作者肯·金格里，杜克大学 研究人员已经表明，等离子体可以增强荧光标记，用于在某些类型的疾病检测中向阳性样本发出信号
聚合物刷涂层可以阻挡不需要的生物分子，而捕获抗体(红色)可以捕获疾病的生物标记(透明)
然后，检测抗体(蓝色)与生物标记结合，并从附着的荧光团(球体)发出光
所有这些都被夹在一层金和一个银纳米管之间，银纳米管被第三种抗体(绿色)附着，为荧光团发出更亮的光创造了条件
学分:杜克大学丹妮拉·克鲁兹 杜克大学的工程师已经表明，纳米尺寸的银立方体可以使依赖荧光的诊断测试变得更容易阅读，使其亮度提高150倍以上
结合一个新兴的现场诊断平台，该平台已经显示出能够检测微量病毒和其他生物标志物，这种方法可以使这种测试变得更加便宜和广泛
该结果于5月6日发表在网络杂志《纳米快报》上
等离子体激元是一个科学领域，它将能量捕获在银纳米立方体表面的一个称为等离子体激元的反馈回路中
当荧光分子被夹在这些纳米立方体中的一个和金属表面之间时，它们的电磁场之间的相互作用会使分子发出更强的光
詹姆斯·迈克森
伊丽莎白·H
近十年来，杜克大学电气与计算机工程副教授巴顿一直与她在杜克大学的实验室合作，利用等离子体技术创造新型超光谱相机和超高速光学信号
与此同时，阿什托什·奇尔科蒂实验室的研究人员
卡加诺夫生物医学工程杰出教授，一直致力于一种独立的、即时的诊断测试，可以从生物医学流体(如血液)中识别出微量的特定生物标志物
但是因为这些测试依赖荧光标记来指示生物标记的存在，所以看到微弱的阳性测试光需要昂贵且笨重的设备
“我们的研究已经表明，等离子体激元可以将荧光分子的亮度提高数万倍，”迈克森说
“用它来增强受荧光限制的诊断分析显然是一个非常令人兴奋的想法
" 奇尔科蒂实验室的研究生达里亚·塞姆尼亚克补充说:“使用等离子体增强荧光进行现场诊断的例子并不多，现存的少数例子还没有应用到临床实践中。”
“这花了我们几年的时间，但我们认为我们已经开发出了一个可行的系统
" 在这篇新论文中，奇尔科蒂实验室的研究人员在一层金薄膜上建立了他们称为D4分析的超灵敏诊断平台，金薄膜是比等离子体银纳米管的阳离子更好的阴离子
该平台从一层薄的聚合物刷涂层开始，这阻止了任何东西粘在研究人员不想粘在那里的金表面上
然后，研究人员使用喷墨打印机来附着两组分子，这两组分子是为锁定测试试图检测的生物标记而定制的
一组永久附着在金表面，捕捉生物标记的一部分
一旦测试开始，另一个就被从表面洗掉，附着在另一个生物标记上，并闪烁光来表明它找到了目标
经过几分钟让反应发生后，剩余的样本被冲走，只留下那些设法找到生物标记匹配的分子，它们像拴在金色地板上的荧光信标一样漂浮着
一名研究人员持有D4检测法的测试版，该检测法已被证明能够检测出痕量的疾病生物标志物
学分:杜克大学米凯拉·凯恩 “检测的真正意义是聚合物刷涂层，”奇尔科蒂说
“聚合物刷允许我们在芯片上存储我们需要的所有工具，同时保持简单的设计
" 虽然D4分析非常擅长捕捉特定生物标志物的微小痕迹，但如果只有微量，荧光信标可能很难看到
Mikkelsen和她的同事面临的挑战是将等离子体银纳米立方体放置在信标上方，以增强信标的荧光
但通常情况下，说起来容易做起来难
“银纳米立方体和金膜之间的距离决定了荧光分子变得多亮，”在迈克森实验室工作的研究生丹妮拉·克鲁兹说
“我们面临的挑战是使聚合物刷涂层足够厚，以捕捉生物标记——并且只捕捉感兴趣的生物标记——但又足够薄，以增强诊断光线
" 研究人员尝试了两种方法来解决这个金发女孩之谜
他们首先添加了一个静电层，与携带荧光蛋白的检测分子结合，形成了一种银纳米立方体可以位于其上的“第二层”
他们还尝试对银纳米立方体进行功能化，这样它们就可以一对一地直接附着在单个检测分子上
虽然这两种方法都成功地增加了来自信标的光量，但前者表现出最好的改善，其荧光增加了150倍以上
然而，这种方法还需要一个额外的步骤来创建“第二层”，这给工程设计增加了另一个障碍，即如何在商业现场诊断而不仅仅是在实验室中进行这种工作
虽然荧光在第二种方法中没有提高多少，但测试的准确性提高了
奇尔科蒂实验室的研究生凯西奥·丰特斯说:“通过这两种方法构建芯片实验室微流控设备都需要时间和资源，但理论上它们都是可行的。”
“这就是D4分析正在走向的方向
" 这个项目正在向前推进
今年早些时候，研究人员利用这项研究的初步结果获得了一份为期五年、价值3
国家心肺血液研究所颁发的400万R01研究奖
合作者将致力于优化这些荧光增强，同时将孔、微流体通道和其他低成本解决方案集成到一个单步诊断设备中，该设备可以自动运行所有这些步骤，并由低成本设备中的普通智能手机摄像头引导
“现场检测的一大挑战是读取结果的能力，这通常需要非常昂贵的检测器，”迈克森说
“这是一次性检测的一个主要障碍，使患者能够在家或在低资源环境中监测慢性病
我们认为这项技术不仅可以解决瓶颈问题，还可以提高这些诊断设备的准确性和阈值
"
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