借助SERS技术，约翰·霍普金斯大学或将彻底改变新冠筛查方式

约翰·霍普金斯大学的科研团队近期开发出一种新传感器，可同时提高准确性和检测速度，有望彻底改变新冠病毒等病毒的筛查方式。《纳米通讯》上发表的这项新研究称，这种传感器不需要样品制备或复杂的操作技能，特别适用于大规模群体检测，与现有的测试方法相比具有强大的优势。

Ishan Barman 和David Gracias

目前，PCR 检验的准确性很高，但需要复杂的样本制备，在实验室处理结果需要数小时甚至数天。而新冠快速测试寻找抗原的存在，在检测早期感染和无症状病例方面不太成功，可能会导致错误的结果。

而这项新技术完美解决了这两种最广泛使用的新冠测试的限制。该传感器几乎与 PCR 检验一样敏感，同时又与快速抗原检验一样方便。在最初的测试中，该传感器在检测唾液样本中的 SARS-COV-2 方面表现出 92% 的准确性——与 PCR 测试的准确性相当。

此外，该传感器在快速确定其他病毒的存在方面也非常成功，包括 H1N1 和寨卡病毒。"我们可以用它来进行多种病毒的广泛测试，例如，区分 SARS-CoV-2 和 H1N1，甚至是变种——这是一个目前的快速测试无法轻易解决的重大问题，"Barman 表示。

该传感器基于大面积纳米压印光刻技术、表面增强拉曼光谱学（SERS）和机器学习技术，可通过一次性芯片形式在刚性或柔性表面进行大规模测试。

该技术的关键是 Gracias 实验室开发的大面积、灵活的场增强金属绝缘体天线（FEMIA）阵列。研究人员将唾液样本放置在该材料上，并使用表面增强拉曼光谱进行分析，该方法采用激光来检查被检样本的分子如何振动。由于纳米结构的 FEMIA 大大加强了病毒的拉曼信号，该系统可以迅速检测出病毒的存在，即使样品中只存在少量的病毒痕迹。该系统的另一个主要创新是使用先进的机器学习算法来检测光谱数据中非常微妙的特征，使研究人员能够准确定位病毒的存在和浓度。

"无标签光学检测与机器学习相结合，使我们能够拥有一个单一的平台，以更高的灵敏度和选择性来检测各种病毒，而且周转非常快，”首席作者 Debadrita Paria 说，她作为机械工程的博士后研究员参与了这项研究。

这种传感器材料可以放置在任何类型的表面上，从门把手、建筑物入口到口罩和纺织品等。只要与手持测试设备集成，就可以很方便地在机场、学校、医院等地进行快速的病毒筛查。

"利用最先进的纳米压印制造和转移打印技术，我们制造出了高精度、高灵敏、可扩展的新冠病毒传感器基材，这对于未来无论是在基于芯片的生物传感器上，还是在可穿戴设备上的实施都非常重要，”Gracias 说。

该团队继续致力于进一步完善该技术，并使用患者样本验证该技术。

约翰·霍普金斯技术风险投资公司已经为与之相关的知识产权申请了专利，该团队目前正在寻求许可和商业化的机会。

研究作者包括化学和生物分子工程专业的研究生Kam Sang (Mark) Kwok；研究生 Piyush Raj；和机械工程专业的博士后 Peng Zheng。

该研究得到了美国国家科学基金会探索性研究早期概念补助金（EAGER）计划和美国国家卫生研究院院长创新者奖的支持。

相关仪器

本研究中，表面增强拉曼光谱（SERS）检测是通过HORIBA XploRA PLUS高性能全自动拉曼光谱仪完成的。XploRA PLUS拥有高灵敏度、高分辨率，可实现激发波长全自动切换。除具备通常的拉曼光谱测量功能外，可实现超快速拉曼光谱成像、荧光成像、超快速PL光谱成像等。适合医学、化学、纳米、材料、食品、药品、地质、考古、物证鉴定、珠宝鉴定等领域。

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