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结核病是发展中国家面临的严峻公共卫生挑战，据世界卫生组织 (WHO) (WHO) 称，每年约有 200 万人死于该感染。然而，这种疾病是艾滋病毒/艾滋病患者的主要死因之一，但检测起来很麻烦，导致治疗延误或不当、感染进一步蔓延以及可预防的死亡。
因此，科罗拉多州的研究人员正在开发一种便携式、快速的结核病传感器，这可能有助于降低死亡人数并提高治疗效率。
科罗拉多州立大学位于柯林斯堡的应用物理学家和工程学助理教授 Diego Krapf 设计了这种新设备，他表示，这种“现场友好型”设备依赖于现成的且相对低成本的组件，只需 20 分钟即可在血液中找到致命病原体。这比传统的痰液检测等方法快得多，痰液检测需要检查来自肺部和支气管的分泌物，并且可能需要数天——有时甚至数周——才能返回结果。开发人员表示，这种新型检测器可以识别活动性感染以及休眠或潜伏的微生物，这些微生物有朝一日可能会发展成完全爆发的疾病。它还可以区分携带结核病的患者和曾经感染过但已成功抵抗疾病的患者。
Krapf 说：“我们的检测器检测蛋白质，而不是针对蛋白质的免疫反应。” “这样做的好处是，虽然蛋白质标志着疾病的存在，但抗体在疾病早已消失后仍留在生物体内。” 因此，这种新方法大大降低了假阳性的可能性。
科罗拉多州丹佛健康医疗中心的医生和结核病专家 Robert Belknap 说，便携式检测器将极大地帮助发展中国家抗击感染的努力，特别是在亚洲和非洲部分地区，高达 40% 的人口携带这种微生物。“如果它有效，并且真正便携且不需要特殊条件，那将是一个巨大的进步，”他补充道。
该设备可以克服传统结核病筛查的一些关键缺陷。在某些情况下，从检测到结果的长达六周的漫长延迟，常常迫使公共卫生工作者将时间和资源浪费在疑似感染但实际上并未感染的人身上。潜在的患者经常被隔离——与他们的孩子、同事和其他人隔离——因为担心他们可能会传播疾病。
疑似患有结核病的人也可能作为预防措施服用强效抗生素——这些药物可能会导致严重的副作用，包括呕吐、头痛、皮疹和药物引起的肝炎（肝脏炎症）。为了使这些药物有效，并防止人体产生耐药细菌，患者必须严格按时服药并完成疗程。偏离治疗方案的后果非常严重，以至于公共卫生部门试图监测结核病患者，以确保他们按时服药，这种方法称为直接观察治疗。此类计划需要大量的资金和人力，并且常常因两者都缺乏而失败。
Belknap 说：“一种准确、快速、即时可用的检测方法将帮助公共卫生工作者更好地将资源快速集中在需要它的人身上——包括提供直接观察治疗——并避免对不需要的人进行不必要的药物治疗和隔离。”
Krapf 和他的同事用现成的零件构建了一个鞋盒大小的原型，包括 CD 和 DVD 播放器中的二极管激光器、光电二极管检测器和其他低成本电子元件。他说，手持式版本可以很容易地用稍微昂贵的组件制成。
该检测器通过捕获-照射过程工作：它首先分析血液样本，以寻找两种结核病蛋白质——抗原 85b 和 α-晶状体蛋白。如果其中任何一种存在，它将与连接到免疫分子的特定分子刷结合，这些免疫分子称为抗体，它们附着在抗原 85b 和 α-晶状体蛋白上，但排斥所有其他蛋白质。然后加入额外的结核病敏感抗体浴，这些抗体用产生荧光的基因修饰过。结果实际上是一个发光的抗体-结核病-抗体蛋白三明治。
Krapf 说，最终，来自细菌耐药菌株的特征性蛋白质可以被整合到该设备中。据世卫组织称，2007 年报告了估计 511,000 例耐多药结核病病例。其中大多数发生在*中国*、印度和俄罗斯联邦。
这项检测器研究将在本月举行的美国物理学会会议上展示，它主要对发展中国家的人们有益，但它也可能在美国有所帮助。尽管这种疾病在人类中已基本得到控制，但它仍然对畜牧业以及依赖畜牧业获取食物的人们构成威胁。
美国农业部国家结核病根除计划的兽医流行病学家 Kathy Orloski (pdf) 在科罗拉多州柯林斯堡表示，该国的畜牧业将欢迎对牛结核病进行快速检测。目前，奶牛使用类似于人类使用的皮肤测试进行疾病筛查，这一过程需要三天内对动物进行两次处理，从而增加了牧场主的成本。她说，感染结核病的奶牛或肉牛会被实施安乐死。
屠宰场的政府检查员也将从即时现场检测方法中受益，帮助他们比目前的实验室检测更快地识别受感染奶牛的胴体，目前的实验室检测需要长达 48 小时才能处理组织样本。“在这种情况下使用的测试必须非常准确，”Orloski 说，“因为美国每年屠宰 3300 万头牛。”
Orloski 说，政府也希望看到一种更快速的方法来检测每年从墨西哥进口的约一百万头奶牛，墨西哥的牛肉和奶牛存栏多年来一直存在牛结核病问题。尽管墨西哥和加拿大是美国奶牛的两大出口国，但加拿大奶牛在过去十年中基本上没有结核病 (pdf)，马尼托巴省的某些地区 (pdf) 除外。
*更正（2010 年 3 月 24 日）：本文最初声明研究人员来自科罗拉多大学。*