上点亮一盏明灯Zika病毒激光治疗:蚊子的问题

夏天蚊子的时间和超过十亿人每年在世界各地,这意味着衰弱疼痛,失明,脑损伤或死亡。知名mosquito-transmitted疾病包括登革热、疟疾、西尼罗河病毒,黄热病,可怕的2015年和2016年爆发后,Zika病毒。

然而,蚊子数量不断上升,物理学家,昆虫学家和蚊媒疾病研究人员正在与主机optics-based技术的介入,提高监测和禽流感爆发。

今年5月,玛吉Sikulu-Lord博士从昆士兰大学,澳大利亚,和他的同事们发现他们用红外线探测Zika病毒在蚊子,18倍和110倍更便宜比今天的辛苦缓慢而昂贵的标准——定量逆转录聚合酶链反应(RT-qPCR)。

她说:“我们只是使用台式光谱仪与外部探测和直接的光束蚊子……我们可以告诉如果感染10秒。”

近红外光谱(NIRS)已经使用了几十年在农业、医药和医学生物样本进行分类根据化合物的类型和浓度样本。由蚊子传播的疾病,然而,促使Sikulu-Lord以及著名研究人员所Ifakara卫生学院、坦桑尼亚和英国生物多样性研究所动物卫生和比较医学,格拉斯哥大学,已经调查的方法描述蚊子。

Sikulu-Lord最新Zika病毒检测突破将是救命稻草。在他们的实验室饲养埃及伊蚊蚊子,昆虫学家和她的同事们吃一半Zika-infected兔血和另一半血液传染。

4、7和10天后,蚊子被打死,然后扫描,使用技术,光谱产生明显不同。Sikulu-Lord说她的方法已被证明是在94年和99%准确RT-qPCR相比,现在寻找Zika-infected昆虫在韩国,所以她可以测试方法对“真实”的标本。

她也有很高的期望的方法将采用世界卫生组织(who)监测在Zika病毒流行的国家,评估的有效性检测技术在蚊子携带登革热和疟疾。

“我们的主要目标是找到病毒热点迅速和更有效,”她说。“未来我们想开发小型手持式光谱仪,可以用来扫描蚊子,我还想资助机构设置中心处理检测数据发送从国家预算限制。”

但你不一定需要接近一只蚊子来分析它。早在1970年代,研究人员一直在使用激光雷达——脉冲激光探测雷达的原理工作,测量大气过程。这里,激光传输到大气中背散射光检测提供信息,说,气溶胶分布,温室气体浓度,云底高度和更多。

然后,在过去的十年中,一些物理学家采用光学遥感系统测量翅膀拍频,身体和翅膀的尺寸大的昆虫,包括飞蛾、蜻蜓、蜜蜂,区分不同物种。所谓的昆虫的激光雷达通常使用至少一个红外,连续激光审问昆虫,与一个或多个望远镜收集背散射光。翅膀拍频可以检索应用,例如,在记录信号傅里叶变换。

快进到最后的几年里,和几个激光系统已经应用到蚊子歧视这些飞行威胁不仅对物种,而且性别:非常重要,因为只有雌蚊会传播疾病。事实上,本杰明教授托马斯从新泽西理工学院,美国最近用他的连续波红外光学遥感系统,在控制的实验室环境中,可靠的区分物种的雄性和雌性蚊子传播黄热病、登革热、基孔肯亚热Zika病毒。

“女性蚊子雄性翼摆频率不同,所以您可以识别女性非常特别——我们的系统检索性别有96.5%的准确度,”托马斯说。“我们现在也改善的准确性我们可以识别不同的物种,在实验室里我们已经达到了75%以上,将会获取更多的光学性质在接下来的几个月。”

托马斯是肯定他的实验室系统能可靠地用于现场分析蚊子在100米的范围内增加的大小收集光学、使用,比如牛顿望远镜主镜。重要的是,这样的系统提供一个快速和容易的替代品用于监测昆虫种群蚊子陷阱。

而几乎100%准确,这些陷阱依赖信息素,食物或二氧化碳作为诱饵和乏味的建立有广泛覆盖绝大多数劳动密集型。更重要的是,被困蚊子然后必须单独计算,发现在实验室,煞费苦心地缓慢的过程。

