CN111537722A - 一种呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置，通过在佩戴装置上配置检测卡、利用防护设备收集飞沫作为样本直接检测，将防护与样本采集和检测合为一体，可以对飞沫样本中的病毒自行检测；无需人为进行咽拭子采样、检测的操作，一方面可以节省大量人力、物力资源，同时显著提升了检测的速度；另一方面有效减少了医护人员与病人飞沫的直接接触，并且在取样检测的过程中也可以作为普通口罩进行隔离飞沫，极大降低了采样过程中的感染风险。该装置适用于对大量待检人员进行快速、高效地诊断，特别适用于对大量的疑似病例以及确诊病例的密切接触者进行快速筛查，可有效缓解检测、诊断工作的压力。

Description

一种呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置

技术领域

本发明属于病原体检验技术领域，特别涉及一种呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置。

背景技术

随着人口数量和密度的增加，流行性传染病发生大规模爆发的风险也日益增加。空气传播是流行性呼吸道疾病最主要的传播途径，及时、迅速、准确、简便、低成本、高通量地确诊感染者，是控制疫病爆发的关键。然而，要做到这一点并非易事。流行性呼吸道疾病的传播往往存在如下问题：

①隐蔽性强：不少感染者在早期没有明显症状，但依然具有较强的传染性。他们进入人口聚集的区域后，往往会造成大范围感染。如何发现并确诊这类患者，目前还没有一种有效的方法；

②确诊速度缓慢：对于新发现的病毒，由于还没有相应的抗体，只能进行核酸检测，而核酸检测的灵敏度较低、假阴性比例高，有的病人甚至需要多次检测才确定为阳性，大大延误了确诊时间；

③取样部位难以确定：新病毒在患者体内的分布规律还没有完全掌握，因此很难做到准确取样，而取样部位的准确与否，直接关系到检测结果的可靠性。例如此次的新冠病毒，虽然知道其集中于肺部，但肺泡灌洗液操作复杂，需要特殊设备，很难进行高通量检测；而咽拭子等方法虽然简单、快速，但采集的病毒量小，依然有较高的假阴性比例。

因此，如何快速、高效、准确、安全地对流行性呼吸道疾病进行确诊，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供了一种呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置，包括佩戴装置和胶体金修饰的检测卡，所述佩戴装置佩戴在被检测者面部并遮盖口鼻，所述佩戴装置包括口罩本体，所述口罩本体上设有分别与所述口罩本体内侧连通的进气系统和出气系统，所述进气系统包括第一单向阀和第一过滤器，所述出气系统包括采气口、冷凝器、第二过滤器和第二单向阀，所述第二单向阀的气流方向与所述第一单向阀相反；所述检测卡设在所述冷凝器与所述第二过滤器之间，所述检测卡接收进入所述冷凝器中的飞沫、并通过抗原抗体反应检测根据飞沫中有无待检测的病毒。

该装置将防护和取样、检测结合在一起，通过佩戴装置遮掩口鼻、防止口鼻呼出的飞沫携带病毒扩散到空气中、造成交叉感染；同时在佩戴装置内设置检测卡接收飞沫，当飞沫从进样区移动到结合区时，如果其中含有病毒的S蛋白(刺突蛋白)，则会与有显色剂标记的捕获抗体形成复合物，当复合物继续流动至检测线时，会被检测抗体结合，从而使带有显色剂标记的复合物滞留在检测线处并显色，同时多余的捕获抗体流动至质检线时同样会发生滞留并显色；而如果飞沫中没有S 蛋白，检测线处就不会显色。由此，可以简单、快速地对使用者是否感染病原体进行检测；

进一步地，所述检测卡包括依次连接的进样区、结合区和显示区，所述进样区接收口鼻呼出的飞沫，所述结合区表面分布有显色剂标记的病毒S蛋白的捕获抗体，所述显示区包括靠近所述结合区的检测线以及远离所述结合区的质检线，所述检测线上固定有所述S蛋白的检测抗体，所述质检线上固定有用于结合所述捕获抗体的二抗。

进一步地，所述采气口固定在所述口罩本体上、并与所述口罩本体内侧连通；所述冷凝器包括相互连通的接头和导流管，所述接头与所述采气口位于所述口罩本体外侧的一端连接，所述导流管向所述口罩本体下方延伸、且内部设有导流斜面；所述导流管底部一体成型设有检测盒，所述检测卡固定在所述检测盒内底部、且所述进样区位于所述导流管正下方；所述检测盒顶部与所述显示区相对的位置设有透明的观察窗，所述第二过滤器和所述第二单向阀设在所述检测盒端部。

