基于纳米管的传感器可以检测COVID-19蛋白质

使用特殊的碳纳米管，麻省理工学院的工程师设计了一种新型传感器它可以在没有任何抗体的情况下检测SARS-CoV-2，在几分钟内给出结果。研究人员说，他们的新型传感器基于的技术可以快速、准确地诊断Covid-19，而且可以用于未来的大流行。

“快速检测意味着你可以在未来的大流行中更早地开启旅行。你可以对下飞机的人进行筛查，确定他们是否应该隔离。你也可以类似地筛选进入工作场所的人，等等，”麻省理工学院化学工程Carbon P. Dubbs教授、该研究的资深作者迈克尔·斯特拉诺说。“我们还没有足够快的技术来开发和部署这种传感器，以防止经济损失。”

这种诊断是基于斯特拉诺实验室之前开发的碳纳米管传感器技术。一旦研究人员开始研究Covid-19传感器，他们只用了10天就确定了一种改性的碳纳米管，能够选择性地检测他们正在寻找的病毒蛋白质，然后对其进行测试，并将其纳入工作原型。这种方法还消除了对抗体或其他试剂的需求，这些试剂的生成、纯化和广泛使用非常耗时。

麻省理工学院博士后Sooyeon Cho和研究生Xiaojia Jin是这篇论文的主要作者分析化学．其他作者包括麻省理工学院的研究生杨圣云和崔剑桥，以及博士后龚迅。

分子识别

几年前，斯特拉诺的实验室开发了一种设计各种分子传感器的新方法。他们的技术依赖于碳纳米管——由碳制成的空心、纳米厚的圆柱体，当暴露在激光下时自然发出荧光。他们已经证明，通过将这些管包裹在不同的聚合物中，他们可以制造出通过化学识别来对特定目标分子做出反应的传感器。

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颗粒结合时发生的现象。这些分子被称为两亲性聚合物，它们具有疏水区域，这些疏水区域像锚一样附着在管子上，而亲水区域则形成一系列从管子延伸出去的环。

这些环在纳米管周围形成了一层叫做电晕的层。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，这种目标的结合改变了碳纳米管产生的荧光强度或峰值波长。

今年早些时候，Strano和波士顿诊断开发公司InnoTech Precision Medicine获得了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的拨款，用于创建用于检测SARS-CoV-2蛋白质的CoPhMoRe传感器。斯特拉诺实验室的研究人员已经制定了一些策略，使他们能够预测哪些两亲性聚合物与特定目标分子的相互作用最好，因此他们能够快速生成一组11种SARS-CoV-2的强候选分子。

在项目开始后的大约10天内，研究人员已经确定了SARS-CoV-2病毒核衣壳和刺突蛋白的精确传感器。在此期间，他们还能够将传感器集成到一个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。这就不需要将样本送到实验室，而这是Covid-19金标准PCR诊断检测所需要的。

该设备在大约5分钟内产生结果，并且可以检测到低至每毫升样品2.4皮克的病毒蛋白浓度。在这篇论文提交后，研究人员在最近进行的实验中，已经达到了比现在商业上可用的快速检测更低的检测极限。

研究人员还表明，该设备可以检测溶解在唾液中的SARS-CoV-2核衣壳蛋白(但不能检测刺突蛋白)。在唾液中检测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，会干扰蛋白质检测，这就是为什么大多数Covid-19诊断都需要鼻拭子。

赵教授表示:“该传感器在没有任何抗体和受体设计的情况下，也具有最高的检测极限、反应时间和唾液兼容性。”“这种类型的分子识别方案的独特之处在于，可以快速设计和测试，不受传统抗体或酶受体的开发时间和供应链要求的阻碍。”

快速反应

斯特拉诺说，研究人员能够开发一个工作原型的速度表明，这种方法可能有助于在未来的大流行期间更快地开发诊断方法。

他说:“我们能够在极短的时间内，从有人递给我们病毒标记到一个工作的光纤传感器。”

依靠抗体来检测病毒蛋白质的传感器(目前可用的许多Covid-19快速检测的基础)需要更长的时间来开发，因为设计正确的蛋白质抗体的过程非常耗时。

研究人员已经为这项技术申请了专利，希望能将其商业化，用于Covid-19诊断。斯特拉诺还希望进一步发展这项技术，以便能够迅速部署，以应对未来的流行病。

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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