如何檢測口罩上的病毒物質?。?/h1>
日期：2025-07-01 16:51
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摘要：
自從疫情以來，口罩成了我們必須佩戴的防疫工具。沒有口罩，大部分的設施會拒絕你的出入，你會發(fā)現口罩已經成了生活中不可缺少內容。
在所有防疫措施中，在個人防護方面，口罩的作用不容否認，但除此之外，口罩或許還具有一種“隱藏價值"。
由于口罩上附著了環(huán)境顆粒和呼吸道氣溶膠，因而其可能適用于早期感染檢測。為驗證這一假設，烏爾姆大學的科研人員(Schorer等人)就一次性口罩的直接取樣方法進行了試驗。
口罩——不只是個人防護工具
由于紅外光譜技術擁有不具有破壞性...
自從疫情以來，口罩成了我們必須佩戴的防疫工具。沒有口罩，大部分的設施會拒絕你的出入，你會發(fā)現口罩已經成了生活中不可缺少內容。
在所有防疫措施中，在個人防護方面，口罩的作用不容否認，但除此之外，口罩或許還具有一種“隱藏價值"。
由于口罩上附著了環(huán)境顆粒和呼吸道氣溶膠，因而其可能適用于早期感染檢測。為驗證這一假設，烏爾姆大學的科研人員(Schorer等人)就一次性口罩的直接取樣方法進行了試驗。
口罩——不只是個人防護工具
由于紅外光譜技術擁有不具有破壞性、快速高效且具有成本效益的特點，因此該技術尤其適用于這項研究。此外，該技術還能夠可靠地提供相關大量有機和無機物質的分子信息。
對于這個試驗，實驗人員選擇了使用了一種將衰減全反射紅外光譜(ATR)及數據分析與多元統(tǒng)計算法相結合的試驗方法。
首先，實驗人員在口罩上噴灑水、蛋白質(BSA)和病毒樣顆粒(VLP)。然后，待口罩干燥后，使用配備單次反射ATR附件的布魯克ALPHA II對其進行檢測(圖1)。
圖1: 實驗裝置(Schorer等人，2022年)
通過FT-IR與多元統(tǒng)計算法結合，對各個成分的光譜信號進行了分類。創(chuàng)建了一套具體模型，以演示鑒定和區(qū)分過程(圖2)。
、
圖2：使用ALPHA II采集的紅外光譜圖(左圖)和PLS模型(右圖)(Schorer等人，2022年)
該模型(圖2)明確反映了這兩類物質(BSA和VLP)之間的差異。這表明，即使基于極小的光譜差異，也能實現病毒檢測及潛在鑒別。通過這項研究，Schorer等人為病毒檢測引入了一套新工具。
什么是紅外光譜（FTIR）？
當一束具有連續(xù)波長的紅外光通過物質，物質分子中某個基團的振動頻率或轉動頻率和紅外光的頻率一樣時，分子就吸收能量由原來的基態(tài)振(轉)動能級躍遷到能量較高的振(轉)動能級，分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動和轉動能級的躍遷，該處波長的光就被物質吸收。
所以，紅外光譜法實質上是一種根據分子內部原子間的相對振動和分子轉動等信息來確定物質分子結構和鑒別化合物的分析方法。將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄下來，就得到紅外光譜圖。
主要優(yōu)勢有哪些?
與其他方法相比，這種新方法具有以下重要優(yōu)勢：?無需耗時的樣品制備?不會產生大量浪費?操作人員不必經過專門培訓?*重要的是：無需進行令人難受的鼻咽拭子采集Schorer等人提到了這種新FT-IR方法的多個潛在用例，其中，醫(yī)療衛(wèi)生部門可能是一個主要的受益者。
目前，醫(yī)院及療養(yǎng)院的醫(yī)護人員的工作已極度飽和。在新冠疫情期間以及常見呼吸道**多發(fā)季節(jié)，這種方法或許能有效地緩解其工作壓力。雖然布魯克與Schorer等人的這項研究對于新型冠狀病毒的檢測并無任何關聯(lián)，但我們認為其研究方法頗有價值。因此，我們希望與我們的用戶予以分享，以便了解ALPHA II在其中發(fā)揮的關鍵作用。
關于ALPHA II的作用
在任何類型的模型創(chuàng)建中，都有一條默認的規(guī)律：模型的質量至多與其源數據齊平。
一般而言，研究人員很少去評判其FT-IR儀器的光譜性能。然而，布魯克光譜儀的可靠性和光譜精度已在眾多實踐中得到證明。
在此情況下，因為要進行主成分分析和建立PLS模型，就需要使用*高精度的原始數據。在此方面，ALPHA II能帶來出色的基線穩(wěn)定性和x軸校正效果(圖3)。
