作者:保罗·舍勒研究所
能够快速可靠地识别针对各种病原体的抗体的测试板类似于传统显微镜的载玻片，并且使用简单
学分:保罗·舍勒研究所/马希尔·赞贝戈维奇 保罗·舍勒研究所和巴塞尔大学的研究人员为新冠肺炎开发了一种快速测试
其新颖的功能原理保证了关于患者新冠肺炎病及其病程的可靠和可量化的结果，以及可能存在的其他疾病和COVID变异的证据
然而，在它被广泛使用之前，它还必须经过进一步的测试和优化
研究人员在《ACS应用纳米材料》杂志上报道了他们的进展
德国保罗·埃尔利希研究所的海因里希·舍伊布劳尔领导的研究小组最近的一项研究表明，快速抗原检测的一个主要缺点是缺乏可靠性
在为该研究测试的来自不同制造商的122个测试试剂盒中，五分之一失败了，甚至没有达到将75%携带高病毒量的测试对象鉴定为冠状病毒阳性的最低要求
另一个缺点:测试只说受试者是否感染
它们不能提供任何关于受试者感染过程或免疫反应的信息
现在，PSI开发的一种新测试——与抗原测试不同，它不直接检测病毒的成分，而是检测免疫系统对感染产生的抗体——有望为快速测试带来更大的预测能力
它同样便宜、快速、易于使用，还可以用来同时识别多种病原体，例如导致流感的病原体
“因此，它也提供了比以前用于确定某人是否已经感染冠状病毒的快速抗体测试更多的数据，”负责开发新测试项目的PSI X射线纳米科学和技术实验室负责人Yasin Ekinci说
测试的中心构件是一个普通有机玻璃的小矩形板，类似于显微镜载玻片
它由一个一毫米厚的下层和一个0
2毫米
研究人员使用电子束光刻在下部制作浮雕图案，这是一种非常精确的工艺，用于研磨固体材料，例如，用于制造计算机芯片
一旦主模板以这种方式生产出来，研究人员将其与所谓的纳米压印光刻技术相结合，这大大加快了制造过程并降低了成本
多功能微结构 有了更薄的有机玻璃层作为覆盖，板现在有三个平行的通道，流体可以通过它们从一端流到另一端
每个都是300微米(0
3毫米)宽，3
入口高4微米
在出口处，通道有五倍宽，但只有一微米高
沿着中间的一段，通道变窄到只有几微米宽，在某一点上只有0
8微米高——大约比人类头发薄100倍
“这种特殊的通道结构同时服务于几个目的，”该研究的第一作者、巴塞尔大学瑞士纳米科学研究所的博士生托马斯·莫尔特曼说
莫特曼在防扩散安全倡议的x光纳米科学和技术实验室进行了他的研究
首先，它确保了强大的毛细作用，就像人们熟悉的将水从树根输送到树冠的导管组织一样
不需要泵
该力来自液体和固体表面之间的界面张力
它实际上是通过狭窄的通道吸水
有机玻璃中的通道也发生了完全相同的事情——除了不是水，而是一滴血液流过它
测试的关键是通道的高度从3
4微米至0
八
在研究人员称之为捕获区的地方，先前添加到血液中的颗粒会卡在预定的位置——这取决于血液中存在哪些病原体
莫特曼解释说，为了测试，受试者会去医生或测试中心
在那里，用手指戳取一滴血，如在血糖测试中
一种悬浮有特殊人造纳米颗粒的液体被混合到血液中
它们的表面具有与臭名昭著的新型冠状病毒病毒刺突蛋白相同的结构，人类抗体在对抗这种疾病时会与之对接
此外，添加了小荧光颗粒，这些颗粒附着在人体内的新型冠状病毒抗体上
这意味着，如果被测血液中有抗SarsCoV-2的抗体，荧光颗粒首先会附着在抗体上；然后，它们一起结合到明显更大的纳米粒子的病毒样结构上，并与它们一起粘在对应于纳米粒子直径的预定位置
“那就是通道正好是2的地方
8微米高，”莫特曼说
在这里，纳米粒子聚集在一起，人类抗体和它们发光的附属物与之对接
如果将平板放在荧光显微镜下，光信号是可见的
患者形成的抗体越多，就越亮；信号越清晰，免疫反应越强
这就是新冠肺炎被明确诊断的方法
Mortelmans解释说:“此外，你可以利用信号强度来观察免疫系统是否反应良好，是否可以预期一个温和的过程——或者它是否可能反应过度，这意味着有并发症的风险。”
一个具有多种可能性的快速测试 不存在通道被血液中的其他颗粒堵塞的风险
病毒本身只有0左右
尺寸为12微米，无阻力通过
只有纳米粒子旁边的红细胞比通道最窄的部分大
“在我们开发项目的开始，他们实际上造成了问题，”莫特曼说
“但我们已经优化了通道，这样它们现在就可以通过了
研究人员利用了细胞具有弹性和可压缩性的事实:“毛细作用力现在如此之大，以至于它会挤压血细胞通过每一个狭窄的通道。”
" 除了诊断新冠肺炎之外，这项测试还开辟了更多的可能性
此外，不同大小和不同表面结构的纳米颗粒可以混合到血液中，以便同时检测其他疾病
在这项研究中，Mortelmans使用表面与甲型流感病毒相对应的颗粒进行了研究
在实验中，捕捉区域的两个点亮了:一个是新冠肺炎的，一个是流感的
此外，还可以识别免疫系统在疾病不同阶段产生的不同抗体
例如，人们可以使用绿色荧光粒子，它只附着在感染早期出现的抗体上，而红色荧光粒子用于免疫系统在后期产生的抗体
“测试可以在很多方面扩展，”莫特曼说
“例如，我们可以一次毫无问题地测试十种不同的疾病，也可以使用四种颜色
“当然，通道的数量也可以增加，以测试更多的变体
原则上，第二和第三个通道只是为了确认第一个通道的结果
然而，它们也可以用来进行不同的测试
“原则上，我们这里有一个类似于乐高的系统，在这个系统中，你可以组合不同的组件，”项目经理Yasin Ekinci说
疫情冠状病毒爆发后不久，研究人员就开始了新测试的工作
“当时我们正在进行帕金森氏症的诊断测试，”埃克辛西说
“当疫情站稳脚跟时，我们问自己，作为一个研究机构，我们如何才能为克服它做出贡献
“然而，这种发展需要更长的时间，因为这种测试是如此新颖，因为一开始对这种病毒知之甚少，也因为患者样本也很难获得
在这项研究中，该设备用29份血样进行了测试——其中19份来自感染者，10份来自非感染者
除了一个假阴性的情况，测试总是正确的
这也是在后续测试中发现的
“当然，我们需要做更多的测试，才能对可靠性做出可靠的声明，还有很大的改进空间
但这是非常有希望的，”埃金奇说
此外，测试应该变得更加容易进行
“我们正在努力使唾液代替血液变得同样容易，”莫特曼报道
“我们还希望能够用手机摄像头代替显微镜来读取信号
现代设备现在能够做到这一点
“这样的测试目前需要10到30分钟
但也有可能在两分钟内完成；目前正为此目标进行优化
“我们的愿景是一项技术，”Ekinci说，“通过这项技术，我们可以通过手机可靠、快速、廉价地同时诊断多种疾病以及COVID和流感的变种
我们新颖的概念能够使这成为现实
"
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