金纳米粒子检测：一滴血 15 分钟即可检测出隐藏疾病

热门资讯 2025年08月17日 09:25 1 admin

亚利桑那州立大学（ASU）研究人员研发的新型诊断测试的核心是微小的金纳米粒子，用于检测极少量的疾病相关蛋白质。该设备灵敏度极高，只需极少量液体样本（仅为一滴液体的一小部分）中的几百个分子就能检测出疾病。其灵敏度几乎是标准实验室测试的 10万倍。

一种新的售价 2 美元的金纳米粒子测试可以在几分钟内检测出致命疾病，无需实验室，为世界任何地方提供挽救生命的速度和准确性。

亚利桑那州立大学的研究人员发明了一种突破性的诊断工具，可以大大提高检测新冠肺炎、埃博拉、艾滋病和莱姆病等疾病的速度和准确性。该测试只需一滴血，花费仅几美元，约15分钟即可出结果。

在最近的一项研究中，研究小组证明，该设备可以非常精确地识别导致 COVID-19 的病毒，并可靠地将其与其他感染区分开来。

这款名为 NasRED（纳米粒子支持快速电子检测）的便携式诊断系统设计用于从小型乡村诊所到大型城市医院等各种环境。它无需昂贵的仪器或高级培训，即可提供实验室级别的准确度，有潜力成为公共卫生领域的重要工具。

“我们拥有快速抗原检测的速度和易用性，其灵敏度甚至比实验室检测更高，”该研究的主要作者王超（Chao Wang）表示：“这非常难实现。”

王超是分子设计与仿生生物设计中心和亚利桑那州立大学电气、计算机和能源工程学院的副教授，与亚利桑那州立大学的同事蔡艺芝（Yeji Choi）、塞西娜·米贾利利（Seyedsina Mirjalili）、阿希夫·伊克巴尔（Ashif Ikbal）、肖恩·麦克卢尔（Sean McClure）、兹亚尔·卡拉泰·穆罕默迪（Maziyar Kalateh Mohammadi）、斯科特·克莱门斯（Scott Clemens）、何塞·索拉诺（Jose Solano）、约翰·赫格兰（John Heggland）、张婷婷（Tingting Zhang）和左嘉伟（Jiawei Zuo）一起工作。

该研究发表在最新一期的《ACS Nano》杂志上。

阻止传染病传播

传染病仍然是人类健康最严重的威胁之一，在世界范围内造成广泛痛苦和重大经济损失。传染病每年造成超过 1000 万人死亡，是低收入国家的主要死亡原因。

根据《BMJ 质量与安全》发表的研究，仅在美国，每年就有近 80 万人因诊断失误而死亡或永久残疾。这些失误大多涉及感染或血管疾病，如果及时发现，这些疾病本可以得到成功治疗。

在许多低收入和中等收入国家，可靠的诊断检测稀缺或完全无法获得。设备成本高昂、缺乏训练有素的医务人员以及获取结果的漫长延迟，都会导致漏诊或延误诊断，并常常造成致命后果。

NasRED 等快速、低成本且便携的诊断工具可以让一线医护人员及早发现感染，从而能够在疫情失控之前迅速进行干预。

“在包括美国在内的世界许多地方，疾病正在蔓延，但人们往往没有接受检测——即使是像艾滋病毒这样的疾病。理想情况下，你应该定期进行检测，以便及早发现感染，”王超说：“例如，注射毒品的人感染艾滋病毒或丙型肝炎病毒的风险更高，但他们可能流落街头，难以接触到。如果我们不长期持续地对他们进行检测，我们可能会错过干预的机会——直到他们出现癌症或肝病等严重并发症，而那时治疗难度会大大增加。”

王超（左）和阿卜杜拉·阿尔·马蒙在实验室里。图片来源：亚利桑那州立大学生物设计研究所

金纳米粒子是检测的核心

新诊断系统的核心是金纳米粒子，它经过精确设计，可以识别与疾病相关的极少量蛋白质。这些纳米粒子表面包裹着精心挑选的分子，专门用于检测特定疾病。

一些纳米粒子表面包裹着抗体——一种功能类似于高特异性磁铁的分子。这些抗体可以与病毒或细菌在感染过程中释放的蛋白质结合。另一些纳米粒子表面包裹着抗原，抗原是直接从病毒或细菌中提取的蛋白质片段。这些抗原会自然地吸引人体免疫系统在感染后产生的抗体。

涂层处理后，纳米颗粒会与少量体液样本（例如一滴血液、唾液或鼻液）混合。当存在与疾病相关的分子时，大多数纳米颗粒会聚集在一起并沉入试管底部。在没有疾病的情况下，它们会均匀地悬浮在液体中。

