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量子纳米钻石可能有助于更早发现疾美国一级特黄片病

纳米技术 2022-06-21 23:58:09

伦敦大学学院 一位艺术家对用于体外诊断的纳米钻石的构想

信用:埃拉·马鲁工作室/ UCL 根据UCL研究人员在I-sense mckendriy小组领导的一项研究,纳米钻石的量子传感能力可以用来提高纸基诊断测试的灵敏度,有可能更早地发现诸如艾滋病毒等疾病

基于纸张的横向流动测试与妊娠测试的工作方式相同,将一张纸条浸泡在液体样本中,颜色的变化(或流感信号)表示阳性结果,并检测到病毒蛋白质或脱氧核糖核酸

它们被广泛用于检测从艾滋病毒到SARS-CoV-2的各种病毒(新冠肺炎的横向流动测试目前正在英国进行试点),并且可以提供快速诊断,因为结果不必在实验室中处理

发表在《自然》杂志上的这项新研究发现,低成本的纳米钻石可以用来发出艾滋病毒疾病标志物存在的信号,其灵敏度比这些测试中广泛使用的金纳米颗粒高几千倍

这种更高的灵敏度可以检测到更低的病毒载量,这意味着该测试可以检测到更低水平的疾病或在早期检测到疾病,这对于降低受感染个体的传播风险和有效治疗艾滋病毒等疾病至关重要

研究小组正致力于在接下来的几个月里采用新技术来检测新冠肺炎和其他疾病

下一个关键步骤是开发一种可以“读取”结果的手持设备,因为这项技术是在实验室用显微镜演示的

还计划进行进一步的临床评估研究

第一作者雷切尔·麦克安德鲁教授,UCL大学生物医学纳米技术教授和i-sense EPSRC IRC主任说:“我们的概念证明研究表明,量子技术可以用于检测患者样本中超低水平的病毒,从而实现更早的诊断

“我们一直专注于检测艾滋病毒,但我们的方法非常灵活,可以轻松适应其他疾病和生物标记类型

我们正在努力使我们的方法适应新冠肺炎

我们相信,这项革命性的新技术将使患者受益,并保护人们免受传染病的侵害

" 研究人员利用了带有精确缺陷的纳米钻石的量子特性

钻石高度规则结构中的这一缺陷产生了所谓的氮空位中心

NV中心有许多潜在的应用,从用于超灵敏成像的荧光生物标记到量子计算中的信息处理量子位

NV中心可以通过发出明亮的荧光来发出抗原或其他目标分子存在的信号

过去,荧光标记受到样品或测试条的背景荧光的限制,使得检测低浓度的病毒蛋白或DNA变得更加困难,而这将指示阳性测试

然而,荧光纳米金刚石的量子特性允许它们的发射被选择性地调制,这意味着可以使用微波场将信号固定在设定的频率,并且可以有效地从背景荧光中分离出来,从而解决了这个限制

光学结果显示,与金纳米粒子相比,灵敏度提高了五个数量级(100,000倍)(也就是说,产生可检测信号所需的纳米粒子数量要少得多)

通过包括一个10分钟的恒温扩增步骤,在该步骤中,核糖核酸的拷贝被扩增,研究人员能够在模型样本中检测到单个分子水平的艾滋病毒核糖核酸

这项工作是在实验室环境中演示的,但该团队希望开发测试,以便用智能手机或便携式荧光阅读器读取结果

这意味着,将来测试可以在低资源环境下进行,使用户更容易访问

第一作者博士

本·米勒(UCL伦敦纳米技术中心博士后研究员)说:“基于纸张的金纳米粒子横向流动测试不需要实验室分析,这使得它们在低资源环境和获得医疗保健有限的情况下特别有用

它们成本低、便携且用户友好

“然而,这些测试目前缺乏检测极低水平生物标志物的敏感性

在这种新设计中,通过用荧光纳米钻石代替常用的金纳米粒子,并选择性地调节它们(已经很亮的)发光,我们已经能够将它们的信号从测试条不需要的背景荧光中分离出来,极大地提高了灵敏度

" 合著者之一、UCL量子科学与技术研究所(UCLQ)主任约翰·莫顿教授说:“UCLQ和LCN的i-sense团队之间的这种跨学科合作是量子系统基础工作的极好例证,比如钻石中的NV中心,它可以从实验室发展而来,并在真实世界的传感和诊断应用中发挥重要作用

UCLQ的研究人员正在通过与工业和其他学术研究团体合作,探索和实现这些和其他量子技术的影响

"

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