為了盡快控制疫情，社會上迫切需要對新冠狀病毒進(jìn)行快速而可靠的檢測手段。目前大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室都在使用一種叫“聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)”的分子方法來檢測呼吸道病毒。雖然此法已得到了很好的驗(yàn)證，甚至可檢測極小數(shù)量的病毒，但也很耗費(fèi)時(shí)間且容易出錯(cuò)。

近期，Jing Wang 和他在瑞士國家聯(lián)邦實(shí)驗(yàn)室和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種結(jié)合了光學(xué)和熱學(xué)兩種效應(yīng)的“光學(xué)生物傳感器”來檢測病毒。據(jù)悉，這種傳感器是基于玻璃基板上的微小金結(jié)構(gòu)（即所謂的金納米島），然后將人工合成的 DNA 受體與SARS-CoV-2的特定 RNA序列相匹配嫁接到納米島上。由于冠狀病毒是RNA 病毒，它的基因組由單一的RNA鏈組成，因此通過傳感器上病毒的互補(bǔ)序列，便能可靠地識別病毒。

冠狀病毒（圖片來源：Fusion Medical Animation）

該傳感器用于檢測的技術(shù)稱為LSPR，是“局部表面等離子體激元共振”的簡稱。這是一種在金屬納米結(jié)構(gòu)中發(fā)生的光學(xué)現(xiàn)象：被激發(fā)時(shí)，它們會調(diào)制特定波長范圍內(nèi)的入射光，并在納米結(jié)構(gòu)周圍產(chǎn)生等離激元近場。因此當(dāng)分子結(jié)合到表面時(shí)，激發(fā)的等離子體近場內(nèi)的局部折射率便會發(fā)生變化，當(dāng)位于傳感器背面的光學(xué)傳感器觀察到此變化后，便可確定樣品是否包含特定的RNA鏈。

但這還不是全部，當(dāng)傳感器捕獲到與其上DNA受體完全匹配的RNA鏈時(shí)，這時(shí)傳感器還會產(chǎn)生第二種效應(yīng)“等離子光熱（PPT）效應(yīng)”——如果傳感器上相同的納米結(jié)構(gòu)被某個(gè)波長的激光激發(fā)，就會產(chǎn)生局部熱量。如前所述，病毒的基因組僅由單鏈RNA組成。如果這條鏈找到了互補(bǔ)的對應(yīng)物，則兩者結(jié)合將形成一條雙鏈，這一過程稱為雜交。當(dāng)雙鏈分裂成單鏈時(shí)，對應(yīng)的稱為熔融或變性，此時(shí)的反應(yīng)溫度被稱為熔化溫度。但當(dāng)環(huán)境溫度比熔化溫度低得多時(shí)，不互補(bǔ)的鏈也可以連接——因此為了避免此類錯(cuò)誤結(jié)果的出現(xiàn)，該傳感器結(jié)合了PPT效應(yīng)來提高環(huán)境溫度，使僅有彼此互補(bǔ)的鏈才可以連接，提高檢測準(zhǔn)確率。

為了證明這種新型傳感器可以可靠地檢測到新冠病毒，研究人員用一種與之十分相似的病毒進(jìn)行了測試——SARS-CoV，也就是2003年爆發(fā)的SARS病毒，兩者RNA只有微小的差別。 實(shí)驗(yàn)最終獲得了成功，“測試證明，該傳感器可以清楚地區(qū)分這兩種非常相似的 RNA序列，”Wang解釋道，“而且?guī)追昼妰?nèi)就能得到結(jié)果。”

然而，該傳感器若想在空氣中測量病毒濃度，則還需要一些別的輔助工具，例如一個(gè)可以吸入空氣，將氣溶膠濃縮并從病毒中釋放RNA的系統(tǒng)。對此，Wang說：“雖然還需要許多開發(fā)工作，但一旦準(zhǔn)備就緒，該傳感器便可應(yīng)用到其他病毒上，幫助在早期階段檢測和阻止流行病。”

該傳感器有望在火車站等人群密集場所得到應(yīng)用

來源：empa.ch

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