然后，NasRED 装置将一束 LED 光照射到靠近试管顶部的液体中。一个定制的电子传感器会测量光的透过量。光透射率越高，表明纳米颗粒已沉降到底部，而上部则更清晰，这表明存在疾病。

马兹亚尔·卡拉泰·穆罕默迪在实验室。图片来源：亚利桑那州立大学生物设计研究所

超越现有标准的灵敏度

该设备灵敏度极高，即使微小体液样本中仅含有几百个分子（仅为一滴的一小部分），也能检测到疾病。这一浓度比标准实验室检测所需的浓度低近 10 万倍。

NasRED 的便携性和价格实惠性使其前景更加广阔。目前，PCR 或 ELISA 等检测的黄金标准需要昂贵的设备和训练有素的技术人员。NasRED 结构紧凑，操作简便。研究人员估计，每次测试的成本为 2 美元，非常适合在资源匮乏或偏远地区使用。

NasRED 有望填补关键的诊断空白，尤其适用于难以早期发现的疾病，例如丙型肝炎、艾滋病毒或莱姆病。它对于低发病率但高风险的新发疫情也大有裨益。这类疾病通常无法确诊，因为仅为一两名患者进行实验室检测成本过高。NasRED 提供了一种高灵敏度、可在护理点快速且经济地进行检测的检测方法，从而弥补了这一空白。

虽然 NasRED 目前需要小型台式机器来旋转和混合样品，但研究人员正在努力进一步实现该过程的小型化和自动化。随着持续发展，这项技术未来或许能成为一种便捷的家用检测方法，类似于现有的 COVID-19 快速检测。此外，它的灵敏度将大幅提升，应用范围也将更加广泛。

蔡艺芝（左）和塞西娜·米贾利利在实验室里一起工作。图片来源：亚利桑那州立大学生物设计研究所

超越现有诊断方法

NasRED 大大超越了现有的诊断标准。新研究表明，NasRED 的灵敏度比 ELISA 高出约 3000 倍，所需样本量减少 16 倍，并且得出结果的速度大约快 30 倍。

该技术的早期版本只需少量血液样本即可检测出埃博拉病毒。“对于新技术，我们将灵敏度降低到了阿摩尔范围，”王超说。这相当于在 20 个奥运标准游泳池中检测出一滴墨水。

该技术有望直接从体液中检测病毒载量，而无需像基于 PCR 的方法那样进行复杂的样品制备。在使用真实冠状病毒颗粒进行的初步测试中，NasRED 的灵敏度与雅培 ID NOW 相当，后者是一种用于检测多种疾病（例如 COVID-19）的流行分子检测方法。

王超实验室；前排从左至右：马兹亚尔·卡拉泰·穆罕默迪（合著者）、塞西娜·米贾利利（共同第一作者）、王超、肖恩·麦克卢尔（合著者）和阿卜杜拉·阿尔·马蒙。后排从左至右：伊尚·乔普德、斯科特·克莱门斯（合著者）、尼玛普里特·班拉、蔡艺芝（第一作者）、张婷婷（合著者）、拉迪卡·瓦蒂昆塔（已离开王超实验室）和穆罕默德·法西赫。图片来源：亚利桑那州立大学生物设计研究所

适用于多种疾病和病症的模块化平台

“我们传感器的优势之一是高度模块化，”王教授说道：“纳米粒子的设计使我们能够轻松地替换不同的蛋白质，从而使同一平台能够适用于多种不同的疾病。我们已经在针对产志贺毒素大肠杆菌以及癌症生物标志物、阿尔茨海默病相关蛋白、莱姆病和非洲猪瘟的研究中证明了这种方法。”

王教授最近获得了湾区莱姆病基金会新兴领袖奖，他将利用这项新技术的高灵敏度和便携性来检测早期莱姆病感染。

随着这项技术的发展，其应用范围可能超越传染病。癌症的早期发现、慢性病的实时监测以及对公共卫生威胁的改进监测都已触手可及。

参考文献:“纳米颗粒支持、快速和电子检测亚飞摩尔水平的 SARS-CoV-2 抗体和抗原”，作者：Yeji Choi、Seyedsina Mirjalili、Ashif Ikbal、Sean McClure、Maziyar Kalateh Mohammadi、Scott Clemens、Jose Solano、John Heggland、Tingting Zhang、Jiawei Zuo 和 Chao Wang，2025年8月11日，ACS Nano。DOI :10.1021/acsnano.5c12083

文章来源：Richard Harth，亚利桑那州立大学

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