麻省理工學(xué)院的工程師使用專門的碳納米管設(shè)計(jì)了一種新型傳感器，無需任何抗體即可檢測(cè) SARS-CoV-2，并在幾分鐘內(nèi)給出結(jié)果。圖片由研究人員提供

該技術(shù)可以開發(fā)為對(duì) Covid-19 或其他新興病原體的快速診斷。

麻省理工學(xué)院的工程師使用專門的碳納米管設(shè)計(jì)了一種新型傳感器，可以在沒有任何抗體的情況下檢測(cè)SARS-CoV-2，并在幾分鐘內(nèi)給出結(jié)果。研究人員說，他們的新傳感器基于可以快速生成快速準(zhǔn)確診斷的技術(shù)，不僅適用于 Covid-19，還適用于未來的流行病。

“快速測(cè)試意味著您可以在未來的大流行中更早地開放旅行。您可以篩查下飛機(jī)的人，并確定他們是否應(yīng)該隔離。你可以類似地篩選進(jìn)入他們工作場(chǎng)所的人等等，”麻省理工學(xué)院的 Carbon P. Dubbs 化學(xué)工程教授、該研究的資深作者 Michael Strano 說?！拔覀冞€沒有能夠足夠快地開發(fā)和部署此類傳感器以防止經(jīng)濟(jì)損失的技術(shù)。”

研究人員將他們的傳感器整合到帶有光纖尖端的原型中，該光纖尖端可以檢測(cè)測(cè)試樣品中的熒光變化。學(xué)分：麻省理工學(xué)院

該診斷基于 Strano 實(shí)驗(yàn)室之前開發(fā)的碳納米管傳感器技術(shù)。一旦研究人員開始研究 Covid-19 傳感器，他們只用了 10 天時(shí)間就確定了一種能夠選擇性檢測(cè)他們正在尋找的病毒蛋白的改性碳納米管，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試并將其整合到工作原型中。這種方法還消除了對(duì)抗體或其他試劑的需要，這些試劑的生成、純化和廣泛使用是耗時(shí)的。

麻省理工學(xué)院博士后 Sooyeon Cho 和研究生 Xiaojia Jin 是該論文的主要作者，該論文今天（2021 年 10 月 26 日）發(fā)表在《分析化學(xué)》雜志上。其他作者包括麻省理工學(xué)院研究生 Sungyun Yang 和 Jianqiao Cui，以及博士后 Xun Gong。

分子識(shí)別

幾年前，斯特拉諾的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種新方法來設(shè)計(jì)各種分子的傳感器。他們的技術(shù)依賴于碳納米管——由碳制成的中空、納米厚的圓柱體，當(dāng)暴露在激光下時(shí)會(huì)自然發(fā)出熒光。他們已經(jīng)證明，通過將這些管子包裹在不同的聚合物中，他們可以創(chuàng)建傳感器，通過化學(xué)識(shí)別它們來響應(yīng)特定的目標(biāo)分子。

他們的方法被稱為電暈相分子識(shí)別 (CoPhMoRe)，它利用了某些類型的聚合物與納米顆粒結(jié)合時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。這些分子被稱為兩親聚合物，具有像錨一樣鎖定在管上的疏水區(qū)域和形成一系列遠(yuǎn)離管延伸的環(huán)的親水區(qū)域。

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這些環(huán)在納米管周圍形成一層稱為電暈的層。根據(jù)環(huán)的排列方式，不同類型的目標(biāo)分子可以楔入環(huán)之間的空間，這種結(jié)合會(huì)改變碳納米管產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度或峰值波長(zhǎng)。

今年早些時(shí)候，總部位于波士頓的診斷開發(fā)商 Strano 和 InnoTech Precision Medicine 獲得了美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的資助，為 SARS-CoV-2 蛋白創(chuàng)建 CoPhMoRe 傳感器。Strano 實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)制定了策略，使他們能夠預(yù)測(cè)哪些兩親聚合物將與特定目標(biāo)分子相互作用最好，因此他們能夠快速生成一組 11 種強(qiáng)有力的 SARS-CoV-2 候選物。

