Tôi là một nhà khoa học. Chúng ta nên thử kiểm tra COVID-19 bằng chùm tia laser
Một nhóm các nhà khoa học đang nghiên cứu một công cụ chẩn đoán xác định virus bằng cách sử dụng tia laser.
Tôi là một nhà khoa học. Chúng ta nên thử kiểm tra COVID-19 bằng chùm tia laser
[Nguồn ảnh: Zak Sakata / Bapt; m_pavlov / iStock]
TÁC GIẢ MAURICIO TERRONES4 PHÚT ĐỌC
Loại xét nghiệm phổ biến nhất đối với coronavirus mới mất vài giờ và không thoải mái; mẫu được lấy bằng cách trượt một miếng gạc vào mũi hoặc cổ họng.
Tôi đang hợp tác với các nhà khoa học khác, bao gồm Yin-Ting Yeh tại bang Pennsylvania , Elodie Ghedin tại Đại học New York , Shengxi Huang tại bang Pennsylvania và Sharon X. Huang tại bang Pennsylvania , trên một công cụ chẩn đoán để nhanh chóng bẫy và xác định virus bằng cách sử dụng chùm tia laser và một máy dò. Nhóm nghiên cứu bao gồm bản thân tôi , một nhà vật lý, cũng như các nhà virus học, kỹ sư, nhà hóa học và nhà khoa học dữ liệu.
CHÚNG TÔI LÀM VIỆC NHƯ THẾ NÀO
Phương pháp của chúng tôi sử dụng một kỹ thuật gọi là quang phổ Raman để xác định virus bằng cách chiếu ánh sáng vào hộp mực dùng một lần thu thập các mẫu từ tăm bông bằng miệng hoặc một người thổi qua thiết bị. Sau khi một mẫu được thu thập, máy quang phổ đo các dao động tương tác phát sinh từ việc chiếu ánh sáng vào các virus đã thu thập. Mỗi vi-rút có rung động đặc trưng riêng, hoạt động như một loại dấu vân tay quang học có thể phân biệt coronavirus với, ví dụ, vi-rút gây bệnh cúm.
Chiếu tia laser lên các mẫu virus bị mắc kẹt trong lưới các ống nano carbon sẽ tạo ra một 'phản xạ' đặc trưng. [Ảnh: Đại học bang Pennsylvania, CC BY]
Chúng tôi có thể thu thập vi-rút từ nước bọt của bệnh nhân được lấy bằng tăm bông hoặc do một người thổi qua thiết bị, được gọi là hộp mực vi lỏng . Không khí và chất lỏng vượt qua một loạt các ống nano carbon , các phân tử hình trụ được sử dụng trong các vật liệu khác nhau.
Đường kính của các ống nano là cực nhỏ, từ 10 đến 60 nanomet. Bởi vì chúng nhỏ hơn vi khuẩn virut cúm cúm có đường kính từ 90 đến 120 nanomet và coronavirus có đường kính từ 125 đến 150 nanomet đường kính, các mầm bệnh thu thập trên các ống nano carbon. Sau khi bị mắc kẹt bằng cách đi qua các ống nano carbon, virus có thể được xác định bằng phương pháp quang học bằng cách chiếu tia laser vào mẫu. Chiếu ánh sáng vào ống nano carbon và mầm bệnh tạo ra dấu vân tay quang học đặc biệt , hay đỉnh núi Ram Raman.
Sau khi được chiếu tia laser, các vi khuẩn khác nhau sẽ phát ra bức xạ ở các bước sóng khác nhau có thể đo được để xác định mầm bệnh. [Ảnh: Đại học bang Pennsylvania, CC BY]
Sau khi tia laser chiếu vào mẫu bị bẫy, các thuật toán học máy xác định phổ chữ ký của virus phát sinh từ ánh sáng phát ra từ các hạt virus. Với sự hỗ trợ của học máy, việc nhận dạng chỉ mất chưa đầy hai phút với tỷ lệ chính xác lên tới 70% đến 90%, tương đương với các kỹ thuật vi sinh hiện đại.
