靈敏度提升98000倍將HIV診斷提早16天正在新冠病毒試點

2020-11-26 石墨烯聯盟

螢光納米金剛石（Fluorescent nanodiamonds，FND）中氮空位（nitrogen-vacancy，NV）缺陷的量子自旋特性，不僅在量子計算和通信領域應用廣泛，其螢光性能也十分優異，包括高量子產率，無光閃爍或光漂白，高穩定以及低毒性等。在磁場量化、溫度傳感和生物標記等方向上也存在著廣泛的應用。與中性（NV0）中心不同，NV-中心的主要優勢在於，其螢光可以通過自旋調控的方式進行選擇性調節，從而在高背景環境中實現信號分離。

傳染病對全球健康構成了巨大挑戰，而早期的診斷對於各種傳染病有效的治療和預防至關重要。目前對傳染病病毒，如愛滋病病毒（HIV）或是新冠病毒（Covid-19）檢測的方法較為繁瑣，且需要較長時間。而與妊娠測試相似的紙基側向流動測試（lateral flow assay, LFA）則是一種便捷的檢測方法。其工作方式為將紙的一端浸入樣本中，通過顏色（或螢光信號）的變化與否進行診斷。這種方法便捷且迅速，無需在實驗室中處理結果。然而，當前基於納米顆粒的生物傳感器的靈敏度仍然欠缺。

近日，英國倫敦大學的Benjamin S. Miller等與Rachel A. McKendry課題組合作，將螢光納米金剛石用作體外診斷的超靈敏標籤，並通過微波調節發射強度與頻域分析，將信號與背景螢光信號分離，突破了靈敏度的限制。基於該技術的低成本檢測試紙，對生物素-親和素模型的檢測極限達到了8.2×10-19摩爾。在對HIV病毒檢測實驗中，比傳統使用金納米顆粒的檢測靈敏度提高了98000倍。此外，由於HIV病毒相對於抗原和抗體能夠更早的被檢測到（分別提早7天與16天），因此與現有的基於實驗室的核酸檢測或即時蛋白檢測相比，該技術提供了更早診斷的潛力。除了HIV病毒之外，該技術還適用於SARS-CoV-2病毒，並正在進行新冠病毒的試點。該研究以題為「Spin-enhanced nanodiamond biosensing for ultrasensitive diagnostics」的論文發表在最新一期的《Nature》上。

傳統的生物傳感檢測中，螢光標記物受到來自於樣品或試紙條的背景螢光的限制，大大阻礙了對低濃度的RNA或DNA的檢測。在該研究中，研究人員主要利用了納米金剛石中氮空位缺陷的量子特性。這種量子特性允許通過微波場調控的方式，對靶向分子發出的螢光信號進行調節，將信號固定在設定好的頻率上，從而將目標螢光信號與背景信號分離，實現低濃度檢測。

基於納米金剛石的側向流動測試

通過微波對納米金剛石螢光信號進行調節

光學結果表明，與金納米顆粒相比，基於納米金剛石的樣品靈敏度提高了五個數量級（98000倍）（這意味著生成可檢測信號所需的納米顆粒數量要少得多）。且恆溫核酸擴增耗時僅為10分鐘（RNA增殖），這使得對愛滋病病毒的單分子檢測成為現實。

基於納米金剛石的側向流動測試的檢測極限

第一作者Benjamin S. Miller博士表示，基於紙的測向流動測試避免了繁瑣的實驗室分析，顯著提升了測試便捷性與及時性，同時大大降低了成本，這使得它們在資源貧乏地區特別適用。

另一位通訊作者Rachel A. McKendry表示，該技術非常靈活，可以輕鬆適應其他疾病和生物標記物類型。當下研究團隊正在進行該技術在新冠病毒檢測方面的研究。Rachel A. McKendry相信，這種變革性的新技術將使患者受益，並保護人們免受傳染病的侵害。

目前，該技術已經成功在實驗室環境中進行了演示，但是，研究人員希望進行進一步的測試，以便可以使用智慧型手機或可攜式螢光讀取器讀取結果。這意味著將來可以在資源較少的環境中進行測試，從而更便捷的進行病毒檢測。

