基于微波传感器的新冠病毒检测微流控平台

微波传感器是利用微波特性来检测一些物理量的器件。包括感应物体的存在、运动速度、距离、角度等信息。由发射天线发出的微波,遇到被测物体时将被吸收或反射,使功率发生变化。若利用接收天线接收通过被测物体或由被测物反射回来的微波,并将它转换成电信号,再由测量电路处理,就实现了微波检测。

基于微波传感器的新冠病毒检测微流控平台

微波传感器主要由微波振荡器和微波天线组成。微波振荡器是产生微波的装置。构成微波振荡器的器件有速调管、磁控管或某些固体元件。由微波振荡器产生的振荡信号需用波导管传输,并通过天线发射出去。

基于微波传感器的新冠病毒检测微流控平台

微波传感器的多方面应用,如微波液位仪利用微波测量液位的过程;微波开关式物位仪对被测对象的位置信息进行跟踪;微波诊断通过微波的反射或透射情况来获得有关病变的医学信息;微波透热治疗能使血液循环加速,刺激器官功能,促进新陈代谢,因而能促使组织再生,起到消炎止痛、解除痉挛的功效;微波手术刀利用微波的能量切开组织、使切口附近的组织温度升高直至备注凝固。

今年,滑铁卢大学的研究人员在《Lab on a Chip》上发表了名为“Reagent free detection of SARS-CoV-2 using an antibody-based microwave sensor in a microfluidic platform”的文章,设计制造了一个基于微波传感器的新冠病毒POC检测微流控平台,无需试剂是其显著优点。

基于微波传感器的新冠病毒检测微流控平台

含有新冠病毒的缓冲液通过该微流控平台流道中的检测区域,依靠固定在微波传感器上的抗体来灵敏的捕获和富集新冠病毒抗原病毒。检测的原理是,SARS-CoV-2病毒或抗体被捕获后,会导致传感器区域附近介质的介电常数发生变化,共振反射的频率会发生频移,通过检测频移即可实现对新冠病毒的检测。

基于微波传感器的新冠病毒检测微流控平台

上图是整个检测系统的示意图,微波传感器位于流道下方,向流道内发射微波并进行检测,检测到的共振频率基本与病毒浓度的对数呈现线性关系,可以用于估算病毒的浓度。微流道可以对样本容积和连续流的精准控制,提供了连续动态捕获、监控全过程的潜力。该微波-微流控平台经过实验展示了对于新冠抗体良好的灵敏度,约为0.1ng/ml,或4000copies/ml。

基于微波传感器的新冠病毒检测微流控平台

该检测方法可以从CD4抗原中辨别出新冠病毒和另两种冠状病毒(MERS和HKU1),意味着该实验平台不仅仅能用于新冠病毒的检测,它代表了对于病毒POC检测的一个思路和方向,通过功能化处理微波传感器可以识别出不同的病毒,是一个可探讨的研究方向。

文献链接: https://doi.org/10.1039/D2LC00145D

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