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美科研人員研究芯片級光子生物傳感器,應用于新冠肺炎病毒免疫檢測

2022-04-26 10:33 微流控

導讀:這一總額為530萬美元的項目致力于為全球市場打造更小、更靈活的 基于光子生物傳感技術的讀取器。

本文來源:微流控

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,兩位美國研究人員正在通過使用芯片級光子生物傳感器進行更廣泛的免疫檢測來阻止疫情蔓延。

羅徹斯特大學(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分析適應新的新冠病毒變體?!?/p>



羅徹斯特大學生物醫學工程教授Ben Miller


他補充說:“我們的芯片不僅可以檢測來自一種病毒的一種蛋白質,還可以檢測幾種不同的變體,并在一分鐘左右的時間內找出是否存在與其它變體結合的抗體?!狈催^來,這些信息可以幫助指導醫療響應。

據麥姆斯咨詢報道,該芯片可能會在2024年上市,它大約為25毫米見方,厚度約為3毫米。該傳感器系統使用氮化硅材料,不僅適用于新冠肺炎,還可以用于對流感和許多其他疾病進行免疫檢測。

研究團隊成員紐約州立大學理工學院(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,該項目的主要產業合作伙伴,位于紐約州羅徹斯特市的奧森多醫療(Ortho-Clinical Diagnostics),正在為其客戶群打磨未來的產品。奧森多醫療最初是從柯達分拆出來的,最近已被Quidel收購。

另一家位于羅徹斯特的產業合作伙伴——Syntec Optics,將通過注塑成型制作一次性分析零件。

位于美國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千個芯片,也將為新的基于免疫的項目設計封裝。

如果新的新冠肺炎病毒變體出現,即使是在一個沒有昂貴醫療設備的社區,未經高級培訓的工作人員也可以快速調整芯片以檢測針對最新變體的免疫情況,這展示了光子學方法的優勢。

AIM Photonics通過美國救援計劃基金獲得了500萬美元的研究撥款。該計劃于2021年頒布,旨在向各機構提供1.9萬億美元以抗擊這場已在全球范圍內造成至少600萬人(可能更多)死亡的疫情。

通過檢查血液樣本,AIM Photonics制作的芯片將進行準確的病毒免疫檢測,以觀察患者是否仍然具有來自新冠肺炎抗體的保護。這些檢測將回答諸如“疫苗接種有效嗎?我有對應的抗體嗎?這種免疫力能持續多久?我需要再來一劑加強針嗎?”等等的問題。

Cady表示:“這項光子技術在實驗室已經證明有效,但它還沒有成熟條件投入生產,這是新資助要解決的核心問題?!?020年,Miller領導的項目團隊設計了一種體積小且價格低廉的芯片,以進行新冠肺炎抗體檢測。雖然分析耗材體積小且價格低廉,但它需要使用價值15萬美元的實驗室激光系統進行讀取和分析。

Miller表示:“新的小型化器件是該項目的成果之一,用于檢測血液樣本中與新冠病毒(2019 SARS CoV-2)結合的各種抗體?!?/p>


“更便宜更小型的讀取器”

現在,他們的目標是使讀取器更小、更便宜、足夠簡單,無需經過大量培訓即可實現臨床應用?!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。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?!?/p>



基于光子生物傳感技術的即時檢測系統


這個新項目被稱為冠狀病毒經濟應對快速援助(RACER)。一些撥款將供應AIM Photonics芯片光子代工廠的制造以及支持進行這項復雜研究的人才。

項目的學術合作伙伴包括羅徹斯特理工學院(RIT)、紐約州立大學理工學院(SUNY Polytechnic Institute)、加州大學圣巴巴拉分校(the University of California Santa Barbara)和美國海軍研究實驗室(U.S. Naval Research Lab)。

簡而言之,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,而是要研究幾種不同的蛋白質,進而調整分析方法。有關免疫保護的信息將是指導人們決定是否再次接種疫苗的核心。

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

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

Miller與AIM Photonics合作的第二個研究主題將側重于向生活在資源有限環境(附近沒有醫院或其他更綜合系統的偏遠或農村地區)中的居民提供新冠肺炎信息。

當診斷實驗室運行診斷分析來檢查血液樣本時,樣本通常需要在資源豐富的設施(如醫院或臨床實驗室環境)中通過復雜的光學系統進行檢測。

“這就是RIT的研究方向,使讀取器光學系統小型化?!盡iller表示。然后,可以在醫療點(可能是醫生辦公室)以最少的資源讀取檢測信息。

Miller表示,這項研究工作可能需要兩年時間。除此之外,他希望能有一家大公司愿意合作推動這項技術向前發展,“與之攜手,共同向前奔跑。我們必須讓技術走得更遠,以使該公司值得為此目標投入?!?/p>

除了免疫分析外,Miller還表示,該項目還將檢測與Covid-19感染相關的人類蛋白質的感測技術。Miller表示:“這是擴展該技術在新冠肺炎應對中的實用性的重要方法,也將證明一次性卡片芯片概念可用于廣泛的人類免疫診斷?!?/p>

Miller表示,全世界都會對這款產品有興趣,但他表示“現在還為時過早”去談論是美國還是海外的公司來帶頭商業化該產品。

“這款產品明年應該還無法進入沃爾格林(Walgreen)零售藥店?!彼硎?,“但是,當條件成熟時,我們期待能有一家公司來推動它的臨床應用?!?/p>

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