“现在这些激光的方法可能不太准确,但是你可以实时监控更多的蚊子,和得到更多的数据,提供了良好的生态系统的统计数据你看,”托马斯说。“每次蚊子通过激光束传输,您可以识别它,和在球场上我们可以分析昆虫约100一个小时。”

“硬件特别是背后的数据分析是非常复杂的…但这不是科幻小说,我们可以这样做。”

麦克尔- Brydegaard隆德激光中心,瑞典隆德大学,是一个长期存在的昆虫学的先驱激光雷达和投入了他的职业生涯发展系统描述生物激光雷达目标,如浮游生物,迁徙鸟类和昆虫,包括蚊子。用他的话说:“这是一个挑战来估计频率翼摆一个健壮的方式。”

然而,他和他的同事们已经推进了多波段调制光谱方法和一种新型激光雷达基于19世纪摄影概念由队长西奥多·Scheimpflug。

在航拍照片正确感知失真,奥地利陆军上尉发明了一种新颖的相机设置,在透镜平面不平行于图像平面上。一个世纪之后,随着激光雷达系统的一部分,Brydegaard和同事相结合这一原则与连续波红外激光和CMOS探测器阵列来实现远程调制光谱技术具有灵敏度高、分辨率好空间和时间,原则上超过光的往返。

“我们已经制作高分辨率Scheimpflug和其他系统范围到几公里,有时间和空间分辨率超出你看到其他大气激光雷达,”他说。“例如,我们的激光雷达是敏感到足以捡大气中的分子后向散射本身。”

蚊子管理至关重要的是,激光雷达系统可以样品成千上万的飞虫一小时,所以Brydegaard合作生物学家一直在使用的系统理解昆虫飞行活动,重要的是,确定性和蚊子飞行的物种。

“(歧视)之间的蚊子性比物种更容易,”他说。“我们可以看体型,翼大小,melanisation,(考虑)如果我们能区分与没有bloodmeal雌性。”

作为这项研究的一部分隆德大学分拆公司丹麦动物群光子学,一直忙于进行几场活动任务和开发软件Brydegaard激光雷达的味道,为了实时监控蚊子和其他害虫对公共卫生和农业市场。

事实上,在最近的研究在坦桑尼亚,Brydegaard,同事们和动物光子学的同事用1公里激光雷达剖面疟蚊的活动——它可以携带疟疾——测量尺寸和翼摆这些昆虫的频率。

首席执行官迈克尔·斯坦利·皮德森动物群光子学,指出:“这是一个突破性的研究这些蚊子的行为方式。我们看着这些昆虫如何挤以及男性和女性之间的交互,这通常是非常困难的。

“人们似乎认为我们的系统是科幻小说;闪亮的光在一个开放的区域频率测量翼摆,昆虫光泽度,腿等等,”他补充道。“硬件背后的数据分析是非常复杂的,但这不是科幻小说,我们可以做到这一点,我们现在看到很多牵引技术。”

在接下来蚊媒疾病检测的快速发展的世界吗?新泽西理工学院的托马斯,举例来说,相信光学系统,如他和lidar-based支架可用于串联与传统蚊子陷阱,甚至Zika-detecting NIRS如Sikulu-Lord博士的,昆士兰大学的。他指出,系统,如他还不能检测如果蚊子携带传染病,但这些方法。所以将两个系统和你有一个准确的监测和精确定位潜在致命的蚊子。

托马斯,此举不会很快发生。正如他指出的那样,气候变化正在改变全球分布的昆虫,和研究人员都在努力跟上。“看看Zika病毒;病毒总是领先一步,我们只知道蚊子来自病人的临床报告,而我们不知道它达到了多远北地区,”他说。

从这些远程optical-monitoring系统”数据将使我们能够精确地监控关键物种的分布,”他补充道。“今天气溶胶激光雷达用于每个城市监控很多活动,和我的目标是证明我们的工具可以使用,说,蚊子控制协会做同样的事情。”

彼得森动物群光子学”也有类似的愿望。他的公司是“对话”的公共卫生与关键球员包括瑞士Vestergaard和比尔·盖茨基金会,希望建立工业合作关系进一步采取公司的激光雷达技术。

“最终我希望看到成千上万的仪器测量和共享数据通知当地政府的一个潜在的疾病暴发,”他说。“我们可以地图数据,算出疾病在世界各地迁移,电阻如何建立和提供更好的干预,造福人类。”