COVID-19大流行病的應急階段已經結束，科學家們正在尋找實時監測室內環境病毒的方法。通過結合氣溶膠採樣技術和超靈敏生物傳感技術的最新進展，聖路易斯華盛頓大學的研究人員研製出了一種實時監測器，它能在5分鐘內檢測出室內的任何SARS-CoV-2病毒變種。

這種廉價的概念驗證設備可用於醫院、醫療機構、學校和公共場所，幫助檢測SARS-CoV-2病毒，並有可能監測其它呼吸道病毒氣溶膠，如流感和呼吸道合胞病毒（RSV）。今天（7月10日），他們在《自然-通訊》（Nature Communications）雜誌上發表了關於該監測器的研究成果，他們稱該監測器是目前靈敏度最高的檢測器。

來自麥凱威工程學院和醫學院的跨學科研究團隊由麥凱威工程學院能源、環境與化學工程哈羅德-D-喬利職業發展副教授Rajan Chakrabarty、Chakrabarty實驗室的博士後助理研究員Joseph Puthussery、醫學院神經病學教授John Cirrito和醫學院精神病學副教授Carla Yuede組成。

該圖描述了空氣採樣過程中粒子在旋風采樣器內的運動軌跡。華盛頓大學的研究小組利用計算流體動力學（CFD）模擬深入了解了濕旋風內氣溶膠的收集效率與粒徑的關係。圖片來源：Joseph Puthussery

Cirrito說：”目前沒有任何東西可以告訴我們一個房間有多安全。如果你和100個人共處一室，你不會想在5天后才知道自己是否會生病。這種設備的理念是，您基本上可以實時或每5分鐘知道是否存在活病毒。”

Cirrito和Yuede之前開發了一種微免疫電極（MIE）生物傳感器，可檢測作為阿爾茨海默病生物標誌物的澱粉樣β，他們想知道這種傳感器能否轉換成SARS-CoV-2的檢測器。他們聯繫了Chakrabarty，後者組建了一個包括Puthussery在內的團隊，Puthussery擁有製造測量空氣毒性的實時儀器的專業知識。

為了將生物傳感器從檢測澱粉樣蛋白β轉換為冠狀病毒，研究人員將識別澱粉樣蛋白β的抗體換成了識別SARS-CoV-2病毒尖峰蛋白的美洲駝納米抗體。醫學博士David Brody是醫學院神經病學系的前教員，也是論文的作者，他在美國國立衛生研究院（NIH）的實驗室裡開發了這種納米抗體。研究人員說，這種納米抗體體積小、易於復制和改造，而且成本低廉。

Yuede說：”基於納米抗體的電化學方法檢測病毒的速度更快，因為它不需要試劑或很多處理步驟。SARS-CoV-2與表面的納米抗體結合，我們可以利用一種叫做方波伏安法的技術誘導病毒表面的酪氨酸氧化，從而測量樣品中的病毒數量。”

Chakrabarty和Puthussery將生物傳感器集成到了基於濕式旋風技術的空氣採樣器中。空氣以極快的速度進入採樣器，與採樣器壁上的液體離心混合，形成表面渦流，從而捕獲病毒氣溶膠。濕式旋風采樣器有一個自動泵，可收集液體並將其送至生物傳感器，利用電化學原理對病毒進行無縫檢測。

Chakrabarty說：”空氣氣溶膠檢測器面臨的挑戰是，室內空氣中的病毒含量非常稀，甚至接近聚合酶鏈反應（PCR）的檢測極限，就像大海撈針。”

濕式旋風分離器的病毒回收率很高，這要歸功於它極高的流速，與市售採樣器相比，它可以在5分鐘的採樣時間內採集更大體積的空氣樣本。大多數商用生物氣溶膠採樣器的流速相對較低，而該團隊的監測器的流速約為每分鐘1000升，是目前流速最高的設備之一。它的體積也很小巧，寬約1英尺，高約10英寸，檢測到病毒時會亮燈，提醒管理員增加房間內的空氣流量或循環。

研究小組在兩名COVID-19陽性患者的公寓中測試了該監測器。臥室空氣樣本的實時PCR結果與無病毒對照房間收集的空氣樣本進行了比較。設備在臥室的空氣樣本中檢測到了病毒RNA，但在對照空氣樣本中未檢測到任何病毒RNA。

在實驗室實驗中，將SARS-CoV-2氣溶膠噴入一個房間大小的腔室，濕旋風和生物傳感器僅在幾分鐘的採樣後就能檢測到不同水平的空氣傳播病毒濃度。

Cirrito說：”我們首先檢測的是SARS-CoV-2，但也計劃檢測流感、RSV、鼻病毒和其它經常感染人的主要病原體。在醫院環境中，監測儀可用於檢測葡萄球菌或鏈球菌，它們會給病人帶來各種並發症。這將對人們的健康產生重大影響。”

該團隊正在努力將空氣質量監測儀商業化。