呼吸流定仪

呼吸道病毒感染由于其高致病率及致死率，成为世界各国人民发病和死亡的主要原因之一。引起上呼吸道感染的病毒种类较多，尤其是甲型流感病毒新型H5N1（FluA-H5N1）、甲型流感病毒新型H1N1（FluA-H1N1）、乙型流感病毒（FluB）、冠状病毒（SARS-CoV）、中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）、新型冠状病毒（2019-nCOV）等病毒在近一个世纪以来的多次大规模流行，给人类的生命健康和社会经济带来巨大伤害。这些上呼吸道感染的病毒引起的感染症状和季节性流行病毒特点相似，为避免造成群聚传染，快速鉴别呼吸道病原体的检测显得尤为重要。据麦姆斯咨询报道，近期，拱北海关技术中心等科研机构于《热带医学杂志》发表研究性论文，将RT-qPCR技术和数字微流控技术相结合，建立一种基于数字微流控RT-qPCR芯片技术的上呼吸道易感病毒多靶标快速检测方法。实现一种以少量样品同时快速检测多个呼吸道病原体的检测技术。该方法满足了目前市场对呼吸道病原体的高诊断率的需求，同时还为精准医疗提供了新的检验手段。为实现一个芯片多个项目的检测功能，研究人员将6个引物（2019-nCOV-N引物、2019-nCOV-Orf1引物、FluA-M1引物、FluB-HA引物、SARS-65引物、MERS-62引物）和相应探针分别预存到芯片的各个反应点中，并向反应点添加引物预存液，而后将芯片置于风干干燥箱中干燥，接着将干燥好的芯片取出进行封装处理。图1 数字微流控芯片结构示意图：芯片设置6个反应点，从左往右依次是预存的2019-nCOV-N引物、2019-nCOV-Orf1引物、FluA-M1引物、FluB-HA引物、SARS-65引物和MERS-62引物为了验证该数字微流控RT-qPCR芯片的检测性能，研究人员使用TE缓冲液将阳性质粒10倍稀释为10 pg/μL至0.01 fg/μL的浓度梯度，并根据RT-qPCR反应体系和反应程序，完成各单项目的引物、探针在AGS4800实时荧光定量PCR仪上的检测下限检测。同样，对相应浓度的质粒使用数字微流控芯片完成实时荧光RT-qPCR反应。如图2所示，6种引物在AGS4800实时荧光定量PCR仪上均可检出对应的阳性质粒，对于10 pg/μL的质粒均可在20个循环之前检出，且45个循环内无非特异性扩增。图2 检测试剂测试结果此外，FluA、FluB、SARS-CoV、MERS-CoV、2019-nCOV这5个检测项目使用PCR仪的25 μL体系最低可检出0.01 fg/μL的质粒，而数字微流控RT-qPCR芯片法每个反应最低可检出0.1 fg/μL的质粒，与PCR仪2 μL体系灵敏度相同。根据公式，质粒拷贝数浓度 =（质粒浓度×摩尔系数）/（质粒长度×碱基对平均分子量），分别计算2种方法中的每个反应的质粒拷贝数可得知，上述2种方法在2~25μL的体系下检出限均为12~15拷贝/反应，检测下限基本一致（图3）。图3 数字微流控RT-qPCR芯片的检测下限测试结果最后，为明确该数字微流控RT-qPCR芯片的检测灵敏度和特异性，研究人员同时使用数字微流控RT-qPCR芯片和RT-qPCR仪检测20个临床标本（包含新冠病毒2例，甲型流感8例，乙型流感6例）的5项呼吸道病毒项目，共计100个测试反应，见表1。结果显示微流控芯片除样品7出现一次对甲型流感病毒漏检外，其余阳性样品均检出对应病毒，对于20个样品的5种病毒的总灵敏度为94%，总特异性为100%。Kappa值 = 0.962，两个检测方法具有高度一致，并且差异有统计学意义（P 0.05）。表1 PCR仪和微流控芯片检测临床样本结果汇总综上所述，该研究将多个RT-qPCR检测项目与数字微流控检测芯片结合，建立了在一次反应中同时检测多个项目的数字微流控RT-qPCR芯片。该数字微流控芯片RT-qPCR法可以以最少的样本量快速检测多个项目，自动化程度更高，可以提高上呼吸道病毒检测的效率，提高应对大规模疫情的快速反应能力。论文链接：http://www.rdyz.cbpt.cnki.net/WKD/WebPublication/paperDigest.aspx?paperID=2d5c44d8-8305-4cbb-9dca-0c8aba6fc75d

