现在，COVID-19大流行的紧急阶段已经结束，科学家们正在寻找实时监测室内环境中病毒的方法。通过将气溶胶采样技术的最新进展与超灵敏的生物传感技术相结合，圣路易斯华盛顿大学的研究人员创建了一个实时监视器，可以在大约 5 分钟内检测到房间中的任何新冠病毒变种。

这种廉价的概念验证设备可用于医院和医疗机构、学校和公共场所，以帮助检测CoV-2，并可能检测其他呼吸道病毒气溶胶，如流感和呼吸道合胞病毒（RSV）。他们在监视器上的工作结果，他们说这是最灵敏的探测器，发表在Nature Communications上。

来自麦凯维工程学院和医学院的跨学科研究人员团队由麦凯维工程学院能源、环境和化学工程的哈罗德·D·乔利职业发展副教授拉詹·查克拉巴蒂；Joseph Puthussery，Chakrabarty实验室的博士后研究助理;约翰·西里托，医学院神经病学教授;以及医学院精神病学副教授卡拉·岳德等人组成。

“目前没有什么能告诉我们房间有多安全，”Cirrito说。“如果你在一个有100人的房间里，你不想在五天后知道你是否会生病。这个设备的想法是，你基本上可以实时或每5分钟知道是否有活病毒。

该图描绘了空气采样期间旋风采样器内的颗粒轨迹。华盛顿大学的研究小组使用计算流体动力学（CFD）模拟来深入了解湿气旋内气溶胶的大小依赖性收集效率。

Cirrito和Yuede之前开发了一种微免疫电极（MIE）生物传感器，可以检测β淀粉样蛋白作为阿尔茨海默病的生物标志物，并想知道它是否可以转化为SARS-CoV-2的检测器。他们联系了Chakrabarty，后者组建了一个包括Puthussery在内的团队，Puthussery在构建实时仪器来测量空气毒性方面拥有专业知识。

为了将生物传感器从检测β淀粉样蛋白转换为冠状病毒，研究人员将识别β淀粉样蛋白的抗体换成了来自美洲驼的纳米抗体，该纳米体可识别SARS-CoV-2病毒的刺突蛋白。David Brody，医学博士，博士，医学院神经病学系的前教员，该论文的作者，在国立卫生研究院（NIH）的实验室中开发了纳米抗体。研究人员说，纳米体很小，易于复制和修改，制造成本低廉。

“基于纳米抗体的电化学方法在检测病毒方面更快，因为它不需要试剂或大量的处理步骤，”Yuede说。“SARS-CoV-2与表面的纳米抗体结合，我们可以使用一种称为方波伏安法的技术诱导病毒表面酪氨酸的氧化，以测量样品中的病毒量。”

Chakrabarty和Puthussery将生物传感器集成到基于湿旋风技术运行的空气采样器中。空气以非常高的速度进入采样器，并与排列在采样器壁上的流体离心混合，形成表面涡流，从而捕获病毒气溶胶。湿式旋风采样器有一个自动泵，可以收集流体并将其发送到生物传感器，以便使用电化学无缝检测病毒。

“空气传播气溶胶探测器的挑战在于室内空气中的病毒水平被稀释得如此之高，以至于它甚至推向聚合酶链反应（PCR）的检测极限，就像大海捞针一样，”Chakrabarty说。“湿旋风分离器的高病毒回收率可归因于其极高的流速，与市售采样器相比，这使其能够在 5 分钟的样品收集中采样更大的空气量。”

Puthussery说，大多数商业生物气溶胶采样器以相对较低的流速运行，而该团队的监测器的流速约为每分钟1，000升，使其成为可用的最高流速设备之一。它也很紧凑，宽约1英尺，高10英寸，当检测到病毒时会亮起，提醒管理员增加房间内的气流或流通。

该团队在两名 COVID 阳性患者的公寓中测试了监视器。将卧室空气样本的实时荧光定量PCR结果与从无病毒控制室收集的空气样本进行比较。这些设备在卧室的空气样本中检测到病毒的RNA，但在对照空气样本中没有检测到任何病毒RNA。

在将SARS-CoV-2雾化到房间大小的室内的实验室实验中，湿旋风分离器和生物传感器能够在采样几分钟后检测到不同水平的空气传播病毒浓度。

Cirrito说：“我们从SARS-CoV-2开始，但也计划测量流感、RSV、鼻病毒和其他经常感染人类的顶级病原体。“在医院环境中，检测仪可用于测量葡萄球菌或链球菌，它们会给患者带来各种并发症。这确实会对人们的健康产生重大影响。

参考文献：

Puthussery J V, Real-time environmental surveillance of SARS-CoV-2 aerosols,Nature Communications(2023).