蚊子：世界上最致命的动物。这些微小的飞行昆虫是登革热、黄热病、寨卡病毒、疟疾和许多其他疾病的媒介，这些疾病影响着全世界数百万人，具有沉重的发病率和死亡率负担。因为它们在咬人时会传播疾病，所以了解它们的摄食行为对于减少它们造成的伤害至关重要。

但是如何在不给它们活餐的情况下研究蚊子的摄食行为呢?美国莱斯大学和杜兰大学之间的合作开发了一种生物材料，可以消除蚊子叮咬研究中对人类志愿者或动物受试者的需求。

“几个小组致力于寻找阻止蚊子叮咬的方法，但将新的驱虫剂推向市场具有挑战性，”莱斯大学的Omid Veiseh教授说，他是发表在《生物工程和生物技术前沿》上的该研究的通讯作者。“这项研究试图提高测试吞吐量，减少对人类志愿者和动物受试者的依赖。

模仿人类的水凝胶

该团队开发了一个平台，该平台将旨在模仿人体皮肤的3D生物打印水凝胶与视频监控和计算机视觉技术相结合，以分析数据。蚊子在以水凝胶中灌注的血液为食时被拍摄下来，这些数据被用来训练一个机器学习模型，该模型区分了已经进食的水凝胶的蚊子和没有进食的蚊子。这使得快速有效地分析大量喂食蚊子的数据变得更加容易，平均精度为92.5%。

水凝胶可以注入不同类型的血液和其他液体，这使得研究以不同种类的猎物为食的不同种类的蚊子成为可能。这也使科学家有可能通过注入不同的液体来验证模型，以表明蚊子被血液吸引。

道路测试驱虫剂

该团队通过进行实验来测试生物材料，将蚊子反应与普通水凝胶，涂有避蚊胺的水凝胶和涂有植物驱虫剂的水凝胶进行比较。所有水凝胶都注入了加热到37摄氏度的血液。没有一只蚊子以血液为食，而对照笼中13.8%的蚊子以血液为食。

虽然这是一个相对较低的比例，但作者认为这可能是由于水凝胶的表面积有限，这可以通过扩大规模来解决。水凝胶的优点之一是它们可以以低成本大量生产并冷藏直到需要为止。

尽管该平台针对实验室使用进行了优化，但作者建议可以对其进行调整以在野外使用，更贴近地模仿疾病传播的真实世界条件。然而，作者指出，这需要额外的工作。

“所有实验都使用实验室蚊子菌株，大多数涉及一种特定物种：埃及伊蚊，黄热病病毒，登革热病毒，寨卡病毒等的载体，”杜兰大学Dawn Wesson教授说。“优化我们的实验平台和机器学习模型来研究其他物种可能需要时间。此外，由于实验室菌株的行为有时与在野外发现的蚊子的行为不同，因此验证我们对野生蚊子种群的结果非常重要。

“总的来说，我们的研究结果表明，我们的实验平台可以扩大规模并进行调整，以筛选不同的化合物对蚊子的影响，”Veiseh说，期待未来的研究。

“此外，我们开发的机器学习模型可以自动化实验分析，并提供比人类更快，更一致的结果，”该研究的第一作者Kevin Janson博士补充道。“我们希望这个平台能够迅速确定有希望的候选者，以更有效地驱虫剂，以减少未来的疾病传播。