TẠI SAO NÓ QUAN TRỌNG
Ngay bây giờ, việc phát hiện nhanh chóng và chính xác các coronavirus mới là điều tối quan trọng. Mặc dù quang phổ Raman có khả năng rất hữu ích trong việc xác định loại vi-rút này, các bác sĩ cũng có thể sử dụng kỹ thuật này để kiểm tra các bệnh khác, chẳng hạn như cúm. Bằng cách xác định virus dễ dàng, nhanh chóng và tại điểm tiếp xúc, quang phổ Raman có thể ngăn chặn đáng kể sự lây lan của bệnh.
Một sơ đồ khái niệm về một phương pháp dựa trên laser để xác định coronavirus một cách nhanh chóng. [Ảnh: Đại học bang Pennsylvania, CC BY-ND]
So sánh điều đó với các phương pháp phân tích mẫu hiện tại của chúng tôi ; một quá trình tương đối chậm, tẻ nhạt, tốn nhiều công sức và đòi hỏi sự xem xét kỹ lưỡng tại các phòng thí nghiệm. Phát hiện sớm và nhanh chóng với thiết bị mới này có khả năng cứu sống hàng trăm ngàn người mỗi năm.
NHỮNG CÔNG VIỆC KHÁC ĐANG ĐƯỢC THỰC HIỆN
Để xác định virus, các công nghệ hiện tại cung cấp khả năng phát hiện tương đối nhạy cảm . Tuy nhiên, họ mất vài giờ và đôi khi vài ngày tùy thuộc vào chất lượng của mẫu được thu thập, vì nồng độ vi rút thấp rất khó xử lý và dẫn đến kết quả âm tính giả.
Thật không may, cả hai phương pháp dựa trên miễn dịch và phân tử, bao gồm xét nghiệm hấp thụ miễn dịch liên kết enzyme ( ELISA ) và phản ứng chuỗi polymerase (PCR), đòi hỏi phải có kiến thức trước về các chủng. Một kỹ thuật khác được gọi là giải trình tự sâu là một cách tiếp cận mới đầy hứa hẹn khác, nhưng việc có đủ số lần đọc virus để nó hoạt động tốt phụ thuộc vào chất lượng của mẫu và sự chuẩn bị của nó. Các bước xử lý liên quan đến việc kết hợp các thiết bị để bàn khác nhau, thuốc thử và chuyên môn kỹ thuật.
Kỹ thuật Raman này gần đây đã được phát triển để xác định các vi khuẩn khác nhau , do đó chứng minh kỹ thuật này thực sự mới lạ và khả thi.
CÁI GÌ TIẾP THEO
Chúng tôi đang xin quỹ liên bang để chứng minh rằng công nghệ này hoạt động cho SARS-CoV-2, loại virus gây ra COVID-19, sau đó xây dựng các nguyên mẫu đáng tin cậy có thể mở rộng để sản xuất hàng loạt và triển khai tại hiện trường. Chúng tôi cũng đang nói chuyện với một số nhà sản xuất và khám phá những cách để đưa công nghệ tiến lên để giúp đỡ trong cuộc khủng hoảng hiện tại.
Chúng tôi đã thành công trong việc bắt virus đường hô hấp của con người từ các mẫu lâm sàng sử dụng kỹ thuật này. Cuối cùng, chúng tôi thấy trước công nghệ này sẽ có sẵn cho bất cứ ai đến thăm bác sĩ gia đình của họ. Trong vòng hai phút, một người sẽ biết liệu bạn có bị nhiễm virus đường hô hấp hay không bằng cách so sánh kết quả xét nghiệm quang phổ với các kết quả khác trong cơ sở dữ liệu. Trong tương lai, công nghệ này có thể có mặt tại các bệnh viện, sân bay và bên trong máy bay thương mại để tránh bùng phát. Và các virus bị bắt, vẫn còn khả thi, có thể được nhân rộng để phát triển vắc-xin.