本发明另一方面提供了一种通过佩戴上述装置进行呼吸道病毒样本采样的方法。

进一步地，连续佩戴所述装置的时间不少于20min。

本发明的有益效果如下：本发明提供了一种呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置，通过在佩戴装置上配置检测卡、利用防护设备收集飞沫作为样本直接检测，将防护与样本采集和检测合为一体，可以对飞沫样本中的病毒自行检测；无需人为进行咽拭子采样、检测的操作，一方面可以节省大量人力、物力资源，同时显著提升了检测的速度；另一方面有效减少了医护人员与病人飞沫的直接接触，并且在取样检测的过程中也可以作为普通口罩进行隔离飞沫，极大降低了采样过程中的感染风险。该装置适用于对大量待检人员进行快速、高效地诊断，特别适用于对大量的疑似病例以及确诊病例的密切接触者进行快速筛查，可有效缓解检测、诊断工作的压力。

附图说明

图1为实施例提供的呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置的结构示意图；

图2为实施例提供的呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置的后视图；

图3为实施例提供的呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置的主视图；

图4为实施例提供的呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置中检测卡的结构示意图；

图5为实施例提供的呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置的纵向剖视图。

具体实施方式

实施例

如图1～5所示，本实施例提供了一种呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置，包括佩戴装置1和胶体金修饰的检测卡2，佩戴装置1 佩戴在被检测者面部并遮盖口鼻，佩戴装置1包括口罩本体11，口罩本体11上设有分别与口罩本体11内侧连通的进气系统12和出气系统 13，进气系统12包括第一单向阀121和第一过滤器122，出气系统13 包括采气口131、冷凝器132、第二过滤器133和第二单向阀134，第二单向阀134的气流方向与第一单向阀121相反；检测卡2设在冷凝器132与第二过滤器133之间，检测卡2接收进入冷凝器132中的飞沫、并通过抗原抗体反应检测根据飞沫中有无待检测的病毒。

在具体实施时，口罩本体可采用医用防护口罩或KN95防护口罩等的材质制成，只要能阻隔待检测者呼出的飞沫即可；第一过滤器122 和第二过滤器133均可以设置Teflo滤膜，一方面隔绝飞沫中的病毒、防止病毒从第二单向阀134逸出到空气中，另一方面也防止空气中的病毒通过第一单向阀121进入口罩本体中、造成交叉感染并影响检测结果。

具体地，检测卡2包括依次连接的进样区21、结合区22和显示区23，进样区21接收口鼻呼出的飞沫，结合区22表面分布有显色剂标记的病毒S蛋白的捕获抗体，显示区23包括靠近结合区22的检测线 24以及远离结合区22的质检线25，检测线24上固定有S蛋白的检测抗体，质检线25上固定有用于结合捕获抗体的二抗。

在实施时，胶体金检测卡可以具体制成如图4所示的产品，包括底部的衬板26，进样区21为样品垫，相邻的结合区22为胶体金结合垫，表面分布有胶体金颗粒(红色)标记的病毒S蛋白的捕获抗体，结合区22另一端相邻设置硝酸纤维素膜27，检测线24(T线)和质检线25(C线)均设在硝酸纤维素膜27上，以硝酸纤维素膜7为载体、便于飞沫样品在检测卡上流动；检测卡尾部还可以设置一个与样品垫材质相同的吸收垫28，用来吸收多余的液体。

如图5所示，在一些实施例中，采气口131固定在口罩本体11上、并与口罩本体11内侧连通；冷凝器132包括相互连通的接头1321和导流管1322，接头1321与采气口131位于口罩本体11外侧的一端连接，导流管1322向口罩本体11下方延伸、且内部设有导流斜面1323；导流管1322底部一体成型设有检测盒1324，检测卡固定在检测盒1324 内底部、且进样区21位于导流管1322正下方；检测盒1324顶部与显示区23相对的位置设有透明的观察窗1325，第二过滤器133和第二单向阀134设在检测盒1324端部。

使用者呼出的气体经采气口131进入冷凝器132的接头1321，与导流管1322的侧壁发生接触后冷凝成小液滴、并沿导流斜面1323流至检测卡的进样区21；检测盒1324顶部设置观察窗1325，方便观察加测卡的显色情况，不需要破坏口罩取出检测卡就可以获取检测结果，使用方便、快捷。

在一些实施例中，该装置用于检测流感病毒、甲流病毒等，此时病毒S蛋白可以通过如下方法制备而成：选取该病毒S蛋白作为抗原，将S蛋白序列连接至PET 28a载体上，将其转化进E.coli BL21中表达，产物蛋白经过纯化后即可作为抗原应用到检测中。

