检测空气中的COVID-19

一种流行的户外设备和医疗行业的主食正在帮助弗吉尼亚理工大学的研究人员更接近于一种低技术含量的空气传播疾病检测工具。

“我们遇到的主要问题是，我们如何以相对便宜的方式尽可能快地收集足够的空气，”博士后研究员克里斯托斯·斯塔马蒂斯（Christos Stamatis）说。“我们发现的最好的材料是外科口罩和干燥袋的组合。”

Stamatis 是十几位教师、博士后和学生研究人员之一，他们正在结合他们的专业知识开发一种可以实时评估 COVID-19 传播环境风险的设备。在大学杰出教授Linsey Marr的带领下，该团队在弄清楚如何成功捕获必要量的空气，过滤空气，将其沉积到试纸上并识别病毒颗粒方面取得了长足的进步。

“确定空气中的病毒数量对于避免生病非常重要，”查尔斯·P·伦斯福德（Charles P. Lunsford）土木与环境工程教授马尔说。“我们有废水数据，可以告诉你测试后一两天社区发生了什么，但你想知道这个房间里有什么，我现在呼吸的空气。

该探索性项目由非营利组织Wellcome Leap资助，该组织致力于加速改变人类健康的创新。

“挑战在于，如果一个人走进电影院、飞机、购物中心，他们怎么知道空气中是否有足够的病毒，他们应该担心进入或在那个房间里聚会，”马尔说。“目前，有一些方法可以从房间里收集空气样本，但它们涉及大而嘈杂的泵，几天后你才发现空气中有多少病毒。因此，这里的挑战是帮助那些无法访问并且需要在大约 15 分钟内知道的人。如果我们能做到这一点，人们就可以做出更好的决定，最终将有利于整个社区的健康。

更具体地说，研究团队有三个主要目标：

• 在不使用电力的情况下收集足够大的空气样本
• 将样品制成液体 – 浓缩或富集病毒，以在大量灰尘的背景下脱颖而出
• 利用抗体和拉曼光谱（化学中常用的一种方法，为分子提供结构指纹图谱，以便更容易识别）来检测病毒

Marr说，第一步被证明是最令人生畏的部分，因为与液体不同，液体可以很容易地在杯子之类的东西中获得，没有现成的装置来捕获大量空气并将其收缩成液滴。

Stamatis是负责试验该项目这一特定方面的人之一。他说，在尝试了各种设备后，包括来自计算机处理器的风扇，该团队决定使用干燥袋 – 一种在户外活动中常用的防水袋 – 来捕获空气。

“我们不希望人们如此努力地试图做到这一点，但我们还需要获得足够大的空气样本，”Stamatis说。

一旦被捕获，空气就会被挤压到连接到袋子底部的3D打印过滤器支架上，并包含从标准外科口罩上切下的过滤器。然后将过滤器取出并放入含有抗体和纳米颗粒的液体中，然后将液体滴到试纸上，通过拉曼光谱进行分析。

该项目可能还需要一两年的时间才能开发供公众使用，但该团队的进展是朝着最终目标迈出的实质性一步。一旦成功，它可能成为检测一系列其他空气传播疾病的平台。

“许多其他人正在研究这些类型的设备，但我认为让我们与众不同的是，我们正在考虑在空气中大量其他类型的颗粒的背景下以非常低的现实水平检测病毒，并且以一种不需要沉重的方式进行检测， 耗电的采样泵，在占用的空间中很难使用，“Marr 说。

弗吉尼亚理工大学是 Leap Health Breakthrough Network 的 21 个创始成员之一，该网络与非营利组织一起由 Wellcome Trust 创立。

除了Marr作为首席研究员外，该研究团队还有四名联合首席研究员：

• Peter Vikesland，Nick Prillaman土木与环境工程教授
• 周伟，电气与计算机工程副教授
• Nisha Duggal，病毒学副教授
• Gabriel Isaacman-VanWertz，土木与环境工程副教授

该项目的研究生研究员Sonali Srivastava表示，该项目的跨学科性质对她的教育之旅有很大好处。

“例如，我对这项工作的生物学方面一无所知，”正在学习土木和环境工程的Srivastava说。“但是与从生物系到电气工程的一系列人一起工作，我从他们每个人身上学到了很多东西。

同样，斯塔马蒂斯说，这个项目的跨学科性质是吸引他参与该项目的首要原因。

“我要求参与这个项目的原因是，这将是多学科的，”斯塔马蒂斯说。“你通常没有机会经常与其他领域合作，而在世界上，当你设计一个项目时，你必须与来自不同领域的人合作。