新的诊断工具通过更快、更简单的纳米孔系统实现PCR检测的准确性

在过去的四年里，我们中的许多人已经习惯于用拭子擦拭鼻子来检测新冠肺炎，使用家庭快速抗原检测或更准确的临床提供的PCR检测，处理时间更长。现在，加州大学圣克鲁斯分校电气和计算机工程杰出教授霍尔格·施密特及其合作者开发的一种新诊断工具可以在几小时内检测出与高精度PCR检测相同或更好的严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型和寨卡病毒

在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中，施密特和项目团队描述了他们的系统，该系统结合了光流体学和纳米孔技术，创建了一个芯片实验室诊断系统。该团队在动物模型方面的成功使他们希望这项技术能成为未来快速诊断的一项重大创新

“这可能会成为下一个大型诊断系统，”杨百翰大学电气与计算机工程教授、该论文的资深作者Aaron Hawkins说。“你生病了，你去医院或医生那里，他们的测试依赖于这项技术。有一条路可以直接安装在那里（医院或诊所），所以你不必等待结果。”

这项研究是施密特、霍金斯和得克萨斯生物医学研究所的让·帕特森教授长期合作的结果

虽然PCR检测目前是病毒学检测准确度的金标准，但该方法在几个方面都不够。PCR检测非常复杂，需要化学反应，必须由熟练的操作员进行，通常在中央实验室进行，有时需要几天时间才能得到检测结果。这些复杂的反应是扩增病毒DNA或RNA所必需的，这是一个制造遗传物质多个拷贝的过程，可能会引入并放大错误

PCR检测也只能检测核酸，即构成DNA和RNA的物质。但在某些疾病的情况下，检测蛋白质等其他生物标志物可能非常有用

新的诊断工具解决了这两个问题。它几乎不需要样品制备，并且完全无扩增和标记，后者意味着它不使用光来识别生物标志物。这大大减少了诊断过程的时间和复杂性

新的诊断系统结合了施密特在光流控领域的专业知识，即用光束控制微量流体，以及一个用于计数单个核酸以读取遗传物质的纳米孔。该工具旨在检测寨卡病毒和新冠肺炎病毒，这些病毒近年来在医学上尤其重要，也是美国国立卫生研究院的优先领域

为了进行测试，将生物流体样本与磁性微珠混合在一个容器中。在这项研究中，研究人员使用了德克萨斯生物医学研究所的生物流体，包括狒狒和狨的唾液和血液

微珠是用设计用于检测的疾病的匹配RNA序列设计的。例如，如果是新冠肺炎检测测试，微珠上会有SARS-CoV-2 RNA链。如果样本中存在严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型病毒，病毒的RNA将与珠子结合。在短暂的等待期后，研究人员将磁珠拉到容器底部，并将其他所有东西冲洗干净

这些珠子被放入Hawkins团队设计和制造的硅微流体芯片中，在那里它们流过一个覆盖着超薄膜的细长通道，Hawkins称之为“工程奇迹”。珠子被光束捕获，光束将它们推到通道中的墙壁上，通道中有一个纳米孔，一个只有20纳米宽的微小开口——相比之下，一根头发大约有80000到100000纳米宽

研究人员对芯片加热，使RNA颗粒从珠子上脱落并被吸入纳米孔，纳米孔检测到病毒RNA的存在

他们的试验表明，即使在病毒浓度极低的情况下，该测试也能正确地检测到PCR测试所能检测到的每个样本的病毒。有些情况下，PCR检测无法检测到其中一种病毒的病例，而施密特的系统检测到了，这表明他们的系统比PCR更准确

总体而言，微流体系统比PCR机器小得多，也不那么复杂。如果这一概念作为一种产品推向市场，其紧凑的尺寸可以很容易地放入研究人员的实验室，从而使病毒学检测的结果更快，增加了检测的可及性，并将得出结果的时间从几天缩短到几小时

施密特说：“如果我们用这个系统建造一个仪器，研究人员可以把它放在生物安全四级实验室里，在那里它永远不会离开房间，你只需要滴入一点样本液，在一个小时内进行测试。”。“我认为这将有助于加快检测速度。”

该检测使用六种不同的生物流体进行，包括唾液、血液和咽拭子，它们可能含有不同的病毒载量。这可以使研究