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作者:麥姆斯咨詢

隨著具有高度傳染性的新冠肺炎（Covid-19）病毒變體的激增，兩位美國(guó)研究人員正在通過(guò)使用芯片級(jí)光子生物傳感器進(jìn)行更廣泛的免疫檢測(cè)來(lái)阻止疫情蔓延。

羅徹斯特大學(xué)（University of Rochester）教授Ben Miller表示：“我們正在做的研究，展示了如何快速使檢測(cè)分析適應(yīng)新的新冠病毒變體?！?/p>

羅徹斯特大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授Ben Miller

他補(bǔ)充說(shuō)：“我們的芯片不僅可以檢測(cè)來(lái)自一種病毒的一種蛋白質(zhì)，還可以檢測(cè)幾種不同的變體，并在一分鐘左右的時(shí)間內(nèi)找出是否存在與其它變體結(jié)合的抗體?！狈催^(guò)來(lái)，這些信息可以幫助指導(dǎo)醫(yī)療響應(yīng)。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，該芯片可能會(huì)在2024年上市，它大約為25毫米見(jiàn)方，厚度約為3毫米。該傳感器系統(tǒng)使用氮化硅材料，不僅適用于新冠肺炎，還可以用于對(duì)流感和許多其他疾病進(jìn)行免疫檢測(cè)。

研究團(tuán)隊(duì)成員紐約州立大學(xué)理工學(xué)院（SUNY Poly）（位于羅徹斯特以東200英里的奧爾巴尼市）教授Nate Cady表示，該項(xiàng)目的主要產(chǎn)業(yè)合作伙伴，位于紐約州羅徹斯特市的奧森多醫(yī)療（Ortho-Clinical Diagnostics），正在為其客戶群打磨未來(lái)的產(chǎn)品。奧森多醫(yī)療最初是從柯達(dá)分拆出來(lái)的，最近已被Quidel收購(gòu)。

另一家位于羅徹斯特的產(chǎn)業(yè)合作伙伴——Syntec Optics，將通過(guò)注塑成型制作一次性分析零件。

位于美國(guó)紐約州奧爾巴尼市的AIM Photonics，曾為Ben Miller先前的基于診斷的研究制造了數(shù)千個(gè)芯片，也將為新的基于免疫的項(xiàng)目設(shè)計(jì)封裝。

如果新的新冠肺炎病毒變體出現(xiàn)，即使是在一個(gè)沒(méi)有昂貴醫(yī)療設(shè)備的社區(qū)，未經(jīng)高級(jí)培訓(xùn)的工作人員也可以快速調(diào)整芯片以檢測(cè)針對(duì)最新變體的免疫情況，這展示了光子學(xué)方法的優(yōu)勢(shì)。

AIM Photonics通過(guò)美國(guó)救援計(jì)劃基金獲得了500萬(wàn)美元的研究撥款。該計(jì)劃于2021年頒布，旨在向各機(jī)構(gòu)提供1.9萬(wàn)億美元以抗擊這場(chǎng)已在全球范圍內(nèi)造成至少600萬(wàn)人（可能更多）死亡的疫情。

通過(guò)檢查血液樣本，AIM Photonics制作的芯片將進(jìn)行準(zhǔn)確的病毒免疫檢測(cè)，以觀察患者是否仍然具有來(lái)自新冠肺炎抗體的保護(hù)。這些檢測(cè)將回答諸如“疫苗接種有效嗎？我有對(duì)應(yīng)的抗體嗎？這種免疫力能持續(xù)多久？我需要再來(lái)一劑加強(qiáng)針嗎？”等等的問(wèn)題。

Cady表示：“這項(xiàng)光子技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)證明有效，但它還沒(méi)有成熟條件投入生產(chǎn)，這是新資助要解決的核心問(wèn)題?！?020年，Miller領(lǐng)導(dǎo)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種體積小且價(jià)格低廉的芯片，以進(jìn)行新冠肺炎抗體檢測(cè)。雖然分析耗材體積小且價(jià)格低廉，但它需要使用價(jià)值15萬(wàn)美元的實(shí)驗(yàn)室激光系統(tǒng)進(jìn)行讀取和分析。

Miller表示：“新的小型化器件是該項(xiàng)目的成果之一，用于檢測(cè)血液樣本中與新冠病毒（2019 SARS CoV-2）結(jié)合的各種抗體。”