Tôi là một nhà khoa học. Chúng ta nên thử kiểm tra COVID-19 bằng chùm tia laser
[Nguồn ảnh: Zak Sakata / Bapt; m_pavlov / iStock]
TÁC GIẢ MAURICIO TERRONES4 PHÚT ĐỌC
Loại xét nghiệm phổ biến nhất đối với coronavirus mới mất vài giờ và không thoải mái; mẫu được lấy bằng cách trượt một miếng gạc vào mũi hoặc cổ họng.
Tôi đang hợp tác với các nhà khoa học khác, bao gồm Yin-Ting Yeh tại bang Pennsylvania , Elodie Ghedin tại Đại học New York , Shengxi Huang tại bang Pennsylvania và Sharon X. Huang tại bang Pennsylvania , trên một công cụ chẩn đoán để nhanh chóng bẫy và xác định virus bằng cách sử dụng chùm tia laser và một máy dò. Nhóm nghiên cứu bao gồm bản thân tôi , một nhà vật lý, cũng như các nhà virus học, kỹ sư, nhà hóa học và nhà khoa học dữ liệu.
CHÚNG TÔI LÀM VIỆC NHƯ THẾ NÀO
Phương pháp của chúng tôi sử dụng một kỹ thuật gọi là quang phổ Raman để xác định virus bằng cách chiếu ánh sáng vào hộp mực dùng một lần thu thập các mẫu từ tăm bông bằng miệng hoặc một người thổi qua thiết bị. Sau khi một mẫu được thu thập, máy quang phổ đo các dao động tương tác phát sinh từ việc chiếu ánh sáng vào các virus đã thu thập. Mỗi vi-rút có rung động đặc trưng riêng, hoạt động như một loại dấu vân tay quang học có thể phân biệt coronavirus với, ví dụ, vi-rút gây bệnh cúm.
Chiếu tia laser lên các mẫu virus bị mắc kẹt trong lưới các ống nano carbon sẽ tạo ra một 'phản xạ' đặc trưng. [Ảnh: Đại học bang Pennsylvania, CC BY]
Chúng tôi có thể thu thập vi-rút từ nước bọt của bệnh nhân được lấy bằng tăm bông hoặc do một người thổi qua thiết bị, được gọi là hộp mực vi lỏng . Không khí và chất lỏng vượt qua một loạt các ống nano carbon , các phân tử hình trụ được sử dụng trong các vật liệu khác nhau.
Đường kính của các ống nano là cực nhỏ, từ 10 đến 60 nanomet. Bởi vì chúng nhỏ hơn vi khuẩn virut cúm cúm có đường kính từ 90 đến 120 nanomet và coronavirus có đường kính từ 125 đến 150 nanomet đường kính, các mầm bệnh thu thập trên các ống nano carbon. Sau khi bị mắc kẹt bằng cách đi qua các ống nano carbon, virus có thể được xác định bằng phương pháp quang học bằng cách chiếu tia laser vào mẫu. Chiếu ánh sáng vào ống nano carbon và mầm bệnh tạo ra dấu vân tay quang học đặc biệt , hay đỉnh núi Ram Raman.
Sau khi được chiếu tia laser, các vi khuẩn khác nhau sẽ phát ra bức xạ ở các bước sóng khác nhau có thể đo được để xác định mầm bệnh. [Ảnh: Đại học bang Pennsylvania, CC BY]
Sau khi tia laser chiếu vào mẫu bị bẫy, các thuật toán học máy xác định phổ chữ ký của virus phát sinh từ ánh sáng phát ra từ các hạt virus. Với sự hỗ trợ của học máy, việc nhận dạng chỉ mất chưa đầy hai phút với tỷ lệ chính xác lên tới 70% đến 90%, tương đương với các kỹ thuật vi sinh hiện đại.
