一款价值2美元的纳米金检测技术可在数分钟内诊断致命疾病

在一项新研究中，研究人员表明该检测能以极高的精准度识别引发COVID-19的病毒，并能清晰区分其他感染。

这种名为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，且无需专业培训，有望成为公共卫生领域的颠覆性突破。

"我们兼备快速抗原检测的速度便捷性，其灵敏度甚至优于实验室检测，"该研究的首席作者王超表示，"这是非常难以实现的成就。"

王超是生物设计中心分子设计与仿生学研究所副教授，同时任职于亚利桑那州立大学电气、计算机与能源工程学院。参与研究的ASU学者包括：崔艺智、塞耶德西纳·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、张婷婷和左家炜。

该研究发表于最新一期期刊《ACS Nano》。

阻断传染病传播

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。每年传染病累计导致全球超过1000万人死亡, 且是低收入国家的主要致死原因。

根据《BMJ质量与安全》期刊发表的研究，美国每年近80万人因诊断失误死亡或永久伤残。其中许多病例涉及感染或血管事件——若早期发现本可治愈。

在众多中低收入国家，可靠诊断检测的获取渠道有限或根本不存在。昂贵设备、专业人员短缺及漫长检测周期共同导致诊断延误或漏诊——往往引发致命后果。

像NasRED这样快速、经济、便携的检测技术，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。

"包括美国在内的世界多地，疾病正在传播，但人们很少接受检测——即使是HIV这样的疾病。理想情况下应定期检测以尽早发现感染，"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。若不能长期持续检测，我们将错失干预时机——直至他们发展成癌症或肝病等严重并发症，此时治疗难度倍增。"

诊断领域的突破性成就

该检测技术的核心是经工程改造的微小金纳米粒子，可探测极微量的疾病相关蛋白质。研究人员用特殊分子包裹这些纳米粒子，用于识别特定疾病。

部分纳米粒子携带抗体（如同磁铁般的微小分子），可附着在病毒或细菌感染人体时释放的蛋白质上。其他纳米粒子则携带抗原, 即直接取自病毒或细菌的蛋白质片段，这些片段会天然吸引人体为抵抗感染产生的抗体。

包裹完成后，纳米粒子与微量体液样本（如血液、唾液或鼻腔液滴）混合。若存在疾病，多数纳米粒子将沉至试管底部；若无疾病，它们将保持悬浮于液体中。

NasRED设备向试管顶部的液体投射微小LED光束。团队构建了定制电子探测器感知透射光强度——透光量增加意味着纳米粒子沉降到底部，表明顶部液体更澄清，即存在目标疾病。

精准、便捷且经济

该设备灵敏度极高，即使微小样本中仅存在数百个目标分子（不足单滴液体的微量）也能检出疾病。该检测浓度比标准实验室要求低近100,000倍。

NasRED的便携性和经济性进一步提升了应用价值。当前金标准检测（如PCR或ELISA）需昂贵设备和专业技术人员。而NasRED结构紧凑、操作简便。研究人员估算单次检测成本仅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，尤其适用于丙肝、HIV或莱姆病等早期难检疾病。对低流行率高风险的突发疫情同样具有前景——此类疾病常因个体检测成本效益低而遭漏诊。NasRED通过提供即时、经济的高灵敏度床旁检测弥合了这一鸿沟。

虽然NasRED目前仍需小型台式机进行样本离心混合，但研究团队正致力于进一步小型化和自动化流程。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工具，但其灵敏度与应用广度将显著提升。

诊断技术的重大飞跃

NasRED显著超越了现有诊断标准。新研究表明：其灵敏度较ELISA提升约3000倍，所需样本量减少16倍，且出结果速度快约30倍。

该技术早期版本曾成功检测微量血液样本中的埃博拉病毒。"新技术将灵敏度推进至阿托摩尔范围，"王超解释道。"这相当于在20个奥林匹克游泳池中检测到单滴墨水。"

该技术有望直接通过体液检测病毒载量，无需PCR方法复杂的样本制备流程。在针对实际冠状病毒颗粒的初步测试中，NasRED达到了与雅培ID NOW（一种常用于COVID-19等多种疾病的分子检测）相当的灵敏度。

"我们传感器的优势在于高度模块化，"王超强调。"纳米粒子经特殊设计，可轻松替换不同蛋白质，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、莱姆病及非洲猪瘟等研究中验证此方案。"

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实现莱姆病早期感染检测。

随着技术演进，其应用范围有望超越传染病领域。癌症早期检测、慢性病实时监测及公共卫生威胁的强化监控均将成为可能。