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功能化磁性纳米粒子可快速灵敏地检测SARS-CoV-2

磁性纳米粒子 COVID-19
发布:2020-10-12 14:33:42    

当前的COVID-19大流行是由RNA病毒引起的,这是一种严重的急性呼吸系统综合症冠状病毒(SARS-CoV-2),这是一种包膜病毒,其刺突由糖蛋白组成,包裹着其双层脂质膜。由于具有在极少数患者中引起严重肺炎的倾向,该病毒已成为诊断和治疗研究的重要目标。2020年10月在预印本服务器arXiv *上发表的最新研究表明,使用功能化的磁性纳米颗粒检测样品中病毒的可能性。

测试的重要性

测试对于遏制工作至关重要,因为不仅要对有症状的患者而且要对无症状的患者进行测试,并且必须对接触进行大规模测试才能打破传播链。到目前为止,黄金标准包括聚合酶链反应(PCR),这既复杂又费时。而且,该程序需要复杂的设备,成本高,并且需要技术熟练的人员进行操作。如果处理不当,则出现假阳性或阴性结果的几率很高。

随着病例数呈指数增长,在临床情况下测试COVID-19已成为压倒性的压力。此外,在发展中国家和不发达国家,有限的医疗资源可能会加剧这一困难。这迫切需要开发新方法或仪器以快速诊断这种感染的任务。

(a)功能化MNP的示意图,(b)模仿SARS-CoV-2的示意图,(c)有和没有模仿病毒的MPS信号的示意图

磁性纳米粒子在粒子检测中的应用

正在探索的即将到来的技术之一是基于磁性纳米颗粒(MNP)的均质生物传感,以检测特定种类的生物分子。这可能包括核酸或蛋白质。测试的原理是当暴露于强度随时间变化的磁场中时,MNP的磁化强度波动和磁特性。

生物分子与功能化MNP结合的程度由布朗弛豫决定,布朗弛豫会导致其流体动力学大小发生变化或引起交联。当暴露于时变磁场时,这会导致MNP的布朗弛豫时间和磁化动力学发生重大变化。

研究人员引用了这样一个例子,当与生物分子结合的MNP暴露于足够强度的交流磁场中时,由于布朗弛豫的减少,磁性粒子光谱(MPS)中的谐波明显减少。发现较高的谐波比基本谐波更迅速地降低,从而导致谐波比的降低与MNP浓度无关。

因此,这是使用MNP磁化强度及其在交流磁场中的磁化率/光谱的定量检测特定生物分子的良好基础。MPS的使用提供了一种便宜,灵活且灵敏的方法来确定MNP磁化强度和动力学,以检测生物分子。

有效检测的实验证据

当前的研究建议使用MPS来测量刺突蛋白与被抗体功能化的MNP的结合,从而检测病毒。此概念验证实验使用这些MNP作为传感器来检测假病毒颗粒,其中包括与刺突蛋白缀合的100 nm聚苯乙烯珠。他们设计了一种用于信号测量的MPS仪器,尤其是3次谐波与1次谐波的比率。

同样,他们使用旋转磁场(RMF)系统通过ac磁化率(ACS)光谱评估布朗弛豫时间。使用一定范围的颗粒浓度来评估该技术的灵敏度和检测极限(LOD),发现其为0.084 nM(5.9 fmole)。

这种设置允许非常敏感地检测模拟病毒,并在整个36秒的时间内进行了四次重复测量。如果进一步定制,则可以进一步减小LOD,以在此期间内平均测量36次测量。

使用世界卫生组织的被保险标准(WHO),这种方法被发现是一个非常适合用于疾病控制,是一个ffordable,s ^ ensitive,小号pecific,ü SER友好(需要最少的培训),[R APID和强大(结果需要低于30分钟),和d eliverable到最终用户,同时使用无害的和廉价的材料。唯一不适用的标准是Ë quipment-免费的,但这个测试可以建成为以低成本点的护理(POC)装置。

含义尽管当前的病毒检测测试是二进制的,但无法提供有关感染状况的信息,但这可以帮助定量检测活病毒颗粒,这将有助于针对被测个体调整治疗和遏制措施。实际上,由于与前者相比,流体动力学大小的变化要大得多,因此对病毒的检测比对功能化MNP上的刺突蛋白更为敏感。

研究人员总结说:“所提出的方法对低成本,易于处理的待测样品(混合测量)具有高度灵敏和快速的检测具有巨大的希望。'

还可以调整此方法以生成病毒分布的空间图,这不仅可用于遏制当前的大流行,而且可用于有关病毒感染和扩散的进一步基础研究。

aRxiv发表的内容未经同行评审的初步科学报告,因此不应被视为结论性的,指导临床实践/健康相关行为或被视为确定的信息。

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