圖3：ALPHA II基線重復性與標準FT-IR光譜儀的基線重復性相比較(TR，4 cm-1，20秒測試)
堅固耐用的譜儀、簡單的備樣、舒適的用戶操作界面等等有利因素讓即便是沒有操作經驗的用戶也可以輕松快速掌握實驗技能。布魯克紅外光譜儀讓整個測量分析流程耗時不超過十分鐘，非常適合大批量的分析任務。
自從疫情以來，口罩成了我們必須佩戴的防疫工具。沒有口罩，大部分的設施會拒絕你的出入，你會發(fā)現口罩已經成了生活中不可缺少內容。
在所有防疫措施中，在個人防護方面，口罩的作用不容否認，但除此之外，口罩或許還具有一種“隱藏價值"。
由于口罩上附著了環(huán)境顆粒和呼吸道氣溶膠，因而其可能適用于早期感染檢測。為驗證這一假設，烏爾姆大學的科研人員(Schorer等人)就一次性口罩的直接取樣方法進行了試驗。
口罩——不只是個人防護工具
由于紅外光譜技術擁有不具有破壞性、快速高效且具有成本效益的特點，因此該技術尤其適用于這項研究。此外，該技術還能夠可靠地提供相關大量有機和無機物質的分子信息。
對于這個試驗，實驗人員選擇了使用了一種將衰減全反射紅外光譜(ATR)及數據分析與多元統(tǒng)計算法相結合的試驗方法。
首先，實驗人員在口罩上噴灑水、蛋白質(BSA)和病毒樣顆粒(VLP)。然后，待口罩干燥后，使用配備單次反射ATR附件的布魯克ALPHA II對其進行檢測(圖1)。
圖1: 實驗裝置(Schorer等人，2022年)
通過FT-IR與多元統(tǒng)計算法結合，對各個成分的光譜信號進行了分類。創(chuàng)建了一套具體模型，以演示鑒定和區(qū)分過程(圖2)。
、
圖2：使用ALPHA II采集的紅外光譜圖(左圖)和PLS模型(右圖)(Schorer等人，2022年)
該模型(圖2)明確反映了這兩類物質(BSA和VLP)之間的差異。這表明，即使基于極小的光譜差異，也能實現病毒檢測及潛在鑒別。通過這項研究，Schorer等人為病毒檢測引入了一套新工具。
什么是紅外光譜（FTIR）？
當一束具有連續(xù)波長的紅外光通過物質，物質分子中某個基團的振動頻率或轉動頻率和紅外光的頻率一樣時，分子就吸收能量由原來的基態(tài)振(轉)動能級躍遷到能量較高的振(轉)動能級，分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動和轉動能級的躍遷，該處波長的光就被物質吸收。
所以，紅外光譜法實質上是一種根據分子內部原子間的相對振動和分子轉動等信息來確定物質分子結構和鑒別化合物的分析方法。將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄下來，就得到紅外光譜圖。
主要優(yōu)勢有哪些?
與其他方法相比，這種新方法具有以下重要優(yōu)勢：?無需耗時的樣品制備?不會產生大量浪費?操作人員不必經過專門培訓?*重要的是：無需進行令人難受的鼻咽拭子采集Schorer等人提到了這種新FT-IR方法的多個潛在用例，其中，醫(yī)療衛(wèi)生部門可能是一個主要的受益者。
目前，醫(yī)院及療養(yǎng)院的醫(yī)護人員的工作已極度飽和。在新冠疫情期間以及常見呼吸道**多發(fā)季節(jié)，這種方法或許能有效地緩解其工作壓力。雖然布魯克與Schorer等人的這項研究對于新型冠狀病毒的檢測并無任何關聯(lián)，但我們認為其研究方法頗有價值。因此，我們希望與我們的用戶予以分享，以便了解ALPHA II在其中發(fā)揮的關鍵作用。
關于ALPHA II的作用
在任何類型的模型創(chuàng)建中，都有一條默認的規(guī)律：模型的質量至多與其源數據齊平。
一般而言，研究人員很少去評判其FT-IR儀器的光譜性能。然而，布魯克光譜儀的可靠性和光譜精度已在眾多實踐中得到證明。
在此情況下，因為要進行主成分分析和建立PLS模型，就需要使用*高精度的原始數據。在此方面，ALPHA II能帶來出色的基線穩(wěn)定性和x軸校正效果(圖3)。
圖3：ALPHA II基線重復性與標準FT-IR光譜儀的基線重復性相比較(TR，4 cm-1，20秒測試)
堅固耐用的譜儀、簡單的備樣、舒適的用戶操作界面等等有利因素讓即便是沒有操作經驗的用戶也可以輕松快速掌握實驗技能。布魯克紅外光譜儀讓整個測量分析流程耗時不超過十分鐘，非常適合大批量的分析任務。
