麻省理工学院的工程师使用专门的碳纳米管设计了一种新型传感器，无需任何抗体即可检测 SARS-CoV-2，并在几分钟内给出结果。图片由研究人员提供

该技术可以开发为对 Covid-19 或其他新兴病原体的快速诊断。

麻省理工学院的工程师使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SARS-CoV-2，并在几分钟内给出结果。研究人员说，他们的新传感器基于可以快速生成快速准确诊断的技术，不仅适用于 Covid-19，还适用于未来的流行病。

“快速测试意味着您可以在未来的大流行中更早地开放旅行。您可以筛查下飞机的人，并确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，”麻省理工学院的 Carbon P. Dubbs 化学工程教授、该研究的资深作者 Michael Strano 说。“我们还没有能够足够快地开发和部署此类传感器以防止经济损失的技术。”

研究人员将他们的传感器整合到带有光纤尖端的原型中，该光纤尖端可以检测测试样品中的荧光变化。学分：麻省理工学院

该诊断基于 Strano 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 天时间就确定了一种能够选择性检测他们正在寻找的病毒蛋白的改性碳纳米管，然后对其进行测试并将其整合到工作原型中。这种方法还消除了对抗体或其他试剂的需要，这些试剂的生成、纯化和广泛使用是耗时的。

麻省理工学院博士后 Sooyeon Cho 和研究生 Xiaojia Jin 是该论文的主要作者，该论文今天（2021 年 10 月 26 日）发表在《分析化学》杂志上。其他作者包括麻省理工学院研究生 Sungyun Yang 和 Jianqiao Cui，以及博士后 Xun Gong。

分子识别

几年前，斯特拉诺的实验室开发了一种新方法来设计各种分子的传感器。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。他们已经证明，通过将这些管子包裹在不同的聚合物中，他们可以创建传感器，通过化学识别它们来响应特定的目标分子。

他们的方法被称为电晕相分子识别 (CoPhMoRe)，它利用了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聚合物，具有像锚一样锁定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。

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这些环在纳米管周围形成一层称为电晕的层。根据环的排列方式，不同类型的目标分子可以楔入环之间的空间，这种结合会改变碳纳米管产生的荧光强度或峰值波长。

今年早些时候，总部位于波士顿的诊断开发商 Strano 和 InnoTech Precision Medicine 获得了美国国立卫生研究院的资助，为 SARS-CoV-2 蛋白创建 CoPhMoRe 传感器。Strano 实验室的研究人员已经制定了策略，使他们能够预测哪些两亲聚合物将与特定目标分子相互作用最好，因此他们能够快速生成一组 11 种强有力的 SARS-CoV-2 候选物。

在项目开始后的大约 10 天内，研究人员已经确定了 SARS-CoV-2 病毒的核衣壳和刺突蛋白的准确传感器。在此期间，他们还能够将传感器集成到带有光纤尖端的原型设备中，该光纤尖端可以实时检测生物流体样品的荧光变化。这消除了将样本送到实验室的需要，而这是 Covid-19 的黄金标准 PCR 诊断测试所必需的。

该设备在大约五分钟内产生结果，并且可以检测到浓度低至每毫升样品 2.4 皮克的病毒蛋白。在本文提交后最近进行的实验中，研究人员已经达到了低于现在市售快速测试的检测限。

研究人员还表明，当 SARS-CoV-2 核衣壳蛋白（而不是刺突蛋白）溶解在唾液中时，该装置可以检测到它。检测唾液中的病毒蛋白通常很困难，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，这就是大多数 Covid-19 诊断需要鼻拭子的原因。

“即使没有任何抗体和受体设计，这种传感器也显示出最高范围的检测、响应时间和唾液兼容性，”Cho 说。“这种类型的分子识别方案的一个独特之处在于可以进行快速设计和测试，而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方法。

“我们能够在极短的时间内从将病毒标记交给我们的人转变为工作的光纤传感器，”他说。

依靠抗体检测病毒蛋白的传感器是现在可用的许多快速 Covid-19 测试的基础，但由于设计正确的蛋白质抗体的过程非常耗时，因此需要更长的时间来开发。

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研究人员已经申请了这项技术的专利，希望它可以商业化，用作 Covid-19 诊断。Strano 还希望进一步开发该技术，以便能够快速部署以应对未来的流行病。

参考：Soo-Yeon Cho、Xiaojia Jin、Xun Gong、Sungyun Yang、Jianqiao Cui 和 Michael S. Strano 于 10 月 26 日撰写的“使用 Corona 相分子识别加速开发时间的 SARS-CoV-2 蛋白的无抗体快速检测” 2021，分析化学。
DOI: 10.1021/acs.analchem.1c02889

该研究由美国国立卫生研究院快速加速诊断 (RADx) 资助。

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