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結核病是發展中國家面臨的嚴峻公共衛生挑戰，據世界衛生組織 (WHO) (WHO) 稱，每年約有 200 萬人死於該感染。然而，這種疾病是艾滋病毒/艾滋病患者的主要死因之一，但檢測起來很麻煩，導致治療延誤或不當、感染進一步蔓延以及可預防的死亡。
因此，科羅拉多州的研究人員正在開發一種行動式、快速的結核病感測器，這可能有助於降低死亡人數並提高治療效率。
科羅拉多州立大學位於柯林斯堡的應用物理學家和工程學助理教授 Diego Krapf 設計了這種新裝置，他表示，這種“現場友好型”裝置依賴於現成的且相對低成本的元件，只需 20 分鐘即可在血液中找到致命病原體。這比傳統的痰液檢測等方法快得多，痰液檢測需要檢查來自肺部和支氣管的分泌物，並且可能需要數天——有時甚至數週——才能返回結果。開發人員表示，這種新型檢測器可以識別活動性感染以及休眠或潛伏的微生物，這些微生物有朝一日可能會發展成完全爆發的疾病。它還可以區分攜帶結核病的患者和曾經感染過但已成功抵抗疾病的患者。
Krapf 說：“我們的檢測器檢測蛋白質，而不是針對蛋白質的免疫反應。” “這樣做的好處是，雖然蛋白質標誌著疾病的存在，但抗體在疾病早已消失後仍留在生物體內。” 因此，這種新方法大大降低了假陽性的可能性。
科羅拉多州丹佛健康醫療中心的醫生和結核病專家 Robert Belknap 說，行動式檢測器將極大地幫助發展中國家抗擊感染的努力，特別是在亞洲和非洲部分地區，高達 40% 的人口攜帶這種微生物。“如果它有效，並且真正便攜且不需要特殊條件，那將是一個巨大的進步，”他補充道。
該裝置可以克服傳統結核病篩查的一些關鍵缺陷。在某些情況下，從檢測到結果的長達六週的漫長延遲，常常迫使公共衛生工作者將時間和資源浪費在疑似感染但實際上並未感染的人身上。潛在的患者經常被隔離——與他們的孩子、同事和其他人隔離——因為擔心他們可能會傳播疾病。
疑似患有結核病的人也可能作為預防措施服用強效抗生素——這些藥物可能會導致嚴重的副作用，包括嘔吐、頭痛、皮疹和藥物引起的肝炎（肝臟炎症）。為了使這些藥物有效，並防止人體產生耐藥細菌，患者必須嚴格按時服藥並完成療程。偏離治療方案的後果非常嚴重，以至於公共衛生部門試圖監測結核病患者，以確保他們按時服藥，這種方法稱為直接觀察治療。此類計劃需要大量的資金和人力，並且常常因兩者都缺乏而失敗。
Belknap 說：“一種準確、快速、即時可用的檢測方法將幫助公共衛生工作者更好地將資源快速集中在需要它的人身上——包括提供直接觀察治療——並避免對不需要的人進行不必要的藥物治療和隔離。”
Krapf 和他的同事用現成的零件構建了一個鞋盒大小的原型，包括 CD 和 DVD 播放器中的二極體雷射器、光電二極體檢測器和其他低成本電子元件。他說，手持式版本可以很容易地用稍微昂貴的元件製成。
該檢測器透過捕獲-照射過程工作：它首先分析血液樣本，以尋找兩種結核病蛋白質——抗原 85b 和 α-晶狀體蛋白。如果其中任何一種存在，它將與連線到免疫分子的特定分子刷結合，這些免疫分子稱為抗體，它們附著在抗原 85b 和 α-晶狀體蛋白上，但排斥所有其他蛋白質。然後加入額外的結核病敏感抗體浴，這些抗體用產生熒光的基因修飾過。結果實際上是一個發光的抗體-結核病-抗體蛋白三明治。
Krapf 說，最終，來自細菌耐藥菌株的特徵性蛋白質可以被整合到該裝置中。據世衛組織稱，2007 年報告了估計 511,000 例耐多藥結核病病例。其中大多數發生在*中國*、印度和俄羅斯聯邦。
這項檢測器研究將在本月舉行的美國物理學會會議上展示，它主要對發展中國家的人們有益，但它也可能在美國有所幫助。儘管這種疾病在人類中已基本得到控制，但它仍然對畜牧業以及依賴畜牧業獲取食物的人們構成威脅。
美國農業部國家結核病根除計劃的獸醫流行病學家 Kathy Orloski (pdf) 在科羅拉多州柯林斯堡表示，該國的畜牧業將歡迎對牛結核病進行快速檢測。目前，奶牛使用類似於人類使用的皮膚測試進行疾病篩查，這一過程需要三天內對動物進行兩次處理，從而增加了牧場主的成本。她說，感染結核病的奶牛或肉牛會被實施安樂死。
屠宰場的政府檢查員也將從即時現場檢測方法中受益，幫助他們比目前的實驗室檢測更快地識別受感染奶牛的胴體，目前的實驗室檢測需要長達 48 小時才能處理組織樣本。“在這種情況下使用的測試必須非常準確，”Orloski 說，“因為美國每年屠宰 3300 萬頭牛。”
Orloski 說，政府也希望看到一種更快速的方法來檢測每年從墨西哥進口的約一百萬頭奶牛，墨西哥的牛肉和奶牛存欄多年來一直存在牛結核病問題。儘管墨西哥和加拿大是美國奶牛的兩大出口國，但加拿大奶牛在過去十年中基本上沒有結核病 (pdf)，馬尼托巴省的某些地區 (pdf) 除外。
*更正（2010 年 3 月 24 日）：本文最初宣告研究人員來自科羅拉多大學。*