果蔬呼吸测定仪是一种用于测量植物呼吸作用的仪器，它可以精确地测定果蔬等植物组织的呼吸速率。该仪器对于研究植物生理生态、优化果蔬采后管理、提高果蔬贮藏寿命等方面具有重要应用价值。 产品链接https://www.instrument.com.cn/netshow/SH104275/C519684.htm 一、采后管理优化 在果蔬的采后管理中，呼吸测定仪可以帮助研究人员了解不同果蔬的呼吸特性，从而优化冷藏、气调等保鲜技术。通过调节贮藏环境的氧气和二氧化碳浓度，可以减缓果蔬的呼吸速率，延长保鲜期。 二、农业科学研究 在农业科学研究领域，果蔬呼吸测定仪用于研究植物对环境变化的生理响应，如温度、光照、水分等对呼吸作用的影响。这些研究对于指导农业生产、提高作物产量和质量具有重要意义。 三、食品加工与贮藏 在食品加工与贮藏行业，该仪器可以测定加工过程中果蔬的呼吸速率，为食品的包装、运输和贮藏提供科学依据。通过控制呼吸作用，可以减少营养损失，保持食品的新鲜度和营养价值。 四、生态环境监测 果蔬呼吸测定仪还可以应用于生态环境监测，评估环境污染对植物生长的影响。例如，通过测定污染环境下植物的呼吸速率，可以评估污染物对植物生理功能的影响。 果蔬呼吸测定仪是一种多用途的科研和生产工具，它在果蔬采后管理、农业科学研究、食品加工贮藏以及生态环境监测等领域发挥着重要作用。随着对食品安全和质量要求的提高，果蔬呼吸测定仪将在未来的农业生产和食品工业中扮演更加关键的角色。

近日，黄建平团队在《环境科学与技术》杂志发表了题为《工业重镇氧气观测揭示“城市呼吸”》的封面文章，在国际上率先开展“城市呼吸”研究，从观测的角度提供了城市氧气浓度下降的有力证据，开拓了氧循环城市健康效应研究的新领域。　　国内首个高精度观测平台 作为地球上几乎所有生物生存的必需品，氧气是大气中最关键的气体成分之一。人口众多且密集的城市地区仅占全球土地的2%，却居住着全球56%以上的人口，并消耗了全球70%的化石燃料。近几十年来，随着越来越多的人口涌入城市，城市地区在适应和减缓气候变化方面面临严峻挑战。现有观测资料表明，过去30年中，大气中二氧化碳占比快速上升，氧气下降的速度是二氧化碳上升速度的两倍左右。　　针对这一现象，研究人员选取了兰州市进行实地测量。兰州市地处中国西北部半干旱地区，作为甘肃省省会，其总人口超过440万，由于两山夹一河的独特地形，以及少风少雨的气候特点，大气扩散受到抑制，导致了流域内污染物的稳定积累。　　“我们看到兰州市中心的地形十分独特，南北最窄处仅1公里左右。考虑到大量人口在如此狭窄的区域聚集，人类的呼吸过程势必会影响大气中的氧浓度，因此我们希望对这个问题进行深入探索。”论文第一作者、兰州大学大气科学学院2020级气候学专业博士研究生刘晓岳说。　　基于上述考虑，黄建平团队提出了“城市呼吸”的新概念，用来衡量城市空气的健康状态。　　目前，针对“城市呼吸”中二氧化碳、污染物、能源等要素的研究在国际上已经比较全面，但是针对氧气的研究几乎是空白状态。　　“这主要有两个原因，一是没有意识到氧气减少的危害，现在越来越多的研究表明，氧气浓度降低与人体健康特别是心血管健康密切相关；二是氧气浓度实时观测对仪器精度要求很高，一般仪器无法测量。”黄建平介绍。　　目前，国内外已有一些研究团队在全球设立了大气氧气定期观测站点，探究全球大气氧气浓度的长期趋势。