉样蛋白转变为检测冠状病毒，研究人员将识别β淀粉样蛋白的抗体换成了来自骆驼的纳米体，该纳米体可识别SARS-CoV-2病毒的刺突蛋白。David Brody医学博士，在国家卫生研究院(NIH)的实验室里开发了纳米体。研究人员说，纳米体很小，易于复制和修改，而且制造成本低廉。

Yuede说:“基于纳米体的电化学方法检测病毒的速度更快，因为它不需要试剂或许多处理步骤。”“SARS-CoV-2与表面的纳米体结合，我们可以使用一种叫做方波伏安法的技术诱导病毒表面酪氨酸的氧化，以测量样本中病毒的数量。”

Chakrabarty和Puthussery将生物传感器集成到一个基于湿旋风技术的空气采样器中。空气以非常高的速度进入采样器，并与沿采样器壁排列的流体进行离心混合，形成表面漩涡，从而捕获病毒气溶胶。湿式旋风采样器有一个自动泵，可以收集液体并将其发送到生物传感器，利用电化学技术无缝检测病毒。

Chakrabarty说:“空气气溶胶探测器的挑战在于，室内空气中的病毒水平被稀释得如此之小，以至于它甚至接近聚合酶链反应(PCR)检测的极限，就像大海捞针一样。湿式气旋的高病毒回收率可归因于其极高的流速，与市售采样器相比，它可以在5分钟内采集更大的空气样本。”

Puthussery说，大多数商用生物气溶胶采样器的流量相对较低，而该团队的监测仪的流量约为每分钟1000升，使其成为可用的最高流量设备之一。它也很小巧，宽约1英尺，高约10英寸，当检测到病毒时，它会亮起，提醒管理员增加房间内的气流或循环。

该团队在两名新冠病毒阳性患者的公寓里测试了监测器。将卧室空气样本的实时PCR结果与从无病毒控制室收集的空气样本进行比较。该装置在卧室空气样本中检测到病毒RNA，但在对照空气样本中未检测到任何病毒RNA。

在将SARS-CoV-2雾化到一个房间大小的室内的实验室实验中，湿旋风和生物传感器仅在几分钟的采样后就能够检测到空气中不同水平的病毒浓度。

Cirrito说:“我们从SARS-CoV-2开始，但也计划测量流感、RSV、鼻病毒和其他经常感染人类的顶级病原体。在医院环境中，这种监测仪可以用来测量葡萄球菌或链球菌，这两种疾病会给病人带来各种并发症。这可能会对人们的健康产生重大影响。”

该团队正致力于将空气质量监测器商业化。