2美元纳米技术检测可在数分钟内诊断致命疾病

一项新研究表明，该检测技术能以极高精准度识别导致COVID-19的病毒，并能清晰区分其他感染源。

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，适用场景广泛——从偏远乡村诊所到繁忙的城市医院均可使用。该工具无需昂贵设备即可实现实验室级精度，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便捷性和远超实验室检测的灵敏度，"该研究首席作者王超表示，"这是非常难以实现的突破。"

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、阿什夫·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《ACS纳米》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。全球每年因传染病死亡人数超过1000万，是低收入国家的主要致死原因。

《BMJ质量与安全》研究显示，美国每年近80万人因诊断错误死亡或永久残疾，其中许多感染或血管疾病案例若早期发现本可治愈。

在众多中低收入国家，可靠诊断检测的可及性十分有限。昂贵设备、专业人员短缺及长检测周期常导致延误诊断，往往造成致命后果。

NasRED这类快速、经济、便携的检测技术能让全球一线医疗工作者在疫情失控前及时识别感染并采取应对措施。

"包括美国在内的许多地区，疾病在传播但人们很少接受检测——甚至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，"王超指出，"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接触。若不持续检测，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，可识别极微量的疾病相关蛋白。研究人员为这些纳米颗粒包裹了特定分子用于检测特定疾病。

部分纳米颗粒携带抗体——这种微小分子像磁铁般能吸附病毒或细菌感染时释放的蛋白质。另一些则携带直接从病原体提取的抗原蛋白片段，可吸引人体产生的对抗感染的抗体。

处理后的纳米颗粒与微量体液（如血液、唾液或鼻腔分泌物）混合后，若存在疾病，多数颗粒会沉至管底；若无感染则保持悬浮状态。

NasRED设备通过LED光束照射试管上层液体，定制电子探测器会测量透光量。透光量增加意味着纳米颗粒沉降，表明存在目标疾病。

精准、可及且经济

该设备灵敏度极高，仅需数百个目标分子即可检出疾病——不足一滴体液的量。其检测浓度比标准实验室要求低近10万倍。

NasRED兼具便携性与经济性优势。当前金标准检测如PCR或ELISA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仅需2美元，非常适合资源匮乏地区。

该技术尤其适用于丙肝、HIV或莱姆病等难早期发现的疾病，对低流行高风险的突发疫情也具潜力。传统实验室因成本效益问题常不对零星病例进行检测，而NasRED能在护理点即时提供高灵敏度检测。

虽然目前仍需小型台式机进行样本离心混合，但团队正致力于进一步微型化和自动化研发。持续改进后，该技术或将成为类似现有COVID-19快速检测的家用工具，但具有更高灵敏度和更广应用范围。

诊断技术的重大飞跃

NasRED性能远超现有标准：比ELISA灵敏约3000倍，样本需求量减少16倍，出结果速度快30倍。

早期版本已能检测微量血液中的埃博拉病毒。"新技术将灵敏度提升至阿托摩尔级，"王超解释道，这相当于在20个奥运泳池中识别一滴墨水。

该技术有望直接从体液中检测病毒载量，无需PCR复杂的样本制备流程。在冠状病毒实际粒子测试中，其灵敏度与COVID-19常用分子检测设备Abbott ID NOW相当。

"我们传感器的优势在于高度模块化，"王超表示，"纳米颗粒设计支持快速更换不同蛋白，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技术。"

王超近期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进行莱姆病早期检测。

随着技术发展，其应用范围可能超越传染病领域，在癌症早筛、慢性病实时监测及公共卫生威胁预警等方面均具潜力。