華中科技大學(xué)成功研發(fā)高靈敏度光學(xué)檢測系統(tǒng)

當(dāng)這場席卷全球的新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）發(fā)展進(jìn)入到后疫情時代，如何快速現(xiàn)場鑒別診斷攜帶者和潛伏期患者，正成為當(dāng)下新冠疫情防控的重點和難點。

華中科技大學(xué)生命學(xué)院劉鋼教授團隊利用其擁有的國際最新納米等離子光學(xué)芯片專利技術(shù)，成功研發(fā)基于新型納米等離子光學(xué)芯片技術(shù)的高靈敏度光學(xué)檢測系統(tǒng)，可以快速特異性測量樣品中的新冠病毒顆粒的濃度，使得新冠肺炎早期無癥狀感染現(xiàn)場快速無創(chuàng)檢測成為可能。相關(guān)研究成果于10月15日以“One-StepRapid Quantification of SARS-CoV-2 Virus Particles via Low-Cost NanoplasmonicSensors in Generic Microplate Reader and Point-of-Care Device”為題發(fā)表于《Biosensors and Bioelectronics》。論文第一作者是華中科技大學(xué)博士后黃麗萍博士。

圖1. 納米等離子光學(xué)傳感芯片檢測新冠病毒顆粒示意圖

等離子共振分析測試及成像是無需熒光或染料標(biāo)定的生物分子、病毒和細(xì)胞的實時分析測試技術(shù)。由于Nanoplasmonic Sensor芯片產(chǎn)品對表面電介質(zhì)的折射率變化非常靈敏，從而不需要標(biāo)記，就可以快速、實時、原位、無損、動態(tài)檢測人體體液中的病毒顆粒和目標(biāo)蛋白的濃度，且該項創(chuàng)新產(chǎn)品的檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，操作簡便，使得等離子共振分子互作檢測技術(shù)在病毒及蛋白檢測體外快速診斷的應(yīng)用領(lǐng)域有了質(zhì)的飛躍，這將助力中國乃至全球生物檢測和醫(yī)藥研發(fā)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，新冠病毒核酸檢測已廣泛應(yīng)用于新冠肺炎的臨床檢測和診斷。但是核酸檢測要經(jīng)過病毒滅活裂解，RNA提取和反轉(zhuǎn)錄，DNA擴增和熒光標(biāo)記等多步驟，必須由技術(shù)熟練的專業(yè)人員在專業(yè)實驗室內(nèi)操作。后續(xù)檢測部分也離不開實驗室設(shè)備和高昂的人力成本。

另一方面，現(xiàn)有的傳統(tǒng)免疫層析技術(shù)病毒抗原蛋白的檢測試劑盒準(zhǔn)確率和靈敏度無法滿足臨床實際需求。作為新的檢測技術(shù)，病毒顆粒檢測是最直接最準(zhǔn)確的檢測方法，可作為補充核酸檢測的快速初篩手段對較大量樣本的進(jìn)行現(xiàn)場即時評估。由于鼻咽拭子和唾液中新冠病毒濃度低，現(xiàn)有的其它檢測方式如酶聯(lián)免疫吸附檢測成本高，速度慢，操作復(fù)雜且條件要求高，結(jié)果顯示不夠直觀。

該研發(fā)團隊研發(fā)了納米等離子光學(xué)共振芯片，具有由介電材料所包圍金屬超材料納米結(jié)構(gòu)中的電子氣體集體振蕩產(chǎn)生的特殊光學(xué)性質(zhì)。新型納米等離子光學(xué)芯片不需要光學(xué)耦合器件配合激發(fā)且具有更高的共振模式品質(zhì)，借助這種傳感器芯片后僅用常規(guī)的普通設(shè)備如光學(xué)顯微鏡和酶標(biāo)儀等就能完成病毒表面蛋白和抗體之間結(jié)合過程的定量分析測定。

本方法采用普通酶標(biāo)儀或自制便攜式透射光強度檢測系統(tǒng)，通過采集的透光率變化來定量分析待測體液中的病毒濃度。該項目采用普通酶標(biāo)儀或自制便攜式透射光強度檢測系統(tǒng)，對新冠假病毒實現(xiàn)無標(biāo)記的快速定量檢測，實驗結(jié)果表明目前該系統(tǒng)進(jìn)行無標(biāo)記新冠病毒定量檢測的線性范圍為102~107 vp/mL,最低檢測限為370 vp/mL，這樣的靈敏度可以滿足唾液中的新冠病毒濃度快速檢測（傳染期感染者唾液中新冠病毒濃度為105至106 vp/ml）的要求。該檢測手段有著無需標(biāo)記、受背景影響小、高通量、線性濃度范圍廣的優(yōu)點。同時，測試中還采用SARS、MERS以及VSV三種假病毒對該檢測系統(tǒng)進(jìn)行了特異性驗證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該檢測系統(tǒng)對新冠病毒檢測具有1000：1以上的特異性，可實現(xiàn)新冠病毒顆粒的特異性結(jié)合與準(zhǔn)確定量檢測，對其它冠狀病毒不敏感。

圖2. （a）自制納米等離子光學(xué)傳感芯片微孔板示意圖；（b）芯片修飾與病毒檢測示意圖；（c）新冠病毒顆粒定量檢測動態(tài)曲線變化圖；（d）新冠病毒顆粒定量檢測標(biāo)準(zhǔn)曲線圖；（e）新冠病毒顆粒檢測的特異性驗證圖

圖3.（a）便攜式透射光強度檢測設(shè)備示意圖；（b）便攜式透射光強度檢測設(shè)備檢測病毒樣本示意圖；（c）便攜式透射光強度檢測設(shè)備檢測新冠病毒顆粒的動態(tài)變化曲線；（d）便攜式透射光強度檢測設(shè)備對新冠病毒檢測特異性驗證圖

該研究聯(lián)合華中科技大學(xué)生命學(xué)院、量準(zhǔn)實業(yè)有限公司、武漢新芯集成電路制造有限公司，臺積電和上海公共衛(wèi)生臨床中心等國內(nèi)產(chǎn)、學(xué)、研、醫(yī)行業(yè)多家單位共同參與研發(fā)。該研究有望實現(xiàn)用唾液進(jìn)行新型冠狀病毒肺炎快速檢測技術(shù)并生產(chǎn)可以在臨床和居家使用的超快速檢測唾液中新型冠狀病毒顆粒濃度的測試產(chǎn)品及相應(yīng)的手持式數(shù)字化分子檢測設(shè)備，為新冠肺炎疾病的快速診斷提供幫助。人民日報社前期也對該研究做了相關(guān)報道。

原文標(biāo)題：華科納米等離子光學(xué)傳感芯片突破：實現(xiàn)新冠病毒顆?？焖贆z測

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