据麦姆斯咨询报道，随着新冠病毒奥密克戎（Omicron）亚型变异株BA.5的持续传播，全球卫生专家正越来越多地为未来做准备——新的变异还会出现、激增和消退，类似于季节性流感。掌握新冠病毒变异情况的一个重要手段是能够以“规模人群”快速监测病毒，这项工作需要准确和超快速的检测技术。
为了帮助应对这一挑战，印第安纳大学与普渡大学印第安纳波里斯联合分校（Indiana University-Purdue University Indianapolis，简称：IUPUI）研究人员正在开发一种新型COVID-19生物传感器——有可能实现未来新冠病毒肺炎检测所需的速度和效率。
Rajesh Sardar（中）与霍华德大学（Howard University）本科生Omolade Olofintuyi（左）交流，他们针对COVID-19进行先进生物传感器的研究工作。
这项研究工作由IUPUI科学院化学和化学生物学教授Rajesh Sardar及其研究生Adrianna Masterson领导，相关论文以“Selective Detection and Ultrasensitive Quantification of SARS-CoV-2 IgG Antibodies in Clinical Plasma Samples Using Epitope-Modified Nanoplasmonic Biosensing Platforms”为题发表于美国化学学会的Applied Materials & Interfaces期刊。
Rajesh Sardar说道：“大家都在追求高通量检测，因为这种高速分析手段对于未来对抗新冠病毒变异至关重要。而我们的技术具有很多优势：快速、高效、准确和前所未有的灵敏度。”
在速度方面，Rajesh Sardar实验室研发的COVID-19生物传感器目前可以在三个小时内分析96个人的采样。在效率方面，该检测技术仅需要10微升血液，相比之下，初级保健医生的典型血液检查则需采集10毫升血液——超过1,000倍。
Rajesh Sardar表示，该生物传感器还适用于其它样本类型，例如唾液。但这项研究工作是使用血液进行检测的，因为血液是最复杂的体液，因此是传感器准确性的最佳指标。所有检测样本均来自印第安纳州生物样本库（Biobank）——提供了216份血液样本：141份来自COVID-19患者的样本和75份健康对照样本。
基于盲法分析（Blind Analysis），IUPUI研究人员发现他们的COVID-19生物传感器的准确率为100%，特异性为90%。换句话说，该传感器从未报告过假阴性，并且仅在十分之一的样本中报告了假阳性。Rajesh Sardar认为，出于公共安全的目的，没有假阴性比假阳性更重要，因为假阴性的人可能会在不知不觉中感染他人，而假阳性的人并不危险。
Rajesh Sardar手持用于检测COVID-19的装置。Rajesh Sardar实验室开发的生物传感器可以在几个小时内以极高的灵敏度分析多达96个样本。
此外，Rajesh Sardar还说道，该生物传感器在检测人体COVID-19抗体浓度方面非常准确。这是因为它不仅可以检测病毒的刺突蛋白，还可以检测身体为抵御病毒而产生的蛋白质——免疫球蛋白G或IgG。
新冠病毒（SARS-CoV-2）中和抗体IgG定量检测
Rajesh Sardar表示，测量COVID-19抗体的能力很重要，因为目前根据美国食品药品监督管理局（FDA）紧急使用授权批准的许多COVID-19抗体检测不提供特定的抗体计数——该数字表明了一个人对感染的免疫力。
“准确检测患者的免疫水平对于未来预防COVID-19至关重要。”Rajesh Sardar说，“这在我们目前的状况中可以清楚地看到，因为像奥密克戎亚型变异株BA.5正在感染甚至完全接种疫苗和加强免疫的个体。”
为了实现COVID-19检测的目标效果，Rajesh Sardar实验室研发的生物传感器使用化学合成的金三角纳米棱镜，即使是微量的IgG也能产生独特强大的光学响应。这也意味着该传感器可以在感染的早期阶段检测到抗体。
含有SARS-CoV-2刺突蛋白亚基1作为受体的纳米等离子体生物传感器的结构和光学表征
这项研究工作始于新冠病毒大流行初期，并以2021年6月公布的初步有希望的结果为基础。接下来，Rajesh Sardar旨在进一步完善这项技术，目标是最终能够在不到一小时的时间内处理384个样本——或每天5,000个样本。
“这项研究是为未来做准备。”Rajesh Sardar接着说，“H1N1流感病毒株已有近100年的发展历史。我预计冠状病毒也将伴随我们很长时间。展望未来，我们需要想出方法来快速、方便、有效地衡量人群的感染情况或感染风险，并且以领先于病毒一步的速度开展防控措施。”
除了印第安纳州临床和转化科学研究所（CTSI）的资助，这项研究工作还获得了美国国立卫生研究院（NIH）国家转化科学促进中心的部分支持。
延伸阅读：
《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》
《新冠肺炎（COVID-19）诊断技术、厂商及趋势-2020版》
