革命性禽流感感測器：五分鐘快速偵測H5N1病毒

美國華盛頓大學研發出一款新型生物感測器，能在短短五分鐘內偵測到空氣中的H5N1病毒，為疫情控制提供了更快速、更有效的工具。隨著高致病性H5N1禽流感在美國持續擴散，對乳製品和家禽養殖場構成嚴重威脅，農民和公共衛生專家迫切需要更即時的方法來監控感染、降低風險並應對疫情爆發。

這項研究由華盛頓大學聖路易斯分校的Rajan Chakrabarty教授團隊主導，並發表在《ACS Sensors》期刊的專刊中。該團隊利用電化學電容生物感測器，提升了病毒和細菌偵測的速度與靈敏度。這項技術的研發時機至關重要，因為過去一年中，禽流感病毒已發生變異，能夠透過空氣傳播給哺乳動物，包括人類。病毒已被證實對貓科動物具有致命性，並至少造成一例人類死亡案例。

Chakrabarty教授指出，傳統的檢測方法可能需要超過10小時，這對於阻止疫情爆發來說過於緩慢。而這款新型生物感測器僅需五分鐘即可完成檢測，並能儲存樣本以供進一步分析，同時提供農場中病原體濃度的範圍，讓相關人員能夠立即採取行動。

美國農業部動植物健康檢驗局（APHIS）負責追蹤動物健康和農場中的病原體爆發。根據最新報告，過去30天內，加州等四個州至少出現了35起新的乳牛H5N1感染案例。Chakrabarty教授表示，這次的病毒株與以往大不相同。

目前，農民若懷疑動物患病，可將其送往州農業部門的實驗室進行檢測。然而，由於H5N1病毒在家禽和乳牛場中迅速擴散，檢測過程可能因案件積壓而進一步延遲。應對措施包括生物安全措施，如隔離動物、消毒設施和裝置，以及實施保護性控制以限制動物接觸，甚至大規模撲殺。美國農業部近期也批准了一款禽流感疫苗的條件性許可，這可能為希望降低雞蛋價格的家禽養殖戶提供進一步的幫助。

這款生物感測器不僅便攜且成本低廉，適合大規模生產。其整合的病原體取樣感測單元大小約為一臺桌面印表機，可放置於農場的雞舍或牛舍排氣口處。該單元結合了濕式旋風生物氣溶膠取樣器，能夠以高速吸入含有病原體的空氣，並與取樣器壁上的液體混合，形成表面渦流，從而捕獲病毒氣溶膠。每五分鐘，自動泵系統會將取樣液體送至生物感測器進行無縫病毒檢測。

Chakrabarty教授的高階研究員Meng Wu與研究生Joshin Kumar負責最佳化電化學生物感測器的表面，以提高其對微量病毒（每立方米空氣中少於100個病毒RNA複製）的靈敏度和穩定性。該感測器使用稱為適配體的捕捉探針，這些單鏈DNA能與病毒蛋白結合，標記出病毒的存在。

經過數月的試驗，團隊成功找到了一種方法，利用氧化石墨烯和普魯士藍奈米晶體的組合來修飾碳電極表面，從而提升感測器的靈敏度和穩定性。最終步驟是透過交聯劑戊二醛將修飾後的電極表面與適配體結合，這是讓裸碳電極表面功能化以偵測H5N1的關鍵。

這款感測器的一大優勢是其非破壞性檢測。在檢測病毒存在後，樣本仍可儲存以供傳統技術（如PCR）進一步分析。此外，該感測器能自動運作，無需操作者具備生化專業知識，且使用易於大規模生產的材料製成。它能夠提供空氣中H5N1的濃度範圍，並即時警示操作者疾病的爆發。

Chakrabarty教授表示，這款生物感測器雖然專為H5N1設計，但也能適應偵測其他流感病毒株（如H1N1）、SARS-CoV-2以及氣溶膠中的細菌（如大腸桿菌和假單胞菌）。團隊已展示了這款感測器的多種功能，並在論文中報告了相關發現。

目前，團隊正致力於將這款生物感測器商業化。聖路易斯的生物科技公司Varro Life Sciences已在感測器設計階段與研究團隊合作，以推動其未來的商業化程序。