寨卡病毒检测，智能手机来帮忙，半小时内出结果！
导读
病毒的检测，一般都需实验室级的医疗设备和专业人员，耗时、废力、又伤财。最近，美国圣地亚国家实验室开发了一种小型化、便携式、低成本的诊断设备，它由智能手机控制，重量不到1磅，成本只需100美元，检测寨卡等蚊媒病毒的时间少于30分钟。
寨卡病毒
春暖花开，万物复苏，各种蚊虫、病毒和细菌也蠢蠢欲动。大家还记得2015年5月，巴西发生的大规模「寨卡病毒」感染疫情吗？根据媒体报道，当时美洲、非洲等30多个国家和地区报告出现寨卡病毒传播，而且蔓延迅速。
寨卡病毒，除了感染孕妇后可能导致胎儿出现「小头畸形」外，还会导致发生在任何年龄的神经系统疾病，症状包括肌肉萎缩等，严重时可致瘫痪，另外还可能对心脏造成严重伤害，包括引起心血管并发症和心衰竭等。
(图片来源于: )
医学专家称，寨卡病毒是一种能通过「蚊虫」传播的虫媒病毒，主要是通过伊蚊传播。伊蚊主要有两种，一种叫埃及伊蚊（背部有四条线），主要在热带区域，另一种叫白纹伊蚊（头部有一条线），可以分布到温带区域。这两种蚊子的六条腿上都有黑白相间的花纹，所以也都叫花脚蚊。
病毒检测
从病毒防治的角度来说，对于这种病毒进行快速检测，意义十分重大。但是，目前对于寨卡、登革热、基孔肯雅热等蚊媒病毒的检测需要在医院的化验室进行，患者需要等上几天才能拿到结果。检测使用的仪器设备，体积差不多和微波炉一般，成本达2万美金。
另外，寨卡等病毒大多数流行于医疗条件落后的发展中国家，所以想要在这些国家的小型诊所内，进行快速有效的病毒检测，是很不现实的。
创新研究
(图片来源于: Randy Wong/美国圣地亚国家实验室)
然而，最近美国圣地亚国家实验室的研究人员为解决这一问题，带来了创新方案。他们开发了一种便携式诊断设备，它由智能手机控制，通过电池供电，重量不到1磅，成本只有100美元，检测寨卡等蚊媒病毒的时间少于30分钟。
圣地亚国家实验室的团队，本周在《科学报告》杂志中，发表了一篇题为《一种基于智能手机的诊断平台，用于快速检测寨卡、登革热、基孔肯雅热病毒》的论文。
关键技术
LAMP
该诊断设备基于「环介导等温扩增」（LAMP）诊断法，它是一门新兴的基因扩增技术，作为一种分子生物学检测技术来说，它具有高特异性、高敏感性、简单、便捷及成本低等特点，已广泛用于临床疾病的诊断、流行性细菌或病毒的定性定量检测、动物胚胎性别鉴定及基因芯片开发等领域。
该方法无需在测试之前处理诸如血液、尿液之类的生物样本。传统的病毒测试方法需要将样本送到实验室，从中提取DNA和RNA，然后通过一种称作「聚合酶链式反应」（PCR）的技术扩增遗传物质。
所以，任何DNA/RNA样本都需要充足地扩增，以便能够被检测到。反复加热和冷却样本的过程是能量密集型的，且需要复杂的PCR机器。另外，检测复制的病毒物质，也需要荧光计之类的昂贵部件。传统PCR机器具有复杂、昂贵的特点，这成为了它走出实验室，走向小诊所的最大障碍。
LAMP技术和PCR一样，可以复制病毒的DNA/RNA，但是它可以具有以下优势：
它无需加热和冷却的循环过程，所以它也无需重型电源，只需添加少量精心设计的生化试剂，就可以让样本在半小时左右，一次性加热至65摄氏度，进而通过LAMP技术进行检测。同时，LAMP技术也无需在测试之前进行额外的样品准备。
对此，圣地亚国家实验室的化学工程师、项目领头人 Robert Meagher 说道：
“我们已经演示了我们正在使用化学过程，可以从未经处理的样本中扩增病毒RNA。这是一种重点照护的检测方案，因为你并不想要用额外的设备隔离DNA和RNA。”
QUASR
Meagher 和他的团队，之前开发了一种另外的检测技术与LAMP技术相结合的方案。这种技术称为“QUASR”，它包括通过“荧光引物”标记合成的病毒DNA片段，这些分子可以发出明亮的光线信号。引物可以融入加热和扩增的DNA样本。
然后，QUASR技术会让包含病毒DNA/RNA的样本呈现明亮，而阴性反应的保持黑暗。
智能手机和算法
智能手机技术在该研究中扮演了关键角色。化学工程师、文章的领导作者 Aashish Priye 评论道：
“除了创建一种应用程序APP，作为操控设备的简单接口，我们还利用了智能手机摄像头传感器取代传统的实验室分析工具，从而带来了前所未有的可移动性。”
(图片来源于: 美国圣地亚国家实验室)
针对寨卡病毒，Meagher 的团队设计了一种新方案，利用智能手机传感器作为荧光计，检测QUASR LAMP光线信号的出现。LAMP的工作方式很简单，用户只需将智能手机放置于LAMP盒子上面，打开应用程序APP。APP通过蓝牙协议和盒子进行无线通信，启动加热器，开启LAMP反应。
经过30分钟的测试后，智能手机对于样本进行拍照。然后，APP使用一种新型图像分析算法，准确地判断LAMP反应发的光线的颜色和亮度。这种基于智能手机的图像分析，比实验室技术员的裸眼判定更加可靠。
研究价值
半小时左右的检测，就可以帮助临床人员对于病患和隔离措施作出更加快速的判断和决策，快速通知公共卫生机构，让他们可以采取更加有力的措施防止病毒扩散。
此外，寨卡、登革热、基孔肯雅热由同一种类型的蚊子进行传播，且早期症状相似。这种原型诊断设备可以让医疗人员同时快速地检测这三种病毒，防止误诊。另外，这个工具也可以用于检测其他的人类或者动物病原体。
病毒检测的LAMP盒子原型的制造成本，很大程度上取决于所选择的手机成本。Priye 说：
“世界上有数以十亿计的智能手机，即便在发展中国家也是如此，而且这种工具并不需要市场上的高端智能手机。它只需要一个光学传感器，就可以运行应用程序APP。”
在圣地亚实验室，成功进行病毒检测所用的智能手机，只需差不多20美元。寨卡病毒测试盒的原型超实用、超便携，并且有望应用于全球范围内的诊所。
总结
目前，医疗电子设备的发展呈现出趋势是「低功耗、小型化、便携化、低成本、与物联网、半导体、无线通信等技术进一步融合」。
这项研究就是体现这一趋势的一个非常很好的范例，我之前的文章也介绍过多款小型化、低成本的便携式医疗检测设备，这里列举一下，供大家查阅。
参考资料
【1】https://share-ng.sandia.gov/news/resources/news_releases/zika_app/#.WNDqG3r7znj
【2】http://www.nature.com/articles/srep44778
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