檢測能力提升超百倍！碳納米管技術催生超靈敏度病毒探測器

垂直排列的密集碳納米管陣列可通過間距的精確控制，來選擇性地捕獲特定尺寸的病毒。這將無疑降低病毒檢測的濃度閾值，并加速識別新病毒的過程。該研究由賓州州立大學的一支跨學科科學家團隊主導，研究成果發表在2016年10月7日的《ScienceAdvances》雜志上。

    毛里西奧·特羅內斯（MauricioTerrones）是賓州州立大學的物理學、化學和工程學教授，同時也是論文作者之一。他說：“在未有癥狀，或是從現場樣品中檢測致病病毒是非常困難的，因為此時病毒的濃度低于目前檢測方法的閾值。基于碳納米管的設備允許我們從稀釋的樣品中根據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胞或細菌，但大于大多數蛋白質和大分子。這一技術將檢測少量病毒的能力提升了至少一百倍。”

    研究團隊開發并測試了一種小型便攜式設備，通過在碳納米管陣列中捕獲和集中病毒來提高病毒檢測的靈敏度。從患者或環境中收集的低濃度樣品首先通過過濾器除去細菌和人類細胞等大分子，然后通過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陣列并被消除。這樣，聚集在一起的病毒就可以通過多種測試方法來鑒定，包括聚合酶鏈反應（PCR），免疫學方法，病毒分離和基因組測序。

    特羅內斯表示：“由于我們的設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上未知的病毒。這一過程不需要任何抗體或分子標記。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，如全基因組測序來測定它們。”

    生物醫學工程副教授鄭斯揚是該論文的另一位作者。他說：“過去二十年中致命病毒的大爆發都是由新病毒的出現引起的。這種基于病毒尺寸的富集技術，在鑒定沒有抗體和序列信息的新病毒方面尤其有效。我們的新技術不僅能夠將病毒濃度提高至少一百倍，還可以去除宿主和環境污染物。從現場收集的樣品無需通過病毒培養就可以直接鑒定。”

    諸如流感、艾滋、埃博拉和寨卡病毒等都可以導致突發性的嚴重危機。目前用于分離和鑒定這類病毒的技術發展緩慢且成本高昂，并且通常需要昂貴的試劑和笨重的專用存儲介質。此外，大多爆發性的衛生危機都是由新病毒引起的，現有的方法對這些病毒無法進行選擇性分離和鑒定。

    鄭斯揚表示，他們開發的碳納米管陣列技術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，這些碳納米管陣列可以集成為一個可擴展的便攜式微型設備。如此一來，病毒的現場檢測就不再需要龐大的儀器和專門的存儲試劑。

    研究人員隨后使用病毒標準樣品檢測了病毒的稀釋樣品，以及現場樣品中新出現的未知病毒，以測試新設備的病毒捕獲能力。

    “我們開發了一個便攜式平臺，基于物理尺寸捕獲和富集病毒”，賓州州立大學博士后研究員和本文的第一作者Yin-TingYeh說：“這種基于尺寸來篩選的方法提供了快速富集現場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出未知的病毒，從而加快大規模病毒爆發事件中的疫苗開發進程。”