升级光镊技术捕捉和移动单个病毒 为病毒研究和疾病诊断铺路

【字体: 时间:2021年10月30日 来源:Nanyang Technological University

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  由新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)和中国学者合作发明了一种升级版激光驱动的光镍设备,操纵光线充当“镊子”、能捕捉和移动单个病毒。且使用生物兼容材料不易加热,将有助于开发疾病诊断和病毒研究的新方法,因为该设备可以精确地“移动”单个病毒,使其瞄准细胞的特定部分。

准确的单一病毒检测对于疾病诊断和早期预防至关重要,特别是鉴于当前的新冠疫情。已有许多具有单一病毒敏感性的检测方法,包括光学方法和免疫检测方法。然而,迄今为止,同时有能力在微通道中捕获和检测单一病毒的技术仍然缺乏。新加坡南洋理工大学的研究人员报告了一种光镍技术以稳定地捕获液流中的纳米粒子。纳米粒子通过免疫标签与单个病毒和荧光量子点结合。单个病毒可以通过光学力在微通道中快速捕获,并通过相机成像。每个粒子上的病毒数量可以通过图像处理进行量化。新方法可以在2h内捕获和检测1mL血清或水中的单个病毒,为先进、快速、准确的临床诊断以及病毒感染、突变、药物抑制等的研究铺平道路。

这种设备能够将光线控制成“镊子”,精确地“移动”单个病毒,将其对准细胞的特定部分,有助于疾病诊断和病毒研究的新方法的开发,有助于疫苗的开发,因为该设备使科学家能够在一分钟内从数千个其他样本中分离出受损或不完整的病毒,而目前的过程既繁琐又缺乏精确度。

研究负责人之一、南洋理工大学李光前医学院副教授埃里克·雅普说:“目前分析病毒的传统方法是研究数千或数百万个病毒种群。我们只知道它们作为整个种群的平均行为。利用我们的激光技术,单个病毒可以被单独研究。“除了诊断疾病,我们的设备还可以用来发现异常值——例如,罕见的单个病毒有可能进化并引发下一波流行病。这将我们带入了一个可以在单个病毒水平上进行精确诊断的时代。”

研究人员在直径为90 ~ 100纳米(纳米)的腺病毒(adenovirus)上测试了名为“数字病毒操控芯片”的设备。腺病毒是一种常见的病毒,可以引起类似感冒的症状。虽然还没有在冠状病毒上进行试验,但其直径在80 ~ 120nm之间,与引起COVID-19的SARS-CoV-2病毒大小相似,有可能用于研究。

领导这项研究的南洋理工大学刘爱群教授说:“我们的发明利用光线操纵一定大小范围的病毒,我们已经证明它对腺病毒有效。”我们相信,我们的设备还可以用于捕获和集中SARS-CoV-2用于研究和诊断。”

这是一种非常精确地操纵病毒的“轻”方法

该装置长2厘米,宽2厘米,大约是拇指指甲的大小,由一个由氧化硅和氮化硅晶片制成的芯片组成,芯片上有纳米大小的空腔来容纳被捕获的病毒。芯片上方是一束激光,利用适当的能量引导高度聚焦的光束,就像一对“镊子”,可以隔离和移动病毒。        

该设备的工作原理是将血液等含有病毒的液体装入芯片。然后,一束激光束射向它,形成光点。由于光点中心的光线强度最高,这就产生了一种强大的力量,吸引并将病毒困在芯片上指定的空腔中。通过改变光斑的位置,病毒可以自由地转移到芯片的其他部分。这使得不同大小(从40纳米到300纳米)的病毒可以很容易地分选和浓缩。

刘教授说:“我们的发明是病毒研究的一个突破,让我们可以挑选出个别样本进行研究,而目前的同类技术只能处理大量的病毒。例如,我们可以分离有突变的单个病毒,以开发针对这些变异的疗法。我们的发明使用的绝缘材料是生物兼容的,不容易加热,不像目前产生大量热量的分类方法。这意味着科学家应该有信心用这种设备处理病毒,而不影响它们的特性和生存能力。”

亚普教授补充说:“使用这项技术,我们可以精心挑选特定的病毒颗粒,并对它们进行研究,以获得对它们及其引起的疾病的新见解。例如,它可以为更详细地分析特定的病毒变异打开新的渠道,这可能导致描述和对抗这些病毒变异的新方法。

科学家们正在努力扩大其使用。例如,他们正在研究该设备如何引导分离的病毒感染人类细胞的目标部分。该团队表示,这将导致病毒研究的进展,并提高疫苗和抗病毒药物开发的效率。


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