在本概述中，我们将探讨海洋光学公司用于病毒检测的光学传感工具和技术。我们的重点是什么？快速检测和筛选病毒，包括 COVID-19。
无论进行哪种类型的战斗，首先要评估的项目之一就是我们所掌握的工具库。由于 COVID-19，2020 年将我们所有人置于一场独特的战斗中，我们的对手不是有形的军队或无形的理念，而是一种新型病毒，它攻击所有国家的人民，尤其是我们最脆弱的公民。但我们有多种途径进行反击，包括：
- 拉开距离：通过最大限度地减少人与人之间的互动，我们也能最大限度地减少潜在的传播。
- 疫苗： 有了精心设计的疫苗，即使有人接触到病毒，也能大大降低其转化为显著感染的几率。
- 治疗。如果有人感染了病毒，并且病毒确实转化成了感染，有效的治疗方案可以帮助最大限度地降低死亡率和整体严重程度。
- 侦测和追踪：这是我们与隐形敌人作战时的眼睛，也是我们要研究的关键工具。
病毒检测和追踪
检测和追踪对于了解病毒的历史传播方式至关重要，这样才能最大限度地减少未来的传播。这使我们能够考虑哪些活动和情况会带来最大的风险，以及我们当中哪些人可能最容易受到感染。当我们知道传播方式和传播地点时，我们就可以调整我们的政策和行动。
尽管慢速检测方法可以在一定程度上达到这一目的，但快速检测技术却能让我们更接近恢复正常生活。在体育场、学校、机场或养老院入口处部署快速检测系统，可以立即防止我们经常听到的超级传播者的情况发生。
熟悉的和较新的病毒检测技术
屡试不爽的病毒检测方法依赖于革命性的 PCR（聚合酶链反应）技术。这种方法利用聚合酶复制或扩增特定区域的遗传物质（如果存在的话）。可以设计专门针对 COVID-19 遗传密码部分的模板；如果存在这些密码片段，它们就会被扩增。这种扩增需要大约 30-40 个循环的热循环，通常是 PCR 技术中最耗时的部分。
热循环完成后，有几种方法可以观察目标遗传物质是否存在。这就是应用光谱知识在 COVID-19 检测中大显身手的地方。
荧光素及其衍生物等常见荧光团可以进一步复合，使其只有与 COVID-19 的目标基因片段结合时才会发出荧光。有了这些独特的荧光工具，我们在缩短检测时间和提高检测灵敏度方面面临的下一个障碍就是优化荧光检测。
这种痕量荧光最常用的方法是稳态宽带光谱法，Ocean HDX 光谱仪和 LSM LED 套件可以很好地实现这一点。Ocean HDX 以惊人的紧凑型光谱仪外形为低光性能设定了新标准。专有的内部挡板和其他光学设计使荧光检测达到了以前只有更大、更昂贵的系统才能达到的水平。Ocean Insight 的 LSM LED 是痕量荧光的驱动设备之一，可提供高功率、稳定的激发，从而获得干净、连贯的发射信号。
传统的宽带方法具有一系列优势，包括能够用一台设备同时观测多种荧光物种，以及能够开发出复杂的数值方法，从宽带趋势中解构出所需的信号。
但还有另一种方法可以观察到这种荧光信号，即利用荧光染料的快速衰减特性，以时间分辨的方式进行观察。Ocean Insight 通常提供 NeoFox 相荧光测量系统作为光学氧传感器平台，因为我们还开发了氧响应传感器化学试剂以及构成传感器平台的配套探头和贴片组件。
但 NeoFox 也很适合嵌入到其他设备中，通过对 LED、滤波器和内部设置进行修改，可将系统优化为定制的检测平台。NeoFox 超灵敏雪崩光电二极管检测器以千赫速度对 LED 进行方波频闪，在 LED 开启期间，荧光信号会增长，但在 LED 关闭期间，荧光信号也会衰减。这种衰减时间可在微秒到纳秒的范围内观察到，并可与测试液（如少量 PCR 样品）中的荧光团浓度密切相关。这种方法的优点包括简化了硬件，因为 NeoFox 将所有光学元件和处理电子元件都集成在一个外壳中，而且对样品颜色和环境光线等变量具有良好的抗干扰能力。
拉曼和痕量检测
尽管 PCR 技术在基因进步领域创造了奇迹，但仍存在与必要的热循环相关的时间限制。Ocean Insight 提供了另一种方法，有可能立即检测病毒–只需几秒钟就能得到答案–而无需任何复杂的样品预处理。这种方法利用了拉曼技术，该技术使用激光驱动可观察到的拉曼散射现象。
拉曼是一种快速、强大的鉴定技术，它基于光子与样品分子结构的罕见相互作用，特别是观察光子能量水平在量化量上的增减。这些尖锐的发射信号是被分析物的固有 “指纹”，可以快速告诉您何时存在某种物质。十多年来，Ocean Insight 一直提供多种波长选择的高性能拉曼系统，如广受欢迎的 QEProRaman+ 平台，提供 785 nm、638 nm 和 532 nm 三种配置。只需添加相应波长的激光器和探头，即可进行基本的拉曼测量。
在痕量检测中，利用某些与激光频率 “匹配 “的金属，可以进一步放大拉曼发射，这种效应被称为 SPR（表面等离子共振）。通过使用金或银等金属的纳米颗粒或纳米结构，分析物可以适当接近这种 SPR 效应，从而显著放大拉曼发射光子，这种技术被称为 SERS（表面增强拉曼光谱）。Ocean Insight 自 2014 年以来一直是领先的 SERS 商业供应商，提供易于使用的低成本消耗基底。这些方便的五件套将专有的纳米粒子配方嵌入石英基质中，并安装在标准的玻璃显微镜载玻片上。用户只需在纳米粒子掺杂区加入几微升样品，然后将其置于拉曼探头下，即可快速检测痕量分析物。
Ocean Insight 与包括 Botanisol Analytics 在内的多家开发商合作，利用拉曼技术快速检测 COVID-19，即使是使用现成组件进行的初步扫描，也显示出直接病毒片段和相应抗体的拉曼活动具有可重复性。虽然这些测量是在相当清洁的样本液体中进行的，而不是在病人获得的临床样本中进行的，但这项研究确定了在检查 “更脏 “的实际液体时应寻找的拉曼活动区域。在使用 Ocean Insight 先进的光谱机器学习平台 Ocean Intelligence 进行分析时，可以对复杂的生物液体扫描进行彻底、快速的解卷积，从而提供具有高度统计置信度的阳性/阴性结果。
与任何开发项目一样，只有找到合适的合作伙伴并提供充足的资源，才能取得良好的进展。海洋洞察公司（Ocean Insight）在光谱硬件、使用该硬件的适当技术以及实现前无古人的目标的洞察力方面拥有独一无二的专业知识。如果您正在努力大幅提高病毒检测水平，帮助世界战胜 COVID-19 大流行病，我们渴望了解您的愿景，以及我们的应用光谱知识如何帮助您实现可能。