一种2美元金纳米技术检测手段，可在几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方法能以精准度识别导致COVID-19的病毒，并清晰区分其与其他感染。

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颠覆性变革。

"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，"新研究的主要作者王超表示，"这是非常难以实现的成就。"

王超是亚利桑那州立大学生物设计中心分子设计与仿生学研究所的副教授，同时任职于该校电气、计算机与能源工程学院。共同研究者包括ASU研究人员崔艺智、Seyedsina Mirjalili、Ashif Ikbal、Sean McClure、Maziyar Kalateh Mohammadi、Scott Clemens、Jose Solano、John Heggland、张婷婷和左佳伟。

该研究发表于《ACS纳米》期刊最新一期。

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。每年造成巨大痛苦和经济损失。每年全球传染病总计导致超过1000万人死亡，且是低收入国家的主要死因。

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

在许多中低收入国家，可靠诊断检测的获取渠道有限或不存在。昂贵设备、专业人员短缺和长周转时间共同导致诊断延误或漏诊——往往造成致命后果。

NasRED这类快速、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，但人们往往不接受检测——即使是HIV这类疾病。理想情况下应定期检测以早期发现感染，"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。若不能持续检测，我们可能错失干预时机——直至他们发展出癌症或肝病等严重并发症，此时治疗将困难得多。"

突破性诊断技术

该检测的核心是经工程改造的微小金纳米粒子，可检测极微量的疾病相关蛋白。研究人员用设计用于识别特定疾病的特殊分子包覆这些纳米粒子。

部分纳米粒子携带抗体——这种微小分子发挥磁铁般作用。抗体能附着在病毒或细菌感染机体时释放的蛋白质上。其他纳米粒子则携带抗原——直接取自病毒或细菌的蛋白质片段。这些抗原会自然吸引机体为对抗感染产生的抗体。

包覆后，这些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设备向试管顶部液体投射微小LED光束。团队构建了定制电子检测器感知透射光量：透光量增加意味着纳米粒子已沉降底部，顶部液体更澄清，表明存在疾病。

精准、易得、经济

该设备灵敏度极高，即使微小体液样本中仅存在数百个分子（不足单滴液体的零头）也能检出疾病。此浓度比标准实验室检测要求低近100,000倍。

NasRED的便携性和经济性更具前景。当前PCR或ELISA等检测金标准需要昂贵设备和训练有素的技术人员。NasRED则结构紧凑、用户友好。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有望填补关键诊断空白，尤其对丙肝、HIV或莱姆病等难以早期发现的疾病。对于低流行率但高风险的突发疫情同样具有潜力。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、经济的床旁高敏检测弥合了这一缺口。

虽然NasRED目前需要小型台式机进行样本旋转混合，但研究人员正致力于进一步微型化和自动化该流程。持续发展下，该技术或将成为类似现有COVID-19快速检测的家用便捷工具，但具备更卓越的灵敏度和更广泛的应用场景。

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，样本需求量减少16倍，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。"新技术将灵敏度推至阿托摩尔级（attomolar range），"王超解释道，"这相当于在20个奥林匹克游泳池中检测一滴墨水。"

该技术有望直接从体液中检测病毒载量，无需PCR方法复杂的样本制备流程。在冠状病毒实际颗粒的初步测试中，NasRED达到了与雅培ID NOW（针对COVID-19等多种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是高度模块化，"王超强调，"纳米粒子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、莱姆病及非洲猪瘟的研究中验证此方法。"

王超近期获颁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检测早期莱姆感染。

随着技术演进，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。