На пути к победе над вирусами…

В одной из прошлых статей мы рассказывали о достижениях сферы оптико-электронного приборостроения в борьбе с пандемией SARS-CoV-2. Речь шла об оборудовании для диагностики COVID-19 методом ПЦР.  Данная тема вызвала колоссальный интерес у наших клиентов и постоянных читателей и привела к оживленной дискуссии на тему ранней диагностики заболевания. Масло в огонь этой «горячей» дискуссии подлила еще одна наша статья на тему спектрального анализа алкогольной продукции (ссылка на статью). Обсуждение этих тем затронуло широкие массы инженерного и научного персонала далеко за пределами компании ООО «Лазерные компоненты» и привело к идее объединения спектральных методов для диагностики COVID-19. Результатами этой конференции (с любезного согласия Син И Линга из Наньянского технологического университета в Сингапуре) мы хотим поделиться в  нашей следующей статье:

Алкотестер на COVID

Группа исследователей из технологического университета города Няньян (Сингапур) во главе с профессором Син И Линг разработала портативный прибор, позволяющий определить наличие коронавируса нового типа (COVID-19) у человека по анализу выдыхаемого им воздуха. Прибор может выдавать точные результаты менее чем за 5 минут. По принципу действия и внешнему виду прибор похож на ручной алкотестер, широко используемый для выявления паров алкоголя в выдыхаемом воздухе. Функционально прибор состоит из системы сбора проб дыхания и компактного рамановского спектрометра. Точность прибора составляет 95%. Исследователи полагают, что данный прибор сыграет решающую роль в победе над вирусом на этапах ранней диагностики. Помимо индивидуальных приборов, ученые предоставили образец установки для анализа больших воздушных масс, что позволяет выявлять вирус в местах большого скопления людей, в том числе при их интенсивном движении.

В существующих на сегодняшний день установках для тестирования людей используется один из двух методов:

1. Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), о котором мы подробно рассказывали в одной из прошлых статей
2. Экспресс тест на наличие иммунноглобулина IgM в крови

Оба метода имеют широкое применение, но имеют свои недостатки. Первый метод требует неудобного забора образца биоматериала из носоглотки, второй метод менее точен и предполагает много ложноотрицательных результатов.

Эти недостатки стали основными мотиваторами ученых из Сингапура для создания удобного и надежного прибора для ранней диагностики. Такой прибор имеет принципиальные отличия от методов ПЦР тестирования и тестирования на антитела. Отсутствуют неприятные процедуры забора биологических материалов (кровь или слизь из носоглотки). Вместо этого прибор выявляет изменение концентрации определенных летучих органических соединений в выдыхаемом воздухе. Изменение концентрации этих органических соединений вызывается реакциями иммунного ответа и метаболическими изменениями, вызванными SARS-CoV-2.

К сожалению, стандартный подход к выявлению и анализу таких биомаркеров в человеческом дыхании требует использования методов газовой хроматографии и масс-спектрометрии. Для этих методов существуют дорогостоящие и крупногабаритные установки, совершенно непригодные для массового тестирования. Невозможность использования существующих установок привела к появлению простого и портативного прибора – алкотестера на COVID-19 - COVIDтестера.

 В основе COVIDтестера команды Линга лежит использование метода спектроскопии. Суть метода описана в одной из наших прошлых статей (ссылка на статью). Прибор определяет наличие вируса путем регистрации слабых спектральных сдвигов комбинационного рассеяния на органических соединениях в выдыхаемом воздухе. Исследование показало, что количество таких биомаркеров очень незначительно для прямого измерения интенсивности комбинационного рассеяния, поэтому для практических целей реализации данного метода ученые использовали SERS-подложки, интенсивность рассеяния на которых возрастает многократно.

SERS - Surface-enhanced Raman spectroscopy (Рамановская спектроскопия с усилением поверхности).

SERS-подложка представляет собой алюминиевую пластину, на которую нанесен слой серебра. Перед нанесением серебро погружали в смесь из трех веществ - 4-меркаптобензоат, 4-меркаптопиридин и 4-аминотиофенол, которые химически взаимодействуют и связывают летучие органические соединения, присутствующие в выдыхаемом воздухе пациента. Такой сенсорный чип помещается в специальный отсек COVIDтестера. В этот отсек поступает выдыхаемый воздух. Для образования химической связи с летучими органическими соединениями требуется выдержка примерно 2 минуты, после чего подложка помещается в рамановский спектрометр, который считывает усиленный SERS сигнал. По спектральному составу этого усиленного сигнала делается вывод о наличии или отсутствии вируса.

По словам ученых весь процесс занимает около пяти минут.  Высокая точность метода подтвердилась экспериментально. Для иссследования были отобраны 501 пациент с положительным ПЦР тестом и 70 с отрицательным. Наличие вируса подтвердилось в 96.2% случаев. Среди пациентов с отрицательным ПЦР тестом не было зарегистрировано ни одного ложноположительного результата! Это очень высокие показатели для такой системы. Кроме того, ученые сообщили, что такая методика не чувствительна к возрасту, полу и наличию вредных привычек у пациентов.

Команда Линга высоко оценивает потенциал применения таких приборов. Это могут быть места массового скопления людей, транспортные узлы, школы, заведения общепита и т.д. Кроме того, ученые планируют распространить действие таких приборов на раннюю диагностику многих других заболеваний.

Описанный выше метод может стать революцией в вопросах COVID диагностики. Но даже при самом благоприятном прогнозе массовое использование таких приборов может быть осуществлено не ранее нескольких месяцев или даже лет. До массового внедрения таких методов специалисты ООО «Лазерные компоненты» рекомендуют использовать менее эффективные, но проверенные и уже заслужившие массовое доверие методы. Например, дистанционное измерение температуры тепловизионными средствами. В каталоге нашей компании вы сможете найти самые чувствительные тепловизоры для измерения температуры тела людей. За подробной информацией можете обратиться к нашим специалистам.