在整个大流行期间，传染病专家和一线医务工作者都要求对COVID-19进行更快、更廉价和更可靠的检测。现在，斯坦福大学的研究人员利用所谓的“芯片上的实验室”技术和被称为CRISPR的尖端基因编辑技术，创造了一种高度自动化的设备，可以在短短半小时内识别新型冠状病毒。
斯坦福大学的工程师们创造了一个只有信用卡一半大小的微型实验室，可以在30分钟内检测出COVID-19。(图片来源:Getty Images)
“麦蓝是微流控芯片只有信用卡大小的一半包含一个复杂的网络渠道比人类头发的宽度小,”说,该研究的资深作者,胡安·g·圣地亚哥,查理斯·李·鲍威尔基金会斯坦福大学机械工程教授和微流体方面的专家,一个字段用于控制液体使用芯片和分子在微尺度。
11月4日发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上的一项研究详细介绍了新的COVID-19检测方法。“我们的测试可以相对快速和廉价地识别一种活动性感染。它也不像许多测试那样依赖抗体，这些测试只能表明某人是否患有这种疾病，而不是他们目前是否已经感染，因此是否具有传染性，”该研究的第一作者、斯坦福大学研究生Ashwin Ramachandran解释说。
这种微实验室测试利用了这样一个事实:像SARS-COV-2这样的冠状病毒，会以RNA链(DNA的遗传前体)的形式，无论走到哪里都会留下微小的遗传指纹。SARS-COV-2是导致COVID-19的病毒。如果拭子样本中含有冠状病毒的RNA，那么从样本中提取的人就被感染了。
测试开始时，将鼻腔拭子样本中的液体滴入微实验室，微实验室利用电场提取并纯化其中可能含有的RNA等核酸。纯化后的RNA被转化为DNA，然后使用一种被称为等温放大的技术进行多次复制。
接下来，研究小组使用一种叫做CRISPR-Cas12的酶——今年诺贝尔化学奖的CRISPR-Cas9酶的兄弟——来确定扩增的DNA是否来自冠状病毒。
如果是这样，被激活的酶会触发荧光探针，使样品发光。在这里，电场也发挥了关键作用，它帮助将所有重要成分——目标DNA、CRISPR酶和荧光探针——集中到一个比人类头发还小的空间里，极大地增加了它们相互作用的机会。
圣地亚哥说:“我们的芯片是独特的，它利用电场从样本中纯化核酸，并加速化学反应，让我们知道它们的存在。”
该团队仅用了大约5000美元的预算就制造出了这款设备。目前，DNA扩增步骤必须在芯片之外进行，但圣地亚哥预计，在几个月内，他的实验室将把所有步骤整合到一个芯片中。
一些人类规模的诊断测试使用类似的基因扩增和酶技术，但它们比新测试更慢、更昂贵，新测试只需30分钟就能得出结果。其他测试可能需要更多的手动步骤，可能需要几个小时。
这组科学家说，他们的方法不是针对COVID-19的，可以用于检测其他有害微生物的存在，比如食物或水样中的大肠杆菌，或者血液中的结核病和其他疾病。
“如果我们想寻找一种不同的疾病，我们只需在电脑上设计合适的核酸序列，然后通过电子邮件将其发送给合成RNA的商业制造商。他们寄回了一小瓶这种分子，这完全改变了我们对一种新疾病的检测方法。”Ramachandran说。
研究人员正在与福特汽车公司合作，进一步整合这些步骤，并将他们的原型开发成可销售的产品。
圣地亚哥是斯坦福Bio-X的成员，也是ChEM-H的教员。Ramachandran是Bio-X研究生。其他斯坦福大学的贡献者包括博士学者Diego A. Huyke，博士后学者Eesha Sharma，研究科学家Malaya K. Sahoo，病理学系研究科学家ChunHong Huang，病理学教授Niaz Banaei，病理学教授Benjamin A. Pinsky。
这项研究得到了斯坦福大学化学工程与研究中心的财政支持。人类健康医学(chemi – h)项目，来自福特汽车公司。
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