纳米金刚石可在单分子水平检出病毒

2020年12月14日08:35 来源:科技日报

据最新一期《自然》杂志报道,英国伦敦大学学院的一项新研究发现,低成本纳米金刚石的量子感应能力可提高纸质诊断测试的灵敏度,其灵敏度比广泛使用金纳米颗粒的测试高出5个数量级,有望更早检测出诸如HIV之类的病毒性疾病。

纸质侧向流动测试与妊娠测试的工作方式相同,将一条纸浸入液体样本中,以颜色(或荧光信号)变化表示阳性结果及检测到病毒蛋白或DNA,被广泛用于检测从HIV到新冠病毒等各种病毒,可实现快速诊断,不必在实验室处理结果。

纳米金刚石具有的更高灵敏度,可检测到更低的病毒载量,这意味着可以在更早阶段发现疾病,有望降低病毒传播风险,采取及时有效治疗。

金刚石具有高度的规则结构,有些具有一种称为“氮空位(NV)中心”的缺陷。NV中心有许多潜在应用,从超灵敏成像的荧光生物标记到量子计算中的信息处理量子位。研究人员就是利用了纳米金刚石的这种特性。

NV中心可发出明亮的荧光,以此表示抗原或其他靶分子信号的存在。过去,荧光标记受到来自样品或试纸条的背景荧光的限制,很难检测出低浓度病毒蛋白或DNA。但是,荧光纳米金刚石的量子性质允许选择性地调节其发光,因此可以使用微波场将信号固定在设定的频率上,并且可以有效地将其与背景荧光分离,从而解决了这一限制。

光学结果表明,与金纳米颗粒相比,纳米金刚石的灵敏度提高了5个数量级(10万倍),也就是说,生成可检测信号所需的纳米颗粒数量要少得多。通过一个短短的10分钟恒温扩增步骤,研究人员能够在模型样品中以单个分子的水平检测艾滋病病毒RNA。

这项工作已在实验室环境中进行了演示,但研究小组希望开发新的测试方法,以便可以使用智能手机或便携式荧光读取器读取结果,从而使用户更容易进行测试。(记者冯卫东)

(责编:许心怡、崔元苑)


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