自旋增強型納米金剛石生物傳感可用於超靈敏診斷

2020-11-28 科學網

自旋增強型納米金剛石生物傳感可用於超靈敏診斷

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/11/27 14:20:08

英國倫敦大學學院Rachel A. McKendry、Benjamin S. Miller等研究人員合作發現，自旋增強型納米金剛石生物傳感可用於超靈敏診斷。這一研究成果發表在2020年11月25日出版的國際學術期刊《自然》上。

研究人員發現，螢光納米金剛石可作為用於體外診斷的超靈敏標籤，通過使用微波場調節發射強度和頻域分析，可將信號與背景自發螢光（這通常會限制靈敏度）分開。研究人員對生物素-親和素模型實現了8.2×10-19摩爾的檢測極限，其靈敏度是金納米顆粒的105倍。HIV-1 RNA的單拷貝檢測可以通過增加10分鐘的等溫擴增步驟來實現，並且在增加一步提取步驟的臨床血漿樣品中得以進一步證明。

 

這個超靈敏的量子診斷平臺適用於多種診斷測試形式和疾病，並且具有改變疾病早期診斷的潛力。

 

據介紹，在金剛石中，氮空位缺陷的量子自旋特性使量子計算和通信中的各種應用成為可能。但是，螢光納米金剛石在體外生物傳感方面也具有引人注目的特性，包括亮度、低成本以及發射光可控性。基於納米顆粒的生物傳感器對於疾病的早期發現至關重要，但它們通常缺乏所需的靈敏度。

 

附：英文原文

Title: Spin-enhanced nanodiamond biosensing for ultrasensitive diagnostics

Author: Benjamin S. Miller, Lonard Bezinge, Harriet D. Gliddon, Da Huang, Gavin Dold, Eleanor R. Gray, Judith Heaney, Peter J. Dobson, Eleni Nastouli, John J. L. Morton, Rachel A. McKendry

Issue&Volume: 2020-11-25

Abstract: The quantum spin properties of nitrogen-vacancy defects in diamond enable diverse applications in quantum computing and communications1. However, fluorescent nanodiamonds also have attractive properties for in vitro biosensing, including brightness2, low cost3 and selective manipulation of their emission4. Nanoparticle-based biosensors are essential for the early detection of disease, but they often lack the required sensitivity. Here we investigate fluorescent nanodiamonds as an ultrasensitive label for in vitro diagnostics, using a microwave field to modulate emission intensity5 and frequency-domain analysis6 to separate the signal from background autofluorescence7, which typically limits sensitivity. Focusing on the widely used, low-cost lateral flow format as an exemplar, we achieve a detection limit of 8.2 × 1019 molar for a biotin–avidin model, 105 times more sensitive than that obtained using gold nanoparticles. Single-copy detection of HIV-1 RNA can be achieved with the addition of a 10-minute isothermal amplification step, and is further demonstrated using a clinical plasma sample with an extraction step. This ultrasensitive quantum diagnostics platform is applicable to numerous diagnostic test formats and diseases, and has the potential to transform early diagnosis of disease for the benefit of patients and populations.

DOI: 10.1038/s41586-020-2917-1

Source: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2917-1

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