Nature论文解读：严重停顿!应用纳米金刚石的量子特征停止试纸横向活动测试，可将敏锐度进步10万倍

2020年11月26日讯/BIOON/---在一项新的研讨中，来自英国伦敦年夜学学院和牛津年夜学的研讨人员发明金刚石（nanodiamond）的量子传感才能可用于进步基于试纸的测试的敏锐度，从而有能够许可更早地检测HIV沾染等疾病。相干研讨成果揭橥在2020年11月26日的Nature期刊上，论文题目为“Spin-enhanced nanodiamond biosensing for ultrasensitive diagnostics”。

基于试条的横向活动测试的任务方法与怀胎测试雷同，行将试条浸泡在液体样本中，色彩或荧光旌旗灯号的变更表现阳性成果，并可检测病毒卵白或DNA。它们被普遍用于检测从HIV到SARS-CoV-2等病毒（今朝针对COVID-19的横向活动测试正在英格兰各地停止试点），而且可以供给疾速，这是由于测试成果不用在试验室处置。

图片来自Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2917-1。 这项新研讨发明，低本钱的金刚石可以用来指导HIV疾病标记物的存在，其敏锐度比横向活动测试中普遍应用的金纳米颗粒凌驾数千倍。

这种更高的敏锐度可以检测到更低的病毒载量，这意味着这种测试办法能够可以检测到较低程度的疾病，或许在更早的阶段检测到疾病，这关于下降沾染者的传达风险和无效医治HIV等疾病至关主要。

这个研讨团队正在尽力改良这种新技巧，以便在将来几个月内测试COVID-19和其他疾病。下一步的症结是开辟一种可以“读取”测试成果的手持装备，这是由于该技巧是在试验室中应用显微镜演示的。他们还筹划展开进一步的临床评价研讨。

论文配合通信作者、伦敦年夜学学院生物医学传授、i-sense EPSRC IRC主任Rachel McKendry传授说，“我们的概念验证研讨标明，量子技巧若何可以用于检测患者样本中超低程度的病毒，从而完成更早的。我们专注于HIV检测，然则我们的办法十分灵敏，可以很轻易地经改良后顺应其他类型的疾病和。我们正在尽力让我们的办法顺应COVID-19。我们信任，这种变更性的新技巧将使得患者受害，并维护人群免受沾染病的损害。”

McKendry团队应用了含出缺陷的纳米金刚石的量子特征。金刚石高度规矩构造中的这种缺点会发生所谓的氮空位（nitrogen-vacancy, NV）中间。NV中间有很多潜在的使用，从用于超敏锐成像的荧光生物标志到量子盘算中的信息处置量子位。

NV中间可以经过发射亮堂的荧光来发生指导抗原或其他靶分子存在的旌旗灯号。在过来，荧光标志遭到来自样品或试条的配景荧光的限制，使得难以检测到低浓度的病毒卵白或DNA。但是，荧光纳米金刚石的量子特征使它们的光发射可以被选择性调制，这意味着可以应用微波场将光旌旗灯号固定在一个设定的频率上，并可以无效地从配景荧光平分离出来，从而处理了这一局限性。

这些光学成果显示，与金纳米颗粒比拟，这种纳米金刚石技巧的敏锐度进步了多达5个数目级（10万倍）（即发生可检测的旌旗灯号仅需更低数目的纳米颗粒）。因为参加了一个短短10分钟的RNA拷贝产生倍增的恒温扩增步调，McKendry团队可以在模子样品中在单分子的程度下检测HIV RNA。

这项研讨是在试验室情况下演示的，不外该团队愿望进一步开辟这类测试办法，以便可以用智妙手机或便携式荧光读取器读取测试成果。这意味着，该测试将来能够在低资本情况下停止，应用户更轻易取得。

论文第一作者兼论文配合通信作者、伦敦年夜学学院伦敦中间（LCN）i-sense博士后研讨助理Ben Miller博士说，“基于试条的金纳米颗粒横向活动测试不须要试验室剖析，这使得它们在低资本情况和医疗办事无限的处所特殊有效。它们本钱低，携带便利，对用户敌对。但是，这类测试今朝缺少检测极低程度的敏锐度。经过在这种新的设计顶用荧光纳米金刚石代替常用的金纳米颗粒，并选择性地调理它们（曾经很亮）的光发射，我们可以将它们的旌旗灯号从试条的配景荧光平分离出来，从而极年夜地进步了敏锐度。”