目前國際上廣泛采用的新冠病毒（COVID-19）檢測技術(shù)多基于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）。這種方法需要預(yù)先制備的具有病毒特異性抗體的探針，還需要訓(xùn)練有素的操作人員，在標(biāo)本采集時需要與患者密切接觸，這增加了疫情傳播的風(fēng)險。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，約翰斯·霍普金斯大學(xué)（Johns Hopkins University）的研究人員開發(fā)了一種基于表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合的新冠病毒檢測技術(shù)，并制造出用于檢測病毒的柔性生物傳感器。該傳感器通過納米壓印技術(shù)制造，適用于可穿戴設(shè)備，有望進(jìn)行商業(yè)化。相關(guān)研究成果以論文形式發(fā)表在Nano Letters上。

新冠病毒柔性檢測傳感器

該方法的關(guān)鍵是大面積、柔性場增強(qiáng)金屬絕緣體天線 (FEMIA) 陣列。將唾液樣本放置在材料上并使用表面增強(qiáng)拉曼光譜進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)對病毒的快速、痕量分析。

拉曼光譜是一種散射光譜，其依賴于光的非彈性散射來量化分子的獨(dú)特振動模式，從而能夠?qū)蝹€病毒成分進(jìn)行準(zhǔn)確的無標(biāo)記指紋識別，這意味著不需要額外的如分子標(biāo)記或抗體功能化（Antibody Functionalization）等化學(xué)修飾。

然而，自發(fā)拉曼散射不能提供檢測低病毒滴度所需的靈敏度。表面增強(qiáng)拉曼光譜可增強(qiáng)由吸附在貴金屬納米結(jié)構(gòu)上的生物樣品產(chǎn)生的微弱拉曼信號，將高分子特異性與近乎單分子的靈敏度相結(jié)合，并能夠小批量地對多種病原體濃度進(jìn)行光譜量化。

需要考慮的重要一點(diǎn)是，盡管添加金屬納米結(jié)構(gòu)可以放大拉曼散射信號，但病毒轉(zhuǎn)運(yùn)介質(zhì)（如唾液、鼻拭子或用于培養(yǎng)病毒的細(xì)胞）的相似成分可能會干擾實(shí)際的病毒特征。因此，該系統(tǒng)的另一項(xiàng)重大創(chuàng)新是使用機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行進(jìn)一步分析，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大、更靈敏和更具體的檢測方案，從而克服存在不需要的生物特征的限制，幫助研究人員查明病毒的存在和濃度，并且可以相對快速地提供準(zhǔn)確的結(jié)果，準(zhǔn)確率為 90%以上，等待時間約為 25 分鐘。

柔性傳感器制備和檢測應(yīng)用示意圖

其與 PCR 檢測技術(shù)準(zhǔn)確率相當(dāng)，并且與快速抗原測試一樣方便。該傳感器在快速確定其他病毒的存在方面也非常成功，包括甲型H1N1流感病毒和寨卡病毒。

另外，該傳感器的制造使用最先進(jìn)的納米壓印制造（Nanoimprint Fabrication）和轉(zhuǎn)移印刷（Transfer Printing）技術(shù)，可以在剛性和柔性基板上實(shí)現(xiàn)高精度、可調(diào)諧和可擴(kuò)展制造，這意味著其最終可以用于可穿戴設(shè)備。

研究人員表示，該傳感器尚未上市，但相信在不久的將來，便可以徹底改變病毒檢測領(lǐng)域，并被開發(fā)成手持設(shè)備或可穿戴設(shè)備，廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、機(jī)場和學(xué)校等人流密集的地點(diǎn)。

目前，約翰斯·霍普金斯科技創(chuàng)業(yè)公司（Johns Hopkins Technology Ventures）已申請?jiān)摷夹g(shù)的專利，并計(jì)劃將該傳感器商業(yè)化。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c04722

審核編輯 ：李倩