來源：高分子科學前沿

相關焦點

  • 靈敏度提升10萬倍,將愛滋病診斷提早16天,正進行新冠試點
    傳染病對全球健康構成了巨大挑戰，而早期的診斷對於各種傳染病有效的治療和預防至關重要。目前對傳染病病毒，如人類免疫缺陷病毒（HIV）或是新冠病毒（SARS-CoV-2）檢測的方法較為繁瑣，且需要較長時間。
  • 基於CRISPR的新冠病毒快速診斷技術出現
    日公開的一項生物醫學研究，美國科學家報告了一種基於CRISPR的診斷工具可以快速檢測出新冠病毒。這一診斷工具大概需要45分鐘就能給出結果，準確性與傳統的RT-PCR檢測相當。　　之前的疾病大流行告訴人們，快速且易獲取的檢測方法對於實現有效的公共衛生響應很重要。然而，目前的新冠病毒檢測方法往往需要幾小時甚至幾天才能出結果。
  • 抓住新冠病毒的尾巴
    揭秘新冠病毒核酸檢測原理核酸檢測其實是檢測受測者體內是否有新冠病毒的核酸（RNA）。每種病毒的核酸內部都含有核糖核苷酸，不同的病毒所含的核糖核苷酸數量和排列順序不同，使得每種病毒都具有特異性。新冠病毒的核酸也是獨特的，核酸檢測就是對新冠病毒的核酸進行特異性檢測。
  • 數字PCR法可實現對新冠病毒核酸高精確測量|測量|病毒|核酸|PCR|新...
    記者陳海波從中國計量科學研究院獲悉，國際計量局近日在其網站上公布了新冠病毒核酸測量國際比對結果。比對結果表明，數字PCR法可在全世界範圍內實現對新冠病毒核酸含量的高精確測量。該比對由中國計量院提出和聯合主導，世界多個國家計量機構參與，有利於提高世界各國新冠病毒核酸測量結果的一致性和準確性。
  • 聖湘生物新冠病毒核酸檢測產品服務150多個國家和地區——分子診斷站上「風口」
    作為全球戰「疫」主力，在新冠肺炎疫情暴發期間，因在極短時間內研發出新冠病毒核酸檢測試劑等產品，聖湘生物成為最早獲批新冠檢測產品的6家企業之一。「突如其來的疫情讓分子診斷尤其是核酸檢測等精準醫療深入人心，未來分子診斷將會普遍運用到更多疾病診療中。」
  • 變異新冠病毒將成2021新挑戰,體外診斷企業在行動!
    目前的數據表明，501.V2 Variant在細胞中的病毒載量更高，不過和B.1.1.7一樣，還沒有明確證據表明它的致病性增強。就目前新冠病毒發生的變異來說，還不至於使疫苗失效。 世衛專家：變異新冠病毒將成2021年新挑戰 世界衛生組織歐洲區域辦事處主任克盧格7日在哥本哈根舉行線上記者會時說，進入2021年世界擁有了疫苗等應對新冠疫情的新工具，但同時也面臨病毒變異等新挑戰。
  • 張鋒團隊推出新一代 CRISPR 檢測技術,或將用於新冠病毒家庭檢測
    （來源：McGovern Institute for Brain Research）該檢測過程中不需要從患者樣本中純化 RNA，並且將檢測新冠病毒所需的化學反應步驟在一個試管中完成。在檢驗 12 個新冠病毒陽性和 5 個新冠病毒陰性樣本的實驗中，這一檢測達到 100% 的特異性和 97% 的靈敏度。
  • 相達生物科技新冠病毒提取試劑盒PHASIFY(TM) VIRAL獲得歐盟認證
    此標誌證明PHASIFY VIRAL符合歐洲體外診斷設備的標準（98/79/EC），具備歐盟市場和其他CE標誌認可地區的準入條件。PHASIFY VIRAL是一款有效的全球抗疫新產品，以高度濃縮和純化技術，有效提升、提取樣本中的病毒含量，提高下遊檢測的靈敏性，並可更早期檢測到患者的感染情況，提高下遊檢測的靈敏性，增強公眾對新冠病毒（COVID-19）測試結果的信心，助力全球新冠疫情的控制 。
  • 基於CRISPR-Cas12的新冠病毒便捷診斷產品,45分鐘內出結果
    全球範圍內，新冠疫情仍然嚴峻，確診病例數量持續攀升。快速切斷病毒的人際傳播是控制疫情的關鍵，這依賴於精準快速的病毒分析技術。但對於當前常用的qRT-PCR檢測方法，由於需要將樣本運送到實驗室，因此篩查和診斷新冠疑似病例通常需要24小時以上。除此之外，儘管血清學檢測方法頗為方便快捷，但在診斷急性SARS-CoV-2感染方面受到限制，靈敏度和特異性仍有待提高。因此，開發一種更為快速便捷、易於獲取且有效的新冠病毒檢測方法，已成為迫在眉睫工作。
  • 張鋒團隊推出新冠病毒CRISPR檢測技術
    在檢驗12個新冠病毒陽性和5個新冠病毒陰性樣本的實驗中，這一檢測達到100%的特異性和97%的靈敏度。不過科學家們也強調，這一檢測方法還沒有獲得FDA的批准，尚不能用於臨床上對新冠病毒感染的診斷。利用CRISPR檢驗新冠病毒的技術原理目前，診斷新冠病毒感染的主要檢測手段是qPCR，然而，qPCR所需的試劑和設備並不是總是容易獲得，而且樣本通常要運送到中央實驗室中進行檢測，可能延誤對患者的診斷和治療時間。為了推進對疾病的即時（point-of-care）診斷，研究人員力圖使用CRISPR編輯技術開發簡易、靈敏的分子診斷檢測。
