В России завершены государственные испытания двух типов автоматизированных детекторов-идентификаторов патогенных организмов, находящихся в воздухе. Приборы умеют выявлять одновременно более 80 возбудителей инфекционных заболеваний, включая коронавирус COVID-19. Мобильный вариант исполнения приборов может вести мониторинг биологических опасностей в местах большого скопления людей: вокзалах, аэропортах, метро. Оба устройства работают без участия человека и могут отображать диагностическую информацию на внешних видеоэкранах.

Конструкторы реализовали 2 режима автоматических лабораторий. В первом режиме происходит непрерывный анализ воздуха на наличие опасных аэрозольных частиц. Автономный срок работы в этом режиме: 7 суток.

Во втором режиме работы используется триггер – механизм, запускающий идентификацию патогенов  только в случае превышения концентрации вредных частиц в воздухе выше определенного порога. В этом случае автономный срок работы составляет более 30 суток.

Для поддержания работы в условиях нестабильной подачи электроэнергии приборы оснащены штатными аккумуляторами для автономного аварийного электропитания.

Этапы разработки

История создания приборов началась в 2015 году.  Министерство здравоохранения Российской Федерации разработало технические задания по созданию автоматических устройств иммунохимического анализа для выявления и идентификации вредоносных биологических агентов.

К тому времени назрела необходимость в мобильных чувствительных приборах, способных проводить мониторинг воздушной среды в автономном режиме. Быстрое детектирование и идентификация патогенов позволили бы своевременно реагировать на эпидемические и техногенные угрозы.

На этапе разработки эскизного проекта проводились патентные исследования уже существующих аналогичных устройств или их прототипов. Только единицы из них имели возможность работать в автономном режиме. И ни один из существующих приборов не удовлетворял всем поставленным целям.

В результате патентного анализа был сформирован набор идей по интеграции отдельных элементов будущих приборов. Разработчиками были выявлены потенциально полезные технические и технологические решения.

С 2015 по 2017 годы опытно-конструкторские работы проводил Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова. В результате государственных испытаний была подтверждена возможность создания устройств, соответствующих требованиям технического задания.

Далее в разработке приборов участвовали НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи, Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук и государственная корпорация «Ростех».

Результатом совместной работы явились мобильные лаборатории, способные в пределах 30 минут определять концентрации и идентифицировать в воздухе опасные патогенные агенты. В июне 2020 завершились государственные испытания приборов, осуществлена опытная эксплуатация на одной из проходных завода-изготовителя.

В настоящее время готовится сертификация приборов. После чего завод готов приступить к серийному производству в объеме, необходимом для обеспечения биологической безопасности.

Конструктивные особенности

Автоматическая биологическая лаборатория «Детектор-БИО»

Прибор предназначен для автоматической индикации и идентификации вирусов, бактерий и токсинов в воздушной среде.

Принцип работы устройства основан на двух независимых методах анализа. Первый: анализ нуклеиновых кислот на основе полимеразной цепной реакции реального времени (ПЦР РТ). Второй: иммунофлуоресцентный метод в формате суспензионного биочипа. Такой мультиплексный иммунологический анализ позволяет уменьшить число ложноположительных срабатываний до 1*10-8. Чтобы исключить контаминацию посторонними агентами, для ПЦР анализа используется одноразовый герметичный чип. Чип выполнен в форм-факторе плоской пробирки (площадь основания 35*35 мм, а высота 3 мм). Такой формат чипа уменьшает время ПЦР анализа за счет ускорения цикла охлаждение-нагрев.

Работа «Детектор-БИО» осуществляется в несколько этапов. Сначала детектор проводит сбор и концентрацию аэрозольных частиц из проб воздуха. Затем происходит перевод собранных биологических агентов в водный раствор. Потом осуществляется ультразвуковая очистка раствора от примесей. Затем осуществляется идентификация патогенных агентов и программная обработка полученных результатов.

Прибор обладает возможностью архивировать аэрозольные пробы для последующего лабораторного анализа.

Автоматическая биологическая лаборатория «Эфир-БИО»

Прибор предназначен для автоматической индикации и идентификации  антигенов вирусов.

Принцип работы «Эфир-БИО» и конструктивные особенности во многом схожи с «Детектор-БИО». Отличия есть в диагностической тест-системе. В «Эфир-БИО» также используется планарный иммуночип. Однако используемые реагенты содержат антигены вирусов.

Заключение

В настоящее время опытные образцы приборов «Детектор-БИО» и «Эфир-БИО» проходят апробацию в  Национальном центре биологических рисков.

Серийное производство автоматических лабораторий позволит непрерывно контролировать состояние окружающей среды в периоды эпидемического подъема заболеваемости и оперативно обнаруживать опасности биологического характера.

Источники