華科納米等離子光學(xué)傳感芯片突破

當(dāng)這場(chǎng)席卷全球的新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）發(fā)展進(jìn)入到后疫情時(shí)代，如何快速現(xiàn)場(chǎng)鑒別診斷攜帶者和潛伏期患者，正成為當(dāng)下新冠疫情防控的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，華中科技大學(xué)生命學(xué)院劉鋼教授團(tuán)隊(duì)利用其擁有的國際最新納米等離子光學(xué)芯片專利技術(shù)，成功研發(fā)基于新型納米等離子光學(xué)芯片技術(shù)的高靈敏度光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，可以快速特異性測(cè)量樣品中的新冠病毒顆粒的濃度，使得新冠肺炎早期無癥狀感染現(xiàn)場(chǎng)快速無創(chuàng)檢測(cè)成為可能。相關(guān)研究成果于10月15日以“One-StepRapid Quantification of SARS-CoV-2 Virus Particles via Low-Cost NanoplasmonicSensors in Generic Microplate Reader and Point-of-Care Device”為題發(fā)表于《Biosensors and Bioelectronics》。論文第一作者是華中科技大學(xué)博士后黃麗萍博士。

圖1 納米等離子光學(xué)傳感芯片檢測(cè)新冠病毒顆粒示意圖

等離子共振分析測(cè)試及成像是無需熒光或染料標(biāo)定的生物分子、病毒和細(xì)胞的實(shí)時(shí)分析測(cè)試技術(shù)。由于Nanoplasmonic Sensor芯片產(chǎn)品對(duì)表面電介質(zhì)的折射率變化非常靈敏，從而不需要標(biāo)記，就可以快速、實(shí)時(shí)、原位、無損、動(dòng)態(tài)檢測(cè)人體體液中的病毒顆粒和目標(biāo)蛋白的濃度，且該項(xiàng)創(chuàng)新產(chǎn)品的檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作簡(jiǎn)便，使得等離子共振分子互作檢測(cè)技術(shù)在病毒及蛋白檢測(cè)體外快速診斷的應(yīng)用領(lǐng)域有了質(zhì)的飛躍，這將助力中國乃至全球生物檢測(cè)和醫(yī)藥研發(fā)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，新冠病毒核酸檢測(cè)已廣泛應(yīng)用于新冠肺炎的臨床檢測(cè)和診斷。但是核酸檢測(cè)要經(jīng)過病毒滅活裂解，RNA提取和反轉(zhuǎn)錄，DNA擴(kuò)增和熒光標(biāo)記等多步驟，必須由技術(shù)熟練的專業(yè)人員在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)操作。后續(xù)檢測(cè)部分也離不開實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和高昂的人力成本。

另一方面，現(xiàn)有的傳統(tǒng)免疫層析技術(shù)病毒抗原蛋白的檢測(cè)試劑盒準(zhǔn)確率和靈敏度無法滿足臨床實(shí)際需求。作為新的檢測(cè)技術(shù)，病毒顆粒檢測(cè)是最直接最準(zhǔn)確的檢測(cè)方法，可作為補(bǔ)充核酸檢測(cè)的快速初篩手段對(duì)較大量樣本的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)評(píng)估。由于鼻咽拭子和唾液中新冠病毒濃度低，現(xiàn)有的其它檢測(cè)方式如酶聯(lián)免疫吸附檢測(cè)成本高，速度慢，操作復(fù)雜且條件要求高，結(jié)果顯示不夠直觀。

該研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了納米等離子光學(xué)共振芯片，具有由介電材料所包圍金屬超材料納米結(jié)構(gòu)中的電子氣體集體振蕩產(chǎn)生的特殊光學(xué)性質(zhì)。新型納米等離子光學(xué)芯片不需要光學(xué)耦合器件配合激發(fā)且具有更高的共振模式品質(zhì)，借助這種傳感器芯片后僅用常規(guī)的普通設(shè)備如光學(xué)顯微鏡和酶標(biāo)儀等就能完成病毒表面蛋白和抗體之間結(jié)合過程的定量分析測(cè)定。

本方法采用普通酶標(biāo)儀或自制便攜式透射光強(qiáng)度檢測(cè)系統(tǒng)，通過采集的透光率變化來定量分析待測(cè)體液中的病毒濃度。該項(xiàng)目采用普通酶標(biāo)儀或自制便攜式透射光強(qiáng)度檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)新冠假病毒實(shí)現(xiàn)無標(biāo)記的快速定量檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明目前該系統(tǒng)進(jìn)行無標(biāo)記新冠病毒定量檢測(cè)的線性范圍為102~107 vp/mL,最低檢測(cè)限為370 vp/mL，這樣的靈敏度可以滿足唾液中的新冠病毒濃度快速檢測(cè)（傳染期感染者唾液中新冠病毒濃度為105至106 vp/ml）的要求。該檢測(cè)手段有著無需標(biāo)記、受背景影響小、高通量、線性濃度范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，測(cè)試中還采用SARS、MERS以及VSV三種假病毒對(duì)該檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了特異性驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)新冠病毒檢測(cè)具有1000：1以上的特異性，可實(shí)現(xiàn)新冠病毒顆粒的特異性結(jié)合與準(zhǔn)確定量檢測(cè)，對(duì)其它冠狀病毒不敏感。

圖2 （a）自制納米等離子光學(xué)傳感芯片微孔板示意圖；（b）芯片修飾與病毒檢測(cè)示意圖；（c）新冠病毒顆粒定量檢測(cè)動(dòng)態(tài)曲線變化圖；（d）新冠病毒顆粒定量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)曲線圖；（e）新冠病毒顆粒檢測(cè)的特異性驗(yàn)證圖

圖3 （a）便攜式透射光強(qiáng)度檢測(cè)設(shè)備示意圖；（b）便攜式透射光強(qiáng)度檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)病毒樣本示意圖；（c）便攜式透射光強(qiáng)度檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)新冠病毒顆粒的動(dòng)態(tài)變化曲線；（d）便攜式透射光強(qiáng)度檢測(cè)設(shè)備對(duì)新冠病毒檢測(cè)特異性驗(yàn)證圖

該研究聯(lián)合華中科技大學(xué)生命學(xué)院、量準(zhǔn)實(shí)業(yè)有限公司、武漢新芯集成電路制造有限公司，臺(tái)積電和上海公共衛(wèi)生臨床中心等國內(nèi)產(chǎn)、學(xué)、研、醫(yī)行業(yè)多家單位共同參與研發(fā)。該研究有望實(shí)現(xiàn)用唾液進(jìn)行新型冠狀病毒肺炎快速檢測(cè)技術(shù)并生產(chǎn)可以在臨床和居家使用的超快速檢測(cè)唾液中新型冠狀病毒顆粒濃度的測(cè)試產(chǎn)品及相應(yīng)的手持式數(shù)字化分子檢測(cè)設(shè)備，為新冠肺炎疾病的快速診斷提供幫助。人民日?qǐng)?bào)社前期也對(duì)該研究做了相關(guān)報(bào)道。

原文標(biāo)題：華科納米等離子光學(xué)傳感芯片突破：實(shí)現(xiàn)新冠病毒快速檢測(cè)

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