2美元金纳米技术检测：数分钟内识别致命疾病

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

这款名为NasRED（纳米粒子支持快速电子检测）的新型诊断设备简单便携，几乎可在任何地方使用——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，且不需专业培训，有望成为公共卫生领域的颠覆性技术。

"我们兼具快速抗原检测的速度和易用性，其灵敏度甚至优于实验室检测，"新研究主要作者王超表示，"这是非常难实现的成就。"

王超是分子设计和仿生学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。共同作者包括亚利桑那州立大学研究人员崔艺智、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、张婷婷和左佳伟。

该研究发表于当期《ACS纳米》期刊。

遏制传染病传播

传染病是人类最致命的威胁之一，在全球造成巨大痛苦和经济损失。全球每年传染病总计导致超1000万人死亡，是低收入国家的主要死因。

根据《BMJ质量与安全》发表的研究，美国每年近80万人因诊断错误死亡或永久残疾。其中许多病例涉及感染或血管事件，若早期发现本可治疗。

在许多中低收入国家，可靠诊断检测的获取途径有限或根本不存在。昂贵的设备、训练有素人员的短缺及漫长的周转时间共同导致诊断延误或遗漏——往往带来致命后果。

像NasRED这样快速、经济、便携的检测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作出响应。

"在世界许多地方（包括美国），疾病正在传播，但人们通常不做检测——即使是HIV检测，"王超说，"理想情况下需要定期检测以早期发现感染。例如，注射吸毒者感染HIV或HCV风险更高，但他们可能流落街头难以触及。若不持续定期检测，我们可能错失干预时机——直到他们发展成癌症或肝病等严重并发症，此时治疗难度大幅增加。"

突破性诊断成果

该检测的核心是经设计的微小金纳米粒子，可检测极微量的疾病相关蛋白。研究人员用特殊分子包被这些纳米粒子以识别特定疾病。

部分纳米粒子携带抗体（如同磁铁般作用的微小分子）。抗体可与病毒或细菌感染机体时释放的蛋白质结合。其他纳米粒子携带抗原（直接取自病毒或细菌的蛋白片段），这些抗原能自然吸引机体为抵抗感染产生的抗体。

包被后，这些纳米粒子与微量体液样本（如一滴血液、唾液或鼻腔分泌物）混合。若存在疾病，多数纳米粒子将沉至管底；若无疾病，它们将保持悬浮于液体中。

NasRED设备通过LED光束照射试管顶部的液体。团队构建了定制电子检测器感知穿过试管的光量。透光量增加意味着纳米粒子已沉底，顶部液体更澄清，表明存在疾病。

精准、普适且经济

该设备灵敏度极高，仅需微量体液样本（不足单滴的几分之一）中存有数百个分子即可检出疾病——其检测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前景。当前金标准检测（如PCR或ELISA）需昂贵设备和训练有素的技术员。NasRED结构紧凑且用户友好，研究人员估算单次检测成本为2美元，非常适合资源匮乏或偏远地区使用。

NasRED有望填补关键诊断空白，尤其针对丙肝、HIV或莱姆病等难早期发现的疾病。对于低流行率但高风险的突发疫情同样适用——此类疾病常因单次实验室检测成本效益低而漏诊。NasRED通过提供即时经济的高灵敏度即时检测弥合了这一缺口。

虽然NasRED目前需小型台式机离心混合样本，但研究人员正致力于进一步微型化和自动化流程。持续开发后，该技术或将成为类似现有COVID-19快速检测的家用便捷检测工具，但灵敏度更高且应用更广。

诊断技术的重大飞跃

NasRED显著超越现有诊断标准。新研究表明其灵敏度约为ELISA的3000倍，样本量需求减少16倍，出结果速度快约30倍。

该技术早期版本曾检测微量血液样本中的埃博拉病毒。"新技术将灵敏度推至阿托摩尔水平，"王超解释道，"相当于在20个奥林匹克游泳池中检测到一滴墨水。"

该技术有望直接通过体液检测病毒载量，无需基于PCR方法的复杂样本制备。在冠状病毒实际颗粒的初步测试中，NasRED达到与Abbott ID NOW相当的灵敏度（该分子检测常用于COVID-19等多种疾病）。

"我们传感器的优势之一在于高度模块化，"王超指出，"纳米粒子设计支持轻松更换不同蛋白质，使同一平台适配多种疾病。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，将利用该技术的高灵敏度和便携性开展莱姆病早期感染检测。

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监测均有望实现。