A $2 gold nanotech test that detects deadly diseases in minutes

在一项新研究中，研究人员证明该检测方法能以极高的精准度识别导致COVID-19的病毒，并能清晰区分其他感染。

这款名为NasRED（纳米颗粒支持快速电子检测）的新型诊断设备操作简便且便于携带，几乎可在任何场所使用——从偏远乡村诊所到繁忙的城市医院。该工具无需昂贵设备即可提供实验室级精度，且不需要专业培训，有望成为公共卫生领域的革命性突破。

"我们兼具快速抗原检测的速度与便捷性，其灵敏度甚至优于实验室检测，"新研究的主要作者王超表示，"这是非常难以实现的成就。"

王超是分子设计与仿生学生物设计中心及亚利桑那州立大学电气、计算机与能源工程学院的副教授。参与研究的还有ASU研究人员崔艺智、赛义德西纳·米尔贾利利、阿西夫·伊克巴尔、肖恩·麦克卢尔、马兹亚尔·卡拉特·穆罕默迪、斯科特·克莱门斯、何塞·索拉诺、约翰·赫格兰、张婷婷和左家伟。

该研究发表于《ACS Nano》期刊最新一期。

阻断传染病传播

传染病是人类面临的最致命威胁之一，在全球范围内造成巨大痛苦和经济损失。每年传染病共导致全球超1000万人死亡，是低收入国家的主要致死原因。

《BMJ质量与安全》期刊研究显示，美国每年有近80万人因诊断错误死亡或永久残疾。其中许多病例涉及若早期发现本可治疗的感染或血管事件。

在许多中低收入国家，可靠诊断检测的可及性十分有限或根本不存在。昂贵设备、专业人员短缺及漫长检测周期共同导致延误或漏诊——往往造成致命后果。

像NasRED这样快速、经济、便携的检测工具，将使全球一线卫生工作者能在疫情失控前早期发现感染并采取应对措施。

"在美国等全球许多地区，疾病正在传播但人们往往不做检测——甚至对HIV这样的疾病也是如此。理想情况下应该定期检测以早期发现感染，"王超说，"例如注射吸毒者感染HIV或HCV风险更高，但他们可能露宿街头难以接触。如果不能持续检测，我们可能错失干预时机——直到他们出现癌症或肝病等严重并发症，那时治疗将困难得多。"

诊断技术的黄金突破

该检测的核心是经特殊设计的金纳米颗粒，可检测极微量的疾病相关蛋白。研究人员为这些纳米颗粒包被了特定分子用于识别特殊疾病。

部分纳米颗粒携带抗体——这种微小分子像磁铁般工作，能粘附病毒或细菌感染机体时释放的蛋白质。其他纳米颗粒则携带直接取自病毒或细菌本身的蛋白质片段（抗原），这些会自然吸引机体为抵抗感染产生的抗体。

包被处理后，这些纳米颗粒将与微量体液样本（如血液、唾液或鼻腔液体）混合。若存在疾病，多数纳米颗粒将沉降至试管底部；若无疾病，它们将保持悬浮状态。

NasRED设备通过LED光束照射试管顶部液体。团队开发了定制电子检测器来感知透光量。透光量增加意味着纳米颗粒已沉降，顶部液体更澄清，表明存在疾病。

精准、可及且经济

该设备灵敏度极高，仅需微量样本中数百个分子即可检出疾病——不足一滴液体的量。这个浓度比标准实验室检测要求低近10万倍。

NasRED的便携性和经济性更具优势。当前PCR或ELISA等金标准检测需要昂贵设备和专业技术人员，而NasRED紧凑易用。研究人员估算每次检测成本仅2美元，非常适合资源匮乏或偏远地区使用。

NasRED有望填补关键诊断缺口，尤其对丙肝、HIV或莱姆病等难以早期发现的疾病。对于低流行率高风险的突发疫情也极具潜力。这类疾病常因单独检测成本过高而漏诊。NasRED通过提供高灵敏度即时检测，在经济性上架起了桥梁。

虽然目前NasRED需要小型台式设备进行样本离心混合，但研究人员正致力于进一步微型化和自动化该流程。持续发展后，该技术或将成为类似现有COVID-19快速检测的家用便捷工具，但具有更卓越的灵敏度和更广泛的应用范围。

诊断技术的重大飞跃

NasRED显著超越现有诊断标准。新研究显示其灵敏度比ELISA高约3000倍，所需样本量减少16倍，出结果速度快约30倍。

该技术早期版本曾成功在微量血样中检测埃博拉病毒。"新技术将灵敏度推进至阿托摩尔级，"王超解释道，这相当于在20个奥运标准泳池中识别一滴墨水。

该技术有望无需PCR方法的复杂样本前处理，直接检测体液中的病毒载量。在冠状病毒颗粒实际测试中，NasRED达到了与雅培ID NOW（一种针对COVID-19等疾病的常用分子检测）相当的灵敏度。

"我们传感器的优势之一在于高度模块化，"王超指出，"纳米颗粒设计支持轻松替换不同蛋白质，使同一平台可适配多种疾病。我们已在产志贺毒素大肠杆菌、癌症生物标志物、阿尔茨海默相关蛋白、莱姆病及非洲猪瘟等研究中验证此方法。"

王超近期荣获湾区莱姆基金会新锐领袖奖，将利用这项新技术的高灵敏度与便携性来早期检测莱姆病感染。

随着技术发展，其应用范围可能超越传染病领域。癌症早期检测、慢性病实时监测及公共卫生威胁的强化防控都将成为可能。