在項(xiàng)目開始后的大約 10 天內(nèi)，研究人員已經(jīng)確定了 SARS-CoV-2 病毒的核衣殼和刺突蛋白的準(zhǔn)確傳感器。在此期間，他們還能夠?qū)鞲衅骷傻綆в?a href="/products/microscope/parts/light/" title="光纖" target="_blank" >光纖尖端的原型設(shè)備中，該光纖尖端可以實(shí)時(shí)檢測(cè)生物流體樣品的熒光變化。這消除了將樣本送到實(shí)驗(yàn)室的需要，而這是 Covid-19 的黃金標(biāo)準(zhǔn) PCR 診斷測(cè)試所必需的。

該設(shè)備在大約五分鐘內(nèi)產(chǎn)生結(jié)果，并且可以檢測(cè)到濃度低至每毫升樣品 2.4 皮克的病毒蛋白。在本文提交后最近進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，研究人員已經(jīng)達(dá)到了低于現(xiàn)在市售快速測(cè)試的檢測(cè)限。

研究人員還表明，當(dāng) SARS-CoV-2 核衣殼蛋白（而不是刺突蛋白）溶解在唾液中時(shí)，該裝置可以檢測(cè)到它。檢測(cè)唾液中的病毒蛋白通常很困難，因?yàn)橥僖褐泻姓承蕴妓衔锖拖阜肿?，?huì)干擾蛋白質(zhì)檢測(cè)，這就是大多數(shù) Covid-19 診斷需要鼻拭子的原因。

“即使沒有任何抗體和受體設(shè)計(jì)，這種傳感器也顯示出最高范圍的檢測(cè)、響應(yīng)時(shí)間和唾液兼容性，”Cho 說?！斑@種類型的分子識(shí)別方案的一個(gè)獨(dú)特之處在于可以進(jìn)行快速設(shè)計(jì)和測(cè)試，而不受常規(guī)抗體或酶受體的開發(fā)時(shí)間和供應(yīng)鏈要求的阻礙?！?/p>

快速響應(yīng)

斯特拉諾說，研究人員開發(fā)工作原型的速度表明，這種方法可能有助于在未來大流行期間更快地開發(fā)診斷方法。

“我們能夠在極短的時(shí)間內(nèi)從將病毒標(biāo)記交給我們的人轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鞯?a href="/products/microscope/parts/light/" title="光纖" target="_blank" >光纖傳感器，”他說。

依靠抗體檢測(cè)病毒蛋白的傳感器是現(xiàn)在可用的許多快速 Covid-19 測(cè)試的基礎(chǔ)，但由于設(shè)計(jì)正確的蛋白質(zhì)抗體的過程非常耗時(shí)，因此需要更長(zhǎng)的時(shí)間來開發(fā)。

AWL晶圓顯微檢查系統(tǒng),晶圓晶面?zhèn)畚m宏觀檢查

研究人員已經(jīng)申請(qǐng)了這項(xiàng)技術(shù)的專利，希望它可以商業(yè)化，用作 Covid-19 診斷。Strano 還希望進(jìn)一步開發(fā)該技術(shù)，以便能夠快速部署以應(yīng)對(duì)未來的流行病。

參考：Soo-Yeon Cho、Xiaojia Jin、Xun Gong、Sungyun Yang、Jianqiao Cui 和 Michael S. Strano 于 10 月 26 日撰寫的“使用 Corona 相分子識(shí)別加速開發(fā)時(shí)間的 SARS-CoV-2 蛋白的無抗體快速檢測(cè)” 2021，分析化學(xué)。
DOI: 10.1021/acs.analchem.1c02889

該研究由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院快速加速診斷 (RADx) 資助。

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