COVID-19大流行病的应急阶段已经结束，科学家们正在寻找实时监测室内环境病毒的方法。通过结合气溶胶采样技术和超灵敏生物传感技术的最新进展，圣路易斯华盛顿大学的研究人员研制出了一种实时监测器，它能在5分钟内检测出室内的任何SARS-CoV-2病毒变种。

这种廉价的概念验证设备可用于医院、医疗机构、学校和公共场所，帮助检测SARS-CoV-2病毒，并有可能监测其它呼吸道病毒气溶胶，如流感和呼吸道合胞病毒（RSV）。今天（7月10日），他们在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上发表了关于该监测器的研究成果，他们称该监测器是目前灵敏度最高的检测器。

来自麦凯威工程学院和医学院的跨学科研究团队由麦凯威工程学院能源、环境与化学工程哈罗德-D-乔利职业发展副教授Rajan Chakrabarty、Chakrabarty实验室的博士后助理研究员Joseph Puthussery、医学院神经病学教授John Cirrito和医学院精神病学副教授Carla Yuede组成。

该图描述了空气采样过程中粒子在旋风采样器内的运动轨迹。华盛顿大学的研究小组利用计算流体动力学（CFD）模拟深入了解了湿旋风内气溶胶的收集效率与粒径的关系。图片来源：Joseph Puthussery

Cirrito说："目前没有任何东西可以告诉我们一个房间有多安全。如果你和100个人共处一室，你不会想在5天后才知道自己是否会生病。这种设备的理念是，您基本上可以实时或每5分钟知道是否存在活病毒。"

Cirrito和Yuede之前开发了一种微免疫电极（MIE）生物传感器，可检测作为阿尔茨海默病生物标志物的淀粉样β，他们想知道这种传感器能否转换成SARS-CoV-2的检测器。他们联系了Chakrabarty，后者组建了一个包括Puthussery在内的团队，Puthussery拥有制造测量空气毒性的实时仪器的专业知识。

为了将生物传感器从检测淀粉样蛋白β转换为冠状病毒，研究人员将识别淀粉样蛋白β的抗体换成了识别SARS-CoV-2病毒尖峰蛋白的美洲驼纳米抗体。医学博士David Brody是医学院神经病学系的前教员，也是论文的作者，他在美国国立卫生研究院（NIH）的实验室里开发了这种纳米抗体。研究人员说，这种纳米抗体体积小、易于复制和改造，而且成本低廉。

Yuede说："基于纳米抗体的电化学方法检测病毒的速度更快，因为它不需要试剂或很多处理步骤。SARS-CoV-2与表面的纳米抗体结合，我们可以利用一种叫做方波伏安法的技术诱导病毒表面的酪氨酸氧化，从而测量样品中的病毒数量。"

Chakrabarty和Puthussery将生物传感器集成到了基于湿式旋风技术的空气采样器中。空气以极快的速度进入采样器，与采样器壁上的液体离心混合，形成表面涡流，从而捕获病毒气溶胶。湿式旋风采样器有一个自动泵，可收集液体并将其送至生物传感器，利用电化学原理对病毒进行无缝检测。

Chakrabarty说："空气气溶胶检测器面临的挑战是，室内空气中的病毒含量非常稀，甚至接近聚合酶链反应（PCR）的检测极限，就像大海捞针。"

湿式旋风分离器的病毒回收率很高，这要归功于它极高的流速，与市售采样器相比，它可以在5分钟的采样时间内采集更大体积的空气样本。大多数商用生物气溶胶采样器的流速相对较低，而该团队的监测器的流速约为每分钟1000升，是目前流速最高的设备之一。它的体积也很小巧，宽约1英尺，高约10英寸，检测到病毒时会亮灯，提醒管理员增加房间内的空气流量或循环。

研究小组在两名COVID-19阳性患者的公寓中测试了该监测器。卧室空气样本的实时PCR结果与无病毒对照房间收集的空气样本进行了比较。设备在卧室的空气样本中检测到了病毒RNA，但在对照空气样本中未检测到任何病毒RNA。

在实验室实验中，将SARS-CoV-2气溶胶喷入一个房间大小的腔室，湿旋风和生物传感器仅在几分钟的采样后就能检测到不同水平的空气传播病毒浓度。

Cirrito说："我们首先检测的是SARS-CoV-2，但也计划检测流感、RSV、鼻病毒和其它经常感染人的主要病原体。在医院环境中，监测仪可用于检测葡萄球菌或链球菌，它们会给病人带来各种并发症。这将对人们的健康产生重大影响。"

该团队正在努力将空气质量监测仪商业化。