光学生物传感器快速检测猴痘病毒

加州大学圣地亚哥分校的研究人员和他们的同事已经开发出一种光学生物传感器，可以检测引起猴痘的病毒。随着这种疾病继续在世界范围内传播，这项技术可以使诊断速度更快、成本更低。

　　

自2023年以来，在刚果民主共和国，一种新的人类痘病毒变种夺去了约5%的报告感染者的生命，其中许多是儿童。从那时起，它已经蔓延到其他几个国家。世界卫生组织于8月14日宣布此次疫情为国际关注的突发公共卫生事件。此外，自2022年以来，一种不同但很少致命的m痘变体导致了一次疫情，已蔓延到100多个国家。

目前迫切需要更快和更具成本效益的诊断工具，以遏制麻疹的传播，并为未来可能发生的全球大流行病做好准备。来自加州大学医学院和波士顿大学的研究人员及其同事现在已经开发出一种光学生物传感器，可以快速检测猴痘病毒，即引起m痘的病毒。这项技术可以让临床医生在护理点诊断疾病，而不是等待实验室结果。这项研究发表在2024年11月14日的《生物传感器与生物电子学》杂志上。

加州大学圣地亚哥分校医学院的副项目科学家、该研究的联合首席研究员帕萨·雷说，在临床上，麻疹的症状，如发烧、疼痛、皮疹和病变，与许多其他病毒感染的症状相似。“因此，仅仅通过观察患者，临床医生很难将猴痘与其他疾病区分开来。”

此外，聚合酶链反应（PCR）是目前唯一被批准的诊断mpox的方法。它很昂贵，需要一个实验室，可能需要几天或几周才能得到结果。雷说：“当有一种快速传播的流行病或大流行时，这是一种致命的组合。

波士顿大学（BU）杰出的工程学教授、该研究的联合首席研究员Selim ünlü的实验室进行了10多年的研究，寻找更好的mpox分子诊断方法。该实验室开发了用于检测导致埃博拉出血热和COVID-19等病毒的光学生物传感器。雷在加州大学圣地亚哥分校的团队与ünlü的实验室合作，为ünlü的工程团队提供生物专业知识和经过验证的样本。

这项研究由第一作者Mete Aslan领导，他是波士顿大学电气和电子工程专业的博士生，他使用了一个名为像素分集干涉反射成像传感器（PD-IRIS）的数字检测平台来检测病毒。

研究人员使用了从加州大学圣地亚哥分校健康中心一位实验室确诊的m痘患者的病变中收集的样本。他们将样品与Ray实验室提供的单克隆猴痘抗体短暂孵育，这种抗体与病毒表面的蛋白质结合。然后将病毒抗体复合物转移到传感器上硅片表面的小室中，这些小室经过处理以固定这些纳米颗粒。

在芯片上同时照射精确波长的红光和蓝光会产生干扰，当病毒抗体纳米粒子存在时，会导致略有不同的反应。使用彩色摄像机检测这个小信号，并以高灵敏度对单个粒子进行计数。

ünlü说：“你不是试图看到病毒颗粒本身的散射光，而是看到散射光场与芯片表面反射光场混合的干涉测量特征。”他将这一过程比作调频广播，将含有信息的微弱信号与相同频率的更强大的载波信号混合在一起，从而放大微弱信号。

科学家们还分析了单纯疱疹病毒和牛痘病毒样本，它们的临床表现与mpox相似。该生物传感器检测很容易将m痘样本与这些其他病毒区分开来，表明该检测的特异性对于区分m痘与这些常见病毒性疾病至关重要。

雷说：“在两分钟内，我们就能判断出一个人是否得了猴痘。”“从收集病毒样本到获得实时数据大约需要20分钟。”

在诊所，这种检测的快速性将使医疗保健提供者能够比将样本送到实验室更快地诊断出m痘病例。这对于减缓医疗资源匮乏国家的社区传播尤为重要。如果可以的话，临床医生也可以更快地开始治疗。

Ray设想，这种检测方法可以批量生产，并出售给诊所，从而进一步降低成本。单个盒装试剂盒可用于检测多种病毒，如梅毒或艾滋病毒。

“芯片还是一样的，”雷说。“唯一不同的是，这种结合抗体将针对特定的病毒。”

Ray和ünlü正在共同努力实现商业化的目标，不仅要解决刚果民主共和国对mpox快速检测的迫切需求，而且要防止暴发演变为大流行。然而，研究人员说，这项努力将需要政府的支持，因为针对未来威胁的诊断方法几乎没有市场。

雷说：“如果我们现在不处理这种特殊的流行病，它就不会局限于非洲。”