[ Ocean Insight ]快速檢測和篩查包括 COVID-19 在內的病毒

文章來源: https://www.oceaninsight.com/blog/spectroscopy-for-viral-detection/

在此概述中，我們探索了 Ocean Insight 提供的用於病毒檢測的光學傳感工具和技術。我們的重點？快速檢測和篩查包括 COVID-19 在內的病毒。

無論正在進行何種類型的戰鬥，首先要評估的項目之一就是一個人可以使用的工具庫。多虧了 COVID-19，2020 年讓我們所有人都陷入了一場獨特的戰鬥，不是對抗有形的軍隊或無形的想法，而是對抗一種攻擊所有國家人民，尤其是我們最脆弱的公民的新型病毒。但我們有多種反擊途徑，包括：

疏遠: 通過盡量減少人與人之間的互動，我們也可以最大限度地減少潛在的傳播。

疫苗: 使用精心設計的疫苗，即使有人接觸了該病毒，其轉變成顯著感染的機會也可以大大降低。

治療: 如果有人接觸了病毒並且確實感染了病毒，那麼有效的治療菜單可以幫助將死亡率和總體嚴重程度降至最低。

檢測和追踪: 這些是我們在與看不見的敵人作戰時的眼睛，也是我們將在這裡研究的關鍵工具。

病毒檢測與溯源
檢測和追踪對於了解歷史上病毒傳播的發生方式至關重要，這樣可以最大程度地減少未來的傳播。這使我們能夠考慮哪些活動和場景帶來的風險最大，以及我們當中誰最容易受到傷害。當我們知道傳播發生的方式和地點時，我們可以調整我們的政策和行動。

但是，雖然慢速檢測方法可以在合理範圍內實現這一目的，但快速檢測技術使我們更接近於恢復正常程序。部署在體育場、學校、機場或療養院入口處的快速檢測系統可以立即防止我們經常聽到的超級傳播者場景。

熟悉的和更新的病毒檢測技術
久經考驗的病毒檢測方法依賴於革命性的 PCR 或聚合酶鏈反應技術。這種方法使用聚合酶來複製或放大遺傳物質的特定區域（如果存在）。可以設計專門針對 COVID-19 遺傳密碼部分的模板；如果存在這些代碼段，它們將被放大。這種擴增需要大約 30-40 個循環的熱循環，這通常是 PCR 技術中最耗時的部分。

一旦熱循環完成，有幾種方法可以觀察目標遺傳物質是否存在。這就是應用光譜知識的力量首次在 COVID-19 檢測中發揮作用的地方。

熒光素及其衍生物等常見熒光團可以進一步絡合，因此它們只有在與目標 COVID-19 基因片段結合時才會發出熒光。有了這些獨特的熒光工具，我們在減少測試時間和提高測試靈敏度方面面臨的下一個障礙是優化熒光檢測。

這種類型的痕量熒光最常用的方法是穩態寬帶光譜，Ocean HDX光譜儀和LSM LED 套件非常適合這種方法。Ocean HDX 以極其緊湊的光譜儀外形為低光性能樹立了新標杆。專有的內部擋板和其他光學設計的勝利使熒光檢測達到以前只有在更大、更昂貴的系統上才能達到的水平。驅動微量熒光是 Ocean Insight 的 LSM LED 選項之一，可為乾淨且相干的發射信號提供高功率和穩定的激發。

傳統的寬帶方法帶來了一系列優勢，包括使用一台設備同時觀察多種熒光物質的能力，以及開發複雜的數值方法以從寬帶趨勢中解卷積所需信號的能力。

但是還有另一種觀察這種熒光信號的方法，即使用一種以時間分辨的方式利用熒光染料的快速衰減特性的方法。Ocean Insight 通常提供NeoFox 相位熒光測定係統作為光學氧傳感器平台，因為我們還開發了氧響應傳感器化學物質以及構成傳感器平台的支持探針和貼片組件。

但 NeoFox 也很受歡迎，可以嵌入到其他設備中，可以修改 LED、過濾器和內部設置，以將系統優化為定制的檢測平台。通過以 kHz 速度將 LED 選通為方波，NeoFox 超靈敏雪崩光電二極管檢測器可以看到熒光信號在 LED 開啟期間增長，但在 LED 關閉期間也會衰減。這種衰減時間是在微秒到納秒的尺度上觀察到的，並且可以與測試流體中熒光團的濃度緊密相關，例如小的 PCR 樣品。這種方法的好處包括簡化硬件，因為 NeoFox 將其所有光學器件和處理電子器件都包含在一個外殼中，並且對樣本顏色和環境光等變量具有良好的抗干擾性。

 

拉曼和痕量水平檢測
雖然 PCR 在遺傳進步的世界中創造了奇蹟，但仍然存在與必要的熱循環相關的時間限制。Ocean Insight 提供了另一種方法，有可能提供即時病毒檢測——只需幾秒鐘即可得到答案——無需任何復雜的樣本預處理。這種方法利用了拉曼技術，該技術使用激光來驅動可觀察到的拉曼散射現象。

拉曼是​​一種快速、強大的識別技術，它基於光子與樣品分子結構的罕見相互作用，特別是觀察光子能級在量子化量下的增加或減少。這些尖銳的發射信號是分析物固有的“指紋”，可以快速告訴您何時存在某種物質。十多年來，Ocean Insight 一直提供多種波長選項的高性能拉曼系統，例如提供 785 nm、638 nm 和 532 nm 配置的廣受歡迎的QE-Pro Raman+ 平台。添加適合波長的激光器和探頭是基本拉曼測量所需的全部。

對於痕量水平檢測，拉曼發射可以通過利用與所用激光頻率“一致”的某些金屬進一步放大，依賴於稱為 SPR 或表面等離子體共振的效應。通過使用金或銀等金屬的納米粒子或納米結構，分析物可能會適當接近這種 SPR 效應，並導致拉曼發射光子的顯著放大，這是一種稱為 SERS 或表面增強拉曼光譜的技術。自 2014 年以來，Ocean Insight 一直是領先的商業 SERS 供應商，以易於使用的外形提供低成本、可消耗的基板。這些方便的 5 件裝具有專有的納米顆粒配方，嵌入石英基質中並安裝在標準玻璃顯微鏡載玻片上。

Ocean Insight 與包括Botanisol Analytics在內的幾家開發商合作，使用拉曼進行 COVID-19 快速檢測，甚至使用現成組件的初步掃描也顯示了直接病毒片段和相應抗體的可重複拉曼活動。雖然這些測量是在相當乾淨的樣本流體中進行的，而不是患者獲得的臨床樣本，但該研究確定了在檢查“較髒”的現實世界流體時要尋找的拉曼活動區域。當使用Ocean Insight 的高級光譜機器學習平台Ocean Intelligence進行分析時，可以對複雜生物流體的掃描進行徹底、快速的去卷積，以提供具有高統計置信度的陽性/陰性結果。

與任何開發一樣，您的進步取決於您找到的合作夥伴和您提供的資源。Ocean Insight 帶來了光譜硬件方面獨特水平的專業知識、與該硬件一起使用的正確技術，以及實現前所未有的洞察力。如果您正在努力大幅推進病毒檢測以幫助世界遏制 COVID-19 大流行，我們渴望了解您的願景以及我們應用的光譜知識如何幫助您解鎖可能性。