“更便宜更小型的讀取器”

現(xiàn)在，他們的目標(biāo)是使讀取器更小、更便宜、足夠簡(jiǎn)單，無(wú)需經(jīng)過(guò)大量培訓(xùn)即可實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用?！拔覀冃枰?，我們可以把它小型化到什么程度？”Cady表示，“我們正在顛覆抗原檢測(cè)。我們將病毒片段放在帶有光子傳感器的芯片上，在血液中尋找抓住芯片上病毒片段的抗體。”

基于光子生物傳感技術(shù)的即時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)

這個(gè)新項(xiàng)目被稱為冠狀病毒經(jīng)濟(jì)應(yīng)對(duì)快速援助（RACER）。一些撥款將供應(yīng)AIM Photonics芯片光子代工廠的制造以及支持進(jìn)行這項(xiàng)復(fù)雜研究的人才。

項(xiàng)目的學(xué)術(shù)合作伙伴包括羅徹斯特理工學(xué)院（RIT）、紐約州立大學(xué)理工學(xué)院（SUNY Polytechnic Institute）、加州大學(xué)圣巴巴拉分校（the University of California Santa Barbara）和美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（U.S. Naval Research Lab）。

簡(jiǎn)而言之，Miller表示，新研究不再只是從一種病毒感染中尋找一種蛋白質(zhì)，而是要研究幾種不同的蛋白質(zhì)，進(jìn)而調(diào)整分析方法。有關(guān)免疫保護(hù)的信息將是指導(dǎo)人們決定是否再次接種疫苗的核心。

“這將告訴我們，如果有一個(gè)新的變種并且我接受了血液檢測(cè)，我會(huì)知道我從疫苗接種或先前感染中獲得的抗體是否與它結(jié)合。”Miller表示，“我可能需要一種新疫苗，也可能不需要?！?/p>

最常見(jiàn)的病毒檢測(cè)方法被稱為PCR（Polymerase Chain Reaction），“對(duì)于診斷新冠肺炎非常有用。”Miller表示，“但沒(méi)有好的免疫PCR檢測(cè)。我們將幫助人們了解他們的免疫狀況?！?/p>

Miller與AIM Photonics合作的第二個(gè)研究主題將側(cè)重于向生活在資源有限環(huán)境（附近沒(méi)有醫(yī)院或其他更綜合系統(tǒng)的偏遠(yuǎn)或農(nóng)村地區(qū)）中的居民提供新冠肺炎信息。

當(dāng)診斷實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行診斷分析來(lái)檢查血液樣本時(shí)，樣本通常需要在資源豐富的設(shè)施（如醫(yī)院或臨床實(shí)驗(yàn)室環(huán)境）中通過(guò)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。

“這就是RIT的研究方向，使讀取器光學(xué)系統(tǒng)小型化。”Miller表示。然后，可以在醫(yī)療點(diǎn)（可能是醫(yī)生辦公室）以最少的資源讀取檢測(cè)信息。

Miller表示，這項(xiàng)研究工作可能需要兩年時(shí)間。除此之外，他希望能有一家大公司愿意合作推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)向前發(fā)展，“與之?dāng)y手，共同向前奔跑。我們必須讓技術(shù)走得更遠(yuǎn)，以使該公司值得為此目標(biāo)投入?！?/p>

除了免疫分析外，Miller還表示，該項(xiàng)目還將檢測(cè)與Covid-19感染相關(guān)的人類(lèi)蛋白質(zhì)的感測(cè)技術(shù)。Miller表示：“這是擴(kuò)展該技術(shù)在新冠肺炎應(yīng)對(duì)中的實(shí)用性的重要方法，也將證明一次性卡片芯片概念可用于廣泛的人類(lèi)免疫診斷?！?/p>

Miller表示，全世界都會(huì)對(duì)這款產(chǎn)品有興趣，但他表示“現(xiàn)在還為時(shí)過(guò)早”去談?wù)撌敲绹?guó)還是海外的公司來(lái)帶頭商業(yè)化該產(chǎn)品。

“這款產(chǎn)品明年應(yīng)該還無(wú)法進(jìn)入沃爾格林（Walgreen）零售藥店。”他表示，“但是，當(dāng)條件成熟時(shí)，我們期待能有一家公司來(lái)推動(dòng)它的臨床應(yīng)用?！?/p>