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手机快速定量检测新冠病毒

2020年全球爆发新冠疫情,严重影响了人们的日常生活。随着疫情的常态化,发展快速、灵敏、准确、便携的病毒检测技术对有效控制疫情至关重要。另一方面,随着智能手机的快速发展,手机摄像头拍摄质量不断提高,将智能手机应用到生物颗粒检测可以更有效地预防病毒的传播。近日,中国科学院化学研究所宋延林研究员和苏萌副研究员等通过纳米绿色印刷技术,制备了高精度的纳米链结构,实现了病毒颗粒的光学可视化检测,并且可通过智能手机快速定量检测新冠病毒。


目前,临床常用的核酸检测需要病毒灭活与裂解、RNA提取与逆转录、DNA扩增与荧光标记等,需要专业人员操作,对测试条件也有严苛要求,程序复杂,成本高昂。病毒抗原蛋白检测试剂盒作为核酸检测的替代手段,虽然提高了检测速度,但是准确度和灵敏度难以满足疫情防控需求。光学检测作为一种便捷的检测技术,可以直接、准确地检测病毒颗粒,满足即时检测的需求。但是,由于存在阿贝衍射极限,利用光学检测实现定量检测病毒颗粒仍是一项重大挑战。中科院化学所团队开发的纳米绿色印刷技术,通过微模板诱导墨滴成型,可实现单纳米颗粒精度微结构的大面积印刷制造。印刷的纳米链表面存在大量的羧基,可以偶联对应的抗体来特异性识别目标病毒。当病毒颗粒吸附在纳米链的表面上时,会产生散射共振近场增强作用,显著改变纳米链散射光的颜色。纳米链共振峰的移动与吸附病毒的数量相关,因此可用于实时监测环境中的病毒含量。

图1. 基于印刷一维纳米链,实现手机快速检测病毒。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


图2. 实时定量检测新冠病毒。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.


该工作发展的无标记纳米光学检测新策略,可在15分钟内直接从血清或痰液中快速识别目标病毒。纳米链的光学信号可对0 到 1.0 x 105 PFU mL-1 范围内的病毒载量进行实时响应,将检测限降低到1.0 PFU μL-1。这种检测方法有望发展为匹配智能手机的家用式快速检测设备,适用于缺乏专业实验设备的地区的快速筛查。


这一成果发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的第一作者是中国科学院化学研究所的博士研究生张泽英,共同通讯作者是宋延林研究员和苏萌副研究员。该工作得到了301医院吴东东、王科宇医生,俄罗斯ITMO大学孙雅丽博士,Dmitry Zuev教授,复享光学殷海玮博士以及复旦大学石磊教授的鼎力支持。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Printed Nanochain-based Colorimetric Assay for Quantitative Virus Detection

Zeying Zhang, Huadong Wang, Meng Su, Yali Sun, Shuang-Jie Tan, Ekaterina Ponkratova, Maoxiong Zhao, Dongdong Wu, Keyu Wang, Qi Pan, Bingda Chen, Dmitry Zuev, Yanlin Song

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202109985


宋延林研究员简介


宋延林,中国科学院化学研究所研究员、绿色印刷重点实验室主任、博士生导师,中国科学院大学长江学者特聘教授,杰青。主要从事光电功能材料、纳米材料与绿色印刷技术研究。已发表SCI 收录论文400余篇,被他人引用20,000余次,并多次被Nature, Science 等作为研究亮点报道。主持和参加编写英文专著10 部,中文专著2部;获授权中国发明专利100余项,美国、日本、欧盟、韩国等授权发明专利26项。


https://www.x-mol.com/university/faculty/15559 


苏萌副研究员简介


苏萌,博士,中国科学院化学研究所副研究员,北京市科技新星,中国科学院青年创新促进会会员。2017年在中国科学院化学研究所获得博士学位,同年入选“博士后创新人才支持计划”,现任中国科学院化学研究所副研究员。提出了墨滴调控自成形的印刷微纳图案化方法,实现了纳米级图案和器件的印刷制造。已发表学术论文70余篇,申请/授权发明专利15项,参与起草制定国际标准1项。


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