檢測(cè)能力提升超百倍！碳納米管技術(shù)催生超靈敏度病毒探測(cè)器

   垂直排列的密集碳納米管陣列可通過(guò)間距的精確控制，來(lái)選擇性地捕獲特定尺寸的病毒。這將無(wú)疑降低病毒檢測(cè)的濃度閾值，并加速識(shí)別新病毒的過(guò)程。該研究由賓州州立大學(xué)的一支跨學(xué)科科學(xué)家團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，研究成果發(fā)表在2016年10月7日的《ScienceAdvances》雜志上。
  掃描電子顯微鏡圖像中的紫色部分為排列規(guī)整的碳納米管捕獲的H5N2禽流感病毒。（比例尺為200nm）。來(lái)源：賓州州立大學(xué)　　
  毛里西奧·特羅內(nèi)斯（MauricioTerrones）是賓州州立大學(xué)的物理學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)教授，同時(shí)也是論文作者之一。他說(shuō)：“在未有癥狀，或是從現(xiàn)場(chǎng)樣品中檢測(cè)致病病毒是非常困難的，因?yàn)榇藭r(shí)病毒的濃度低于目前檢測(cè)方法的閾值。基于碳納米管的設(shè)備允許我們從稀釋的樣品中根據(jù)尺寸大小選擇性地捕獲病毒，并使之聚集。這些病毒的尺寸通常小于人類細(xì)胞或細(xì)菌，但大于大多數(shù)蛋白質(zhì)和大分子。這一技術(shù)將檢測(cè)少量病毒的能力提升了至少一百倍。”
　研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)并測(cè)試了一種小型便攜式設(shè)備，通過(guò)在碳納米管陣列中捕獲和集中病毒來(lái)提高病毒檢測(cè)的靈敏度。從患者或環(huán)境中收集的低濃度樣品首先通過(guò)過(guò)濾器除去細(xì)菌和人類細(xì)胞等大分子，然后通過(guò)該裝置中的碳納米管陣列。
　病毒被碳納米管陣列所捕獲并聚集，其他較小的分子則穿過(guò)陣列并被消除。這樣，聚集在一起的病毒就可以通過(guò)多種測(cè)試方法來(lái)鑒定，包括聚合酶鏈反應(yīng)（PCR），免疫學(xué)方法，病毒分離和基因組測(cè)序。
　碳納米管陣列基于尺寸大小來(lái)篩選并匯集病毒。來(lái)源：賓州州立大學(xué)　　

   特羅內(nèi)斯表示：“由于我們的設(shè)備僅僅基于物理尺寸的大小分離和濃縮病毒，我們可以捕獲生物學(xué)上未知的病毒。這一過(guò)程不需要任何抗體或分子標(biāo)記。一旦我們捕獲并且得到一定濃度的病毒，就可以使用其他技術(shù)，如全基因組測(cè)序來(lái)測(cè)定它們。”
　生物醫(yī)學(xué)工程副教授鄭斯揚(yáng)是該論文的另一位作者。他說(shuō)：“過(guò)去二十年中致命病毒的大爆發(fā)都是由新病毒的出現(xiàn)引起的。這種基于病毒尺寸的富集技術(shù)，在鑒定沒(méi)有抗體和序列信息的新病毒方面尤其有效。我們的新技術(shù)不僅能夠?qū)⒉《緷舛忍岣咧辽僖话俦?，還可以去除宿主和環(huán)境污染物。從現(xiàn)場(chǎng)收集的樣品無(wú)需通過(guò)病毒培養(yǎng)就可以直接鑒定。”
　諸如流感、艾滋、埃博拉和寨卡病毒等都可以導(dǎo)致突發(fā)性的嚴(yán)重危機(jī)。目前用于分離和鑒定這類病毒的技術(shù)發(fā)展緩慢且成本高昂，并且通常需要昂貴的試劑和笨重的專用存儲(chǔ)介質(zhì)。此外，大多爆發(fā)性的衛(wèi)生危機(jī)都是由新病毒引起的，現(xiàn)有的方法對(duì)這些病毒無(wú)法進(jìn)行選擇性分離和鑒定。
　可以調(diào)整碳納米管陣列的間距來(lái)匹配不同大小的病毒，比例尺從上往下依次為100nm、10um、200nm。圖片來(lái)源：賓州州立大學(xué)　　
　鄭斯揚(yáng)表示，他們開(kāi)發(fā)的碳納米管陣列技術(shù)可以控制納米管之間的距離——從17納米到300納米，因此可以捕捉不同尺寸大小的病毒。同時(shí)，這些碳納米管陣列可以集成為一個(gè)可擴(kuò)展的便攜式微型設(shè)備。如此一來(lái)，病毒的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)就不再需要龐大的儀器和專門(mén)的存儲(chǔ)試劑。
　研究人員隨后使用病毒標(biāo)準(zhǔn)樣品檢測(cè)了病毒的稀釋樣品，以及現(xiàn)場(chǎng)樣品中新出現(xiàn)的未知病毒，以測(cè)試新設(shè)備的病毒捕獲能力。
　“我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)便攜式平臺(tái)，基于物理尺寸捕獲和富集病毒”，賓州州立大學(xué)博士后研究員和本文的第一作者Yin-TingYeh說(shuō)：“這種基于尺寸來(lái)篩選的方法提供了快速富集現(xiàn)場(chǎng)樣品中病毒濃度的可能性，并且不需要使用抗體。該裝置可以更早檢測(cè)出未知的病毒，從而加快大規(guī)模病毒爆發(fā)事件中的疫苗開(kāi)發(fā)進(jìn)程。”