液滴生物感应法为快速识别COVID-19打开了大门

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液滴生物感应法为快速识别COVID-19打开了大门

机械工程副教授程江涛和电子与计算机工程助理教授周伟开发了一种超灵敏的生物传感方法,可以显著缩短样本中COVID-19病毒的验证时间。他们的研究发表在6月29日的ACS Nano上。

程和周发现,冠状病毒检测还有很大的改进空间。目前COVID-19的验证测试需要几个小时才能完成,因为病毒存在的验证需要提取和比较病毒遗传物质,这是一个耗时的过程,需要一系列步骤。采样中病毒的数量也容易出现错误,而感染病毒较短时间的患者可能检测为阴性,因为病毒数量不足以引发阳性结果。

在Cheng和Zhou的方法中,采样液滴的所有内容都可以被检测出来,不需要提取或其他繁琐的步骤。微滴的内容在几分钟内被浓缩和表征,大大减少了误差范围,并给出了目前材料的清晰图像。

这种方法的关键在于创建一个表面,在这个表面上含有样品的水以不同的方式流动。在水滴可能“粘”或“滑动”的表面上,摩擦是决定因素。摩擦力大的表面会使水滴停止运动,反之摩擦力小的表面会使水滴在表面上自由滑动。

该方法首先将收集到的样品放入液体中。然后将液体引入具有高摩擦和低摩擦区域的工程基板表面。含有样本的液滴在某些区域移动得更快,但由于纳米天线涂层带来了更多摩擦,液滴会在其他位置固定。这些走走停停的水滑道允许水滴以可编程和可重构的方式被引导和运输。“停止”的位置非常小,因为在蚀刻的微柱上有一层复杂的碳纳米管涂层。

这些带有纳米天线的指定点被建立为主动传感器。程和周的团队加热基质表面,使固定的水滴开始蒸发。与自然蒸发相比,这种所谓的部分莱顿福德辅助蒸发提供了一种悬浮力,使液体蒸发时液滴的内容物向纳米天线漂浮。样品粒子束向液滴基底的受约束中心收缩,导致快速生成的分析物分子包。

为了对这些分子进行快速传感和分析,将一束激光束定向到这些被压缩的分子所在的位置,以产生它们的振动指纹光信号,这是对这些分子的波形描述。这种激光激活反馈的方法称为表面增强拉曼光谱。

所有这些都在几分钟内完成,并且冠状病毒的指纹光谱和频率可以从一组返回的数据中快速提取出来。

程教授和周教授的团队正在为这种方法申请专利,同时也在争取国立卫生研究院的资助,以推广这种方法。