為了盡快控制疫情，社會上迫切需要對新冠狀病毒進行快速而可靠的檢測手段。目前大多數實驗室都在使用一種叫“聚合酶鏈式反應逆轉錄聚合酶鏈反應”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證，甚至可檢測極小數量的病毒，但也很耗費時間且容易出錯。

近期，Jing Wang 和他在瑞士國家聯邦實驗室和蘇黎世聯邦理工學院的團隊開發了一種結合了光學和熱學兩種效應的“光學生物傳感器”來檢測病毒。據悉，這種傳感器是基于玻璃基板上的微小金結構（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構中發生的光學現象：被激發時，它們會調制特定波長范圍內的入射光，并在納米結構周圍產生等離激元近場。因此當分子結合到表面時，激發的等離子體近場內的局部折射率便會發生變化，當位于傳感器背面的光學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，當傳感器捕獲到與其上DNA受體完全匹配的RNA鏈時，這時傳感器還會產生第二種效應“等離子光熱（PPT）效應”——如果傳感器上相同的納米結構被某個波長的激光激發，就會產生局部熱量。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的對應物，則兩者結合將形成一條雙鏈，這一過程稱為雜交。當雙鏈分裂成單鏈時，對應的稱為熔融或變性，此時的反應溫度被稱為熔化溫度。但當環境溫度比熔化溫度低得多時，不互補的鏈也可以連接——因此為了避免此類錯誤結果的出現，該傳感器結合了PPT效應來提高環境溫度，使僅有彼此互補的鏈才可以連接，提高檢測準確率。

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行了測試——SARS-CoV，也就是2003年爆發的SARS病毒，兩者RNA只有微小的差別。 實驗最終獲得了成功，“測試證明，該傳感器可以清楚地區分這兩種非常相似的 RNA序列，”Wang解釋道，“而且幾分鐘內就能得到結果。”

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，例如一個可以吸入空氣，將氣溶膠濃縮并從病毒中釋放RNA的系統。對此，Wang說：“雖然還需要許多開發工作，但一旦準備就緒，該傳感器便可應用到其他病毒上，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用

來源：empa.ch

粉體圈 Coco編譯