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基于碳纳米管的传感器可以检测新型冠状病毒蛋白

6 人参与  2021年10月27日 14:53  分类 : 纳米技术  评论

麻省理工学院 研究人员将他们的传感器整合到一个带有光纤尖端的原型中,该光纤尖端可以检测测试样品中荧光的变化

学分:麻省理工学院 麻省理工学院的工程师利用专门的碳纳米管设计了一种新型传感器,可以在没有任何抗体的情况下检测新型冠状病毒,并在几分钟内给出结果

研究人员表示,他们的新传感器基于能够快速生成快速准确诊断的技术,不仅适用于新冠肺炎,也适用于未来的大流行

“快速测试意味着,在未来的大流行中,你可以更早地开放旅行

你可以筛选下飞机的人,并决定他们是否应该隔离

你可以类似地筛选进入他们工作场所的人等等,”碳伙伴迈克尔·斯特拉诺说

麻省理工学院化学工程教授,该研究的资深作者

“我们还没有技术能够足够快地开发和部署这种传感器,以防止经济损失

" 该诊断基于斯特拉诺实验室此前开发的碳纳米管传感器技术

一旦研究人员开始研究新冠肺炎传感器,他们只用了10天就鉴定出了一种能够选择性检测他们正在寻找的病毒蛋白质的修饰碳纳米管,然后对其进行测试,并将其整合到一个工作原型中

这种方法还消除了对抗体或其他试剂的需要,抗体或其他试剂的产生、纯化和广泛使用是耗时的

麻省理工学院博士后赵素妍和研究生肖佳·金是这篇论文的主要作者,这篇论文今天发表在《分析化学》杂志上

其他作者包括麻省理工学院的研究生杨松云和崔建桥,以及博士后宫勋

分子识别 几年前,斯特拉诺的实验室开发了一种为各种分子设计传感器的新方法

他们的技术依赖于碳纳米管——由碳制成的中空、纳米厚的圆柱体,当暴露在激光下时会自然发出荧光

他们已经表明,通过将这种管子包裹在不同的聚合物中,他们可以通过化学方法识别特定的目标分子来制造传感器

他们的方法被称为电晕相分子识别(CoPhMoRe),利用了当某些类型的聚合物与纳米粒子结合时出现的现象

这些分子被称为两亲性聚合物,具有像锚一样锁在管上的疏水区域和形成一系列远离管延伸的环的亲水区域

这些环在纳米管周围形成一层称为电晕的层

根据环的排列,不同类型的目标分子可以楔入环之间的空间,并且目标的这种结合改变了碳纳米管产生的荧光的强度或峰值波长

今年早些时候,斯特拉诺和总部位于波士顿的诊断开发商InnoTech Precision Medicine获得了美国国立卫生研究院的资助,为新型冠状病毒蛋白制造了一种CoPhMoRe传感器

斯特拉诺实验室的研究人员已经开发了策略,使他们能够预测哪些两亲聚合物与特定的目标分子相互作用最好,因此他们能够快速为新型冠状病毒生成一组11个强有力的候选分子

在项目开始后的大约10天内,研究人员已经为新型冠状病毒病毒的核衣壳和刺突蛋白确定了精确的传感器

在此期间,他们还能够将传感器整合到带有光纤尖端的原型设备中,该设备可以实时检测生物流体样品的荧光变化

这样就不需要将样本送到实验室,而这是新冠肺炎金标准聚合酶链反应诊断测试所需要的

这种装置能在大约五分钟内产生结果,并能检测低至2的浓度

每毫升样品4微微克病毒蛋白

在这篇论文提交后最近进行的实验中,研究人员获得了比现在商业上可获得的快速测试更低的检测极限

研究人员还表明,当新型冠状病毒核衣壳蛋白溶解在唾液中时,该设备可以检测到它(但不是刺突蛋白)

检测唾液中的病毒蛋白质通常很困难,因为唾液中含有粘性碳水化合物和消化酶分子,它们会干扰蛋白质检测,这就是为什么大多数新冠肺炎诊断需要鼻拭子的原因

“这种传感器显示了最高范围的检测极限、响应时间和唾液相容性,即使没有任何抗体和受体设计,”Cho说

“这种类型的分子识别方案的独特之处在于,快速设计和测试是可能的,不受常规抗体或酶受体的开发时间和供应链要求的阻碍

" 快速响应 斯特拉诺说,研究人员开发工作原型的速度表明,这种方法可能有助于在未来大流行期间更快地开发诊断程序

他说:“我们能够在极短的时间内,从有人给我们病毒标记物,变成一个可以工作的光纤传感器。”

依靠抗体来检测病毒蛋白的传感器是许多目前可用的快速新冠肺炎测试的基础,但由于设计合适的蛋白抗体的过程非常耗时,因此开发这些传感器需要更长的时间

研究人员已经申请了这项技术的专利,希望这项技术可以商业化,用于新冠肺炎诊断

斯特拉诺还希望进一步开发这项技术,以便能够快速部署,应对未来的大流行

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