在一些实施例中，该装置还可用于检测冠状病毒，如SARS病毒、新冠病毒、MERS病毒等，此时，如果无法直接获得病毒S蛋白，还可以通过如下方法制备病毒S蛋白的捕获抗体：

将人的ACE2蛋白中与病毒S蛋白(或者RBD)结合的部分的基因加上GST标签，转化进E.coli BL21中进行表达。

冠状病毒侵入宿主细胞的过程主要依赖于病毒表面的刺突蛋白 (Spike)，即S蛋白，而人类细胞上中冠状病毒的受体为血管紧张素转换酶Ⅱ(angiotensin-convertingenzymeⅡ，ACE2)。因此，对冠状病毒而言，将ACE2蛋白上与S蛋白结合的部分加上GST标签进行表达，也可以作为检测抗体使用。针对部分暂时无法取得抗体的冠状病毒(例如目前的新冠病毒)，也可以采用这一方法作为替代方案，能够取得与直接使用抗体相当的检测效果。

上述实施例中使用的抗体均可以直接购买市售成品，因此本申请中不再对其具体的制备方法进行详细说明。

试验例

一体化装置检测效果实验

分别以通过前文所述方法制备得到的新冠病毒、SARS病毒、MERS 病毒、H1N1型流感病毒以及H7N9型流感病毒为样本，以配置有新冠病毒检测卡的一体化装置进行检测试验，每组进行6次平行实验，具体实验方法如下：分别取1mg S蛋白与10mL PBS(PH＝7.4)进行混合，将5mL混合溶液加入复苏球囊中，并将球囊置于37℃恒温水浴中模拟人体体温，将口罩本体11置于采气口131位置，按照人体呼吸频率，每分钟16-20次按压复苏球囊，连续按压20min。按压过程中实时观察显色卡的显色情况。

结果显示，新冠病毒组的所有检测卡均在14～19min内显示两条红线，而其余各组的所有检测卡均只显示一条红线。由此可见，本申请提供的检测装置在测试时间内能够采集到足够的病毒样本并显示检测结果，检测快速、结果可靠，并且具备良好的检测灵敏度和高度的检测特异性，说明该检测装置可以应用于呼吸道传播疾病的大规模快速诊断中。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置，其特征在于，包括佩戴装置(1)和胶体金修饰的检测卡(2)，所述佩戴装置(1)佩戴在被检测者面部并遮盖口鼻，所述佩戴装置(1)包括口罩本体(11)，所述口罩本体(11)上设有分别与所述口罩本体(11)内侧连通的进气系统(12)和出气系统(13)，所述进气系统(12)包括第一单向阀(121)和第一过滤器(122)，所述出气系统(13)包括采气口(131)、冷凝器(132)、第二过滤器(133)和第二单向阀(134)，所述第二单向阀(134)的气流方向与所述第一单向阀(121)相反；所述检测卡(2)设在所述冷凝器(132)与所述第二过滤器(133)之间，所述检测卡(2)接收进入所述冷凝器(132)中的飞沫、并通过抗原抗体反应检测根据飞沫中有无待检测的病毒。

2.如权利要求1所述的呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置，其特征在于，所述检测卡(2)包括依次连接的进样区(21)、结合区(22)和显示区(23)，所述进样区(21)接收口鼻呼出的飞沫，所述结合区(22)表面分布有显色剂标记的病毒S蛋白的捕获抗体，所述显示区(23)包括靠近所述结合区(22)的检测线(24)以及远离所述结合区(22)的质检线(25)，所述检测线(24)上固定有所述S蛋白的检测抗体，所述质检线(25)上固定有用于结合所述捕获抗体的二抗。

3.如权利要求2所述的呼吸道病毒样本采集与检测一体化装置，其特征在于，所述采气口(131)固定在所述口罩本体(11)上、并与所述口罩本体(11)内侧连通；所述冷凝器(132)包括相互连通的接头(1321)和导流管(1322)，所述接头(1321)与所述采气口(131)位于所述口罩本体(11)外侧的一端连接，所述导流管(1322)向所述口罩本体(11)下方延伸、且内部设有导流斜面(1323)；所述导流管(1322)底部一体成型设有检测盒(1324)，所述检测卡固定在所述检测盒(1324)内底部、且所述进样区(21)位于所述导流管(1322)正下方；所述检测盒(1324)顶部与所述显示区(23)相对的位置设有透明的观察窗(1325)，所述第二过滤器(133)和所述第二单向阀(134)设在所述检测盒(1324)端部。

4.一种通过佩戴权利要求1～3中任一项所述的装置进行呼吸道病毒样本采样的方法。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，连续佩戴所述装置的时间不少于20min。

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