  • 數字PCR法可實現對新冠病毒核酸高精確測量
    本報北京1月1日電 記者陳海波從中國計量科學研究院獲悉，國際計量局近日在其網站上公布了新冠病毒核酸測量國際比對結果。比對結果表明，數字PCR法可在全世界範圍內實現對新冠病毒核酸含量的高精確測量。該比對由中國計量院提出和聯合主導，世界多個國家計量機構參與，有利於提高世界各國新冠病毒核酸測量結果的一致性和準確性。PCR是聚合酶鏈式反應的簡稱，是一種酶促化學反應，可用於基因診斷。目前，新冠病毒核酸檢測主要運用的是螢光定量PCR方法。
  • 諾獎得主研發檢測新冠病毒新技術，病毒學家稱該方法不如傳統的診斷裝置好
    中國科學報10月12日消息，2020年諾貝爾化學獎得主、美國加州大學伯克利分校教授Jennifer Doudna領導的研究小組利用CRISPR基因編輯技術，提出了一種只需5分鐘就能檢測出新冠病毒的方法。該測試方法不需要昂貴的實驗室設備來運行，可以在醫生的辦公室、學校和辦公樓中使用。相關成果發表於預印本平臺medRxiv。
  • 新冠病毒檢測為何出現假陰性?
    其中最主要的一個變化是，將湖北省和其他省份的診斷分類標準區分開來。在湖北省，將原本的疑似病例標準拆分，原本的「老三條」：發熱、白細胞或淋巴細胞減少，以及肺部CT影像，被一分為二，只要滿足前兩條即可視為「疑似」，相當於放寬了疑似標準。但同時，將第三條肺部CT表現視為「臨床診斷」，為湖北新增的一類診斷類別。
  • 新冠病毒檢測儀 12分鐘提取96個樣本
    【共舞長江經濟帶·看高質量發展】新冠病毒檢測儀 12分鐘提取96個樣本　　【解說】11月9日至11日，「共舞長江經濟帶——看高質量發展」網絡主題活動走進重慶，採訪團深入重慶大渡口區的中元匯吉生物技術有限公司，探訪這家生物企業新冠病毒檢測儀器及試劑盒研發生產情況。
  • 新冠病毒檢測走向「物美價廉」
    使用該方法時，檢測人員首先直接從患者體內收集病毒RNA——通常是將棉籤插入鼻腔深處收集，隨後，在臨床實驗室將病毒的RNA轉化為DNA，然後用專門的儀器加熱和冷卻該DNA，使其複製增加，以更易於檢測出病毒。此過程重複進行約一小時後，可獲得新冠病毒檢測結果。
  • 興證醫藥健康:新冠病毒檢測方法優缺點全面解析
    最早出現的是IgM，但該抗體維持時間短、濃度低、親和力較低，在血中持續數日至數周，是急性期感染的診斷指標;在IgM接近消失時，IgG的含量達到高峰，IgG產生晚，但濃度高、維持時間長、親和力高，血清IgG陽性提示感染中後期或既往感染，當數月乃至數年再次接觸相同抗原時，最初原抗體量稍有下降，可能是由於一部分原有抗體被再次進入的抗原所結合，從而暫時降低了抗體含量，但短期內抗體含量迅速增加，可能比原來抗體含量高數倍至數十倍
  • 世界多國科學家發現：狗狗來檢測新冠病毒攜帶者準確率高達94%
    現在全世界已有多個國家開始用經過訓練的狗狗在機場等公共場所擔任這一要職，因為它們不但能嗅出病毒，而且準確率最高的可以達到94%，接近一般檢測盒，而且不但快速，而且省錢，更重要的人被嗅的人不受「捅鼻子」的罪。來看MSN網站10月11日對各國新冠病毒檢測犬的報導。
  • 聖湘生物:進口替代 新冠檢測、肝炎檢測市場份額第一
    聖湘生物高精化的「磁珠法」大幅提升了國內PCR診斷產品的檢測靈敏度，實現國產替代進口；簡便化的「一步法」 讓複雜的核酸提取簡化到只需移液操作，便於在各級醫院使用，讓大規模普篩成為了可能；自動化的「全自動統一樣本處理系統」解放人工，提升基因檢測操作的效能，拓展應用領域；便攜化的「POCT 移動分子診斷」 將分子檢測模塊進行集成，實現樣本進結果出的快速檢測，突破了分子診斷檢測實驗場地及複雜儀器的限制
  • 新冠核酸檢測,靶標越多靈敏度越高?權威評測結果有話說!
    就是新冠病毒基因組上的某一段特徵序列，單靶就是選一段，雙靶就是選兩段，三靶就是選三段……全靶呢？那就是把病毒全基因組測個序…… 2、針對遠處的一個敵人，衝鋒鎗好還是狙擊步槍好呢？當然是狙擊步槍，集中能量，一擊斃敵，靶標亦如此。
  • 數字PCR法可實現對新冠病毒核酸高精確測量 特別適合對輕症和無...
    來源：光明日報光明日報北京1月1日電記者陳海波從中國計量科學研究院獲悉，國際計量局近日在其網站上公布了新冠病毒核酸測量國際比對結果。比對結果表明，數字PCR法可在全世界範圍內實現對新冠病毒核酸含量的高精確測量。