近日，美國賓夕法尼亞大學(xué)（Upenn）的科學(xué)家們開發(fā)出了一種低成本的3D打印設(shè)備可以快速檢測寨卡（Zika）病毒。據(jù)悉這個3D打印的檢測裝置只有一個蘇打水罐大小，成本僅2美元，而且無需用電，也不用專業(yè)技術(shù)人員操作。患者只需提供一份唾液樣本。當(dāng)遺傳分析檢測到病毒存在時，裝置中可變色的燃料將變成藍(lán)色。
據(jù)稱，這種快速、準(zhǔn)確的診斷對于可能受感染的孕婦尤其重要，而目前唯一得到認(rèn)可的病毒檢測方式需要高度敏感的實(shí)驗室設(shè)備，十分不便。因此，能夠在野外使用的診斷工具將成為人們戰(zhàn)勝寨卡病毒疫情的一個關(guān)鍵。
目前，科學(xué)家們在發(fā)表于《Analytical Chemistry》的一份研究報告上介紹了這個設(shè)計和他們的測試效果。據(jù)了解，這項研究是由該校機(jī)械工程和應(yīng)用力學(xué)系研究助理教授劉長春和Haim Bau教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊進(jìn)行的。
據(jù)了解，通過化驗檢測Zika病毒本身的遺傳物質(zhì)被認(rèn)為是診斷這一病毒的黃金標(biāo)準(zhǔn)。而其替代辦法，比如針對人體內(nèi)產(chǎn)生的對該病毒的抗體進(jìn)行的檢測是不夠的，因為對于那些已經(jīng)被感染但是尚未產(chǎn)生足夠抗體的患者來說，可能會產(chǎn)生虛假的陰性結(jié)果；在另一方面如果測試對象因其它疾病產(chǎn)生類似的抗體的話，也會獲得虛假的陽性結(jié)果。
而這種從病毒本身尋找相應(yīng)的RNA片斷的測試則被稱為逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)，或簡稱為RT-pcr技術(shù)。這種測試技術(shù)可以避免上述兩個問題。但是RT-pcr技術(shù)需要在裝備精良的實(shí)驗室里進(jìn)行。病人樣本中的病毒基因片斷必須放大，或進(jìn)行反復(fù)復(fù)制，直到達(dá)到它們可以被檢測到的水平，這中間通常涉及到多個精確的溫度變化過程。
據(jù)稱，要使這種測試更加方便，或者易于攜帶，其中的基因片段放大環(huán)節(jié)是最主要的障礙，為此，賓夕法尼亞大學(xué)的科學(xué)家們找到了一種被稱為RT-LAMP（逆轉(zhuǎn)錄環(huán)介導(dǎo)等溫擴(kuò)增）的替代技術(shù)，這種技術(shù)只需要將樣品放在特定溫度下，而不需要像RT-PCR那樣通過多個精確的溫度變化進(jìn)行循環(huán)。
不過，作為簡化該基因放大過程的代價，RT-LAMP需要更多專門的“引物”，即一些短的基因片段以匹配測試病毒靶基因的特定區(qū)。
“盡管在技術(shù)文獻(xiàn)中有用于RT-PCR技術(shù)的寨卡病毒引物，但是針對RT-LAMP技術(shù)的卻沒有。”Bau說。“所以，通過數(shù)據(jù)挖掘，我們確定了寨卡病毒基因組與其它已知病原體不同的高度保守序列，然后設(shè)計出適當(dāng)?shù)囊镆宰R別此序列。”
“與此同時，”劉長春說：“我們用3D打印技術(shù)開發(fā)了一個低成本的即時檢驗（point-of-care）系統(tǒng)，這個系統(tǒng)由診斷盒子和處理器組成。這個盒子能夠分離、濃縮和凈化核酸并進(jìn)行酶擴(kuò)增。最終的測試結(jié)果能夠通過一種染料的顏色變化直觀地顯示出來。”
賓夕法尼亞大學(xué)研究助理教授劉長春
隨后，科學(xué)家們還研究了如何在不使用電力的情況下使樣品保持在必要的溫度下。他們的解決方案包括熱水瓶、使用類似軍用口糧那樣通過化學(xué)反應(yīng)自行加熱的元件，和用于吸收多余熱量的蠟狀物質(zhì)。研究人員還3D打印了一個蓋子放在 熱水瓶的頂部，以固定住所有的測試部件。
一旦病人的唾液樣本被引入盒子，整個測試大約需要40分鐘才能完成。研究人員們通過將自己的唾液摻入病毒樣驗證了其效果。結(jié)果顯示其靈敏度相當(dāng)于RT-PCR檢測。未來科學(xué)家還將嘗試通過一種熒光染料和集成智能手機(jī)相機(jī)來量化病毒含量。
據(jù)悉，劉長春和Haim Bau在2015年還因為其在即時檢驗分子診斷方面的工作獲得了One Health獎。