TẠI SAO NÓ QUAN TRỌNG
Ngay bây giờ, việc phát hiện nhanh chóng và chính xác các coronavirus mới là điều tối quan trọng. Mặc dù quang phổ Raman có khả năng rất hữu ích trong việc xác định loại vi-rút này, các bác sĩ cũng có thể sử dụng kỹ thuật này để kiểm tra các bệnh khác, chẳng hạn như cúm. Bằng cách xác định virus dễ dàng, nhanh chóng và tại điểm tiếp xúc, quang phổ Raman có thể ngăn chặn đáng kể sự lây lan của bệnh.
Một sơ đồ khái niệm về một phương pháp dựa trên laser để xác định coronavirus một cách nhanh chóng. [Ảnh: Đại học bang Pennsylvania, CC BY-ND]
So sánh điều đó với các phương pháp phân tích mẫu hiện tại của chúng tôi ; một quá trình tương đối chậm, tẻ nhạt, tốn nhiều công sức và đòi hỏi sự xem xét kỹ lưỡng tại các phòng thí nghiệm. Phát hiện sớm và nhanh chóng với thiết bị mới này có khả năng cứu sống hàng trăm ngàn người mỗi năm.
NHỮNG CÔNG VIỆC KHÁC ĐANG ĐƯỢC THỰC HIỆN
Để xác định virus, các công nghệ hiện tại cung cấp khả năng phát hiện tương đối nhạy cảm . Tuy nhiên, họ mất vài giờ và đôi khi vài ngày tùy thuộc vào chất lượng của mẫu được thu thập, vì nồng độ vi rút thấp rất khó xử lý và dẫn đến kết quả âm tính giả.
Thật không may, cả hai phương pháp dựa trên miễn dịch và phân tử, bao gồm xét nghiệm hấp thụ miễn dịch liên kết enzyme ( ELISA ) và phản ứng chuỗi polymerase (PCR), đòi hỏi phải có kiến thức trước về các chủng. Một kỹ thuật khác được gọi là giải trình tự sâu là một cách tiếp cận mới đầy hứa hẹn khác, nhưng việc có đủ số lần đọc virus để nó hoạt động tốt phụ thuộc vào chất lượng của mẫu và sự chuẩn bị của nó. Các bước xử lý liên quan đến việc kết hợp các thiết bị để bàn khác nhau, thuốc thử và chuyên môn kỹ thuật.
Kỹ thuật Raman này gần đây đã được phát triển để xác định các vi khuẩn khác nhau , do đó chứng minh kỹ thuật này thực sự mới lạ và khả thi.
CÁI GÌ TIẾP THEO
Chúng tôi đang xin quỹ liên bang để chứng minh rằng công nghệ này hoạt động cho SARS-CoV-2, loại virus gây ra COVID-19, sau đó xây dựng các nguyên mẫu đáng tin cậy có thể mở rộng để sản xuất hàng loạt và triển khai tại hiện trường. Chúng tôi cũng đang nói chuyện với một số nhà sản xuất và khám phá những cách để đưa công nghệ tiến lên để giúp đỡ trong cuộc khủng hoảng hiện tại.
Chúng tôi đã thành công trong việc bắt virus đường hô hấp của con người từ các mẫu lâm sàng sử dụng kỹ thuật này. Cuối cùng, chúng tôi thấy trước công nghệ này sẽ có sẵn cho bất cứ ai đến thăm bác sĩ gia đình của họ. Trong vòng hai phút, một người sẽ biết liệu bạn có bị nhiễm virus đường hô hấp hay không bằng cách so sánh kết quả xét nghiệm quang phổ với các kết quả khác trong cơ sở dữ liệu. Trong tương lai, công nghệ này có thể có mặt tại các bệnh viện, sân bay và bên trong máy bay thương mại để tránh bùng phát. Và các virus bị bắt, vẫn còn khả thi, có thể được nhân rộng để phát triển vắc-xin.
Nhận xét
Đăng nhận xét