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新开发的纳米生物传感器适用于COVID-19快速检测

新开发的纳米生物传感器适用于COVID-19快速检测

联邦政府资助了基于一种叫做等离子体荧光的新生物标记技术的COVID-19快速测试。

圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院的工程师们已经收到了联邦政府的资金,用于使用一种新开发的技术进行COVID-19快速测试。

机械工程和材料科学教授Srikanth Singamaneni和他的团队开发了一种基于超亮荧光纳米探针的快速、高灵敏度和精确的生物传感器,该传感器具有广泛应用的潜力。

这种被称为等离子体荧光的超荧光纳米探针也可以在资源有限的情况下发挥作用,因为它需要更少的复杂仪器来读取结果。国家科学基金会已经向Singamaneni和他的团队提供了100,008美元的资助,用于开发一种使用等离子体荧光的covid19测试。

Singamaneni假设他们的基于等离子体荧光的生物传感器将比传统的SARS-CoV-2抗体检测方法灵敏100倍。提高敏感性将使临床医生和研究人员更容易发现阳性病例,并减少假阴性的机会。

等离子体荧光的工作原理是将荧光信号增强到背景噪声。想象一下在一个阳光明媚的日子里在外面捉萤火虫。你可能会捕到一两个,但在耀眼的阳光下,那些小虫子很难被发现。如果这些萤火虫的亮度和大功率手电筒差不多呢?

等离子体荧光有效地提高了荧光标签的亮度,用于各种生物传感和生物成像方法。除了COVID-19检测,它还有可能被用于诊断,例如,通过测量血液或尿液样本中相关分子的水平来诊断一个人是否患有心脏病。

使用等离子体荧光,它是由涂有传统染料的金纳米粒子组成的,研究人员已经能够获得比传统染料高6700倍的荧光纳米标记,这可能有助于早期诊断。利用这种纳米标签作为超亮手电筒,他们已经演示了在生物液体甚至细胞分子中发现极少量的目标生物分子。

这项研究发表在2020年4月20日的《自然生物医学工程》杂志上。

金纳米颗粒可以作为信标

在生物医学研究和临床实验室中,荧光被用作一种信标,用来精确地观察和跟踪目标生物分子。它是一个非常有用的工具,但并不完美。

在许多情况下,荧光的问题是不够强烈。Singamaneni说。如果荧光信号不够强,无法在背景信号中脱颖而出,就像萤火虫无法在耀眼的阳光中脱颖而出一样,研究人员可能会错过一些不那么丰富但却很重要的东西。

提高纳米标签的亮度是一项极具挑战性的工作。该论文的第一作者栾景义说。但在这里,金纳米颗粒位于等离子体荧光的中心,可以这么说,它确实有效地把萤火虫变成了手电筒。金纳米颗粒就像天线一样,强吸收和散射光线。高度集中的光线被注入纳米颗粒周围的荧光团。除了使光集中,纳米颗粒还加快了荧光团的发射速度。综上所述,这两种效应增加了荧光发射。

本质上,每个荧光团变成了一个更有效的信标,200个荧光团围绕在纳米颗粒周围,发出相当于6700个荧光团的信号。

除了检测少量的分子外,使用等离子体荧光传感器还可以缩短检测时间,因为更亮的信标意味着需要更少的捕获蛋白来确定它们的存在。

研究人员还发现,等离子体荧光可以同时检测多种蛋白质。而在流式细胞术中,等离子体荧光增白剂的增白剂作用使细胞表面的蛋白质测量更加精确和灵敏,这些蛋白质的信号可能被传统的荧光标记法掩盖在背景噪声中。

已经有其他的努力来加强荧光标记成像,但许多需要使用一个全新的工作流程和测量平台。除了等离子体荧光能够大大增加灵敏度和缩短传感时间外,它不需要对现有的实验室工具或技术做任何改变。

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参考文献:超微荧光纳米级标签用于飞摩尔分析物的标准生物分析;作者Luan Jingyi, Anushree Seth, Rohit Gupta, Zheyu Wang, Priya Rathi, Sisi Cao, Hamed Gholami Derami, Rui Tang, Baogang Xu, Samuel Achilefu, Jeremiah J. Morrissey和Srikanth Singamaneni, 2020年4月20日,Nature Biomedical Engineering。

DOI: 10.1038 / s41551 - 020 - 0547 - 4

该技术已由华盛顿大学技术管理办公室授权给Auragent Bioscience公司。Auragent正处于进一步开发和扩大商业化生产等离子体荧光体的过程中。

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