这些观测通常是使用密封瓶进行大气采样分析，密封瓶采样受实验条件的限制，数据的时空分辨率有限，因此还需对大气氧气进行连续观测来提高对大气传输和混合过程的认识。虽然近年已有一些站点开始连续观测，但是大多数氧气观测站点都设在人烟稀少、远离人类活动的区域。　　在大的自然背景下探测微小的氧气变化相当具有挑战性。“大气中氧气变化信号以百万分之一计，这种探测犹如探讨一滴水对于整个海平面的影响，因此，对氧气监测分析仪器的精度和漂移有严格的要求。”团队负责技术的工程师王莉说。　　2017年，黄建平团队在兰州大学城关校区一栋22层建筑的顶楼建立了国内首个高精度大气氧气观测平台。空气采样的采气口正对着兰州市最繁忙的街道——天水路。这条路有双向10车道，毗邻火车站，路段交通发达，受人为活动影响比较显著。　　氧气观测平台采用气相色谱热导检测器（GC-TCD）技术测定大气氧含量，该技术已经使用了20多年，可以较准确地量化大气氧气的变化。团队利用气相色谱仪直接测量的是氧氮比，这是因为大气中氮气的变化比氧气的变化小得多，可忽略不计，因此氧氮比的变化可以被认为是氧气造成的。　　“在氧气观测平台建设初期，我们克服了一系列技术难题，包括仪器调试、定标以及后期数据处理，构建了适用于平台的大气氧观测数据的订正方法等。经过团队的不懈努力，我们的观测资料最终得到了国际同行的认可。”黄建平介绍。　　定量估算氧气浓度变化　　城市中居民呼吸和化石燃料燃烧是两个独立的过程，因此很难直接将上述两个过程的影响分别从大气氧气观测资料中分离出来。但值得注意的是，居民呼吸是不排放污染物的，而化石燃料在燃烧过程中不仅排放了二氧化碳，同时也排放了包括氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫在内的各类污染物。因此，在观测到的氧气浓度变化信号中，有一部分是和污染物相关的信号，指示着化石燃料燃烧消耗的氧气，另一部分和污染物无关的信号，则指示着居民呼吸过程消耗的氧气。将现有的氧气浓度和污染物浓度的观测资料进行对比，就可以从氧气浓度变化的信号中分离出化石燃料燃烧信号和居民呼吸信号。　　黄建平团队将城市氧气浓度观测数据分为两组。在空气质量较好的情景中，大气扩散条件较好，工业、交通活动等消耗的氧气能够较快补充，兰州市氧气浓度整体较高。这种情景下人类呼吸占氧气亏损的33.08%，化石燃料燃烧占比66.92%。此外，大气传输模型也显示，扩散条件较好时，有利于工业区污染气团远距离传输至兰州市中心城区，因此排放二氧化硫、一氧化氮等污染物的过程对氧气的消耗占比有所上升。这种情景下，大气充分混合，各类耗氧过程对兰州氧气浓度的影响较为均衡，对人体健康影响较小。　　在氧气浓度较低、污染严重的情境下，化石燃料燃烧对氧气的消耗占比升高到72.5%，居民呼吸对氧气损耗的占比降低。高精度的大气传输模型显示该情景下耗氧过程主要发生在中心城区，氮氧化物和PM1排放过程的耗氧量明显增加，对应机动车尾气排放过程消耗的氧气显著增加。　　植物光合作用是氧气的主要来源，兰州市耗氧量是产氧量的500倍以上，其缺口主要来自周边植被的支援。这种情况不仅发生在兰州，全球人口超过100万的大城市中，有75%的大城市耗氧量和产氧量的比值超过100。　　黄建平团队曾做过测算，如果化石燃料燃烧稳定在一定水平不下降，会发生持续的氧气浓度下降，26世纪将降至20.0％以下，并在29世纪初将降至19.5％，可能会对地球上部分生物的生存造成威胁。　　下一步，团队希望对全世界大城市的“呼吸指数”进行估算，通过城市耗氧和产氧的具体数据呼吁国际社会关注氧浓度问题，进一步评估不同情景下城市氧气浓度变化带来的健康风险，为制订因地制宜的、与产业结构相协调的“双碳”路径提供科学依据。　　“这是一个前瞻性的研究，更长远来说，我们希望推动一个关于‘城市呼吸’的大科学计划，呼吁全世界更多的城市关注这个问题，因为它不仅是一个科学问题，也对每个城市、国家、地区的可持续发展都至关重要。”黄建平说。