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为解决新冠病毒检测难题，研究人员开发 LSPR 纳米传感器检测 SARS-CoV-2 抗体，其灵敏度优于 ELISA。
新冠病毒检测新征程：LSPR 纳米传感器崭露头角
自新冠疫情爆发以来，这场全球性的健康危机如同一场没有硝烟的战争，迅速席卷全球。新冠病毒（SARS-CoV-2）不断变异，传播力和免疫逃逸能力增强，给防控工作带来了极大挑战。在这场抗疫战斗中，检测技术成为了至关重要的 “武器”。
定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）虽为检测金标准，却存在费用高、检测时间长、对设备和操作人员要求高，且易出现假阴性结果等问题。血清学检测虽有成本低、便于现场操作等优势，但在检测急性感染时存在滞后性，因为新冠病毒抗体通常在症状出现一周后才能被检测到，而且传统的酶联免疫吸附测定（ELISA）特异性较低，假阳性率高，检测窗口期也容易出现假阴性，平均 4 小时的检测时间也有待优化。
在此背景下，巴西米纳斯吉拉斯联邦大学（Universidade Federal de Minas Gerais）等机构的研究人员开展了一项重要研究，致力于开发更高效的新冠病毒检测方法。研究成果发表在《npj Biosensing》杂志上，为新冠病毒检测带来了新的曙光。
研究人员采用的关键技术方法主要有以下几种：一是构建新冠病毒纳米传感器（COVID-nanosensor），通过将商用金纳米棒（GNR）与 SARS-CoV-2 重组核衣壳蛋白（N）进行共价功能化修饰；二是利用多种技术对纳米复合物进行表征，如紫外 - 可见光谱（UV–Vis spectroscopy）、动态光散射（DLS）、zeta 电位测量、荧光测量、暗场显微镜成像和 X 射线光电子能谱（XPS）等；三是使用来自巴西不同地区的患者血清样本，包括前瞻性队列研究中的血清样本以及 ICU 患者的血清样本，进行检测分析。
下面来看看具体的研究结果：
- ELISA 检测效能评估：研究人员构建样本库，用 qRT-PCR 确定感染早期阳性患者，收集不同症状出现天数的血清样本分组。用 79 份阴性和 57 份阳性样本评估 ELISA 诊断性能，总体特异性 100%，灵敏度 60.3%；仅包含症状出现≥10 天样本时，灵敏度提升至 93.4%；DPP 检测阳性样本中，ELISA 灵敏度达 97.4%。
- 纳米传感器的构建与表征：通过一系列实验确认纳米复合物形成。UV–Vis 光谱显示最终纳米传感器（GNR-DHLA-N）消光光谱与构建过程其他阶段相比有偏移；DLS 结果表明 GNR-DHLA 和 N 蛋白的功能化及组装；LSPR 曲线显示 GNR-DHLA-N 相对 GNR 和 GNR-DHLA 光谱有红移；zeta 电位变化证实 GNR 表面修饰；暗场显微镜图像观察到纳米复合物聚集；荧光强度增加也证实生物共轭成功；XPS 分析进一步揭示纳米复合物的化学组成和相互作用。
- 纳米传感器检测低浓度抗体能力：用纳米传感器检测添加不同浓度 SARS-CoV-2 多克隆抗 - N 抗体的对照血清，发现其能识别高浓度抗体时的较大光谱位移，最低可检测到 1 ng 的抗 - N 抗体，此时有 4 nm 的位移，接近技术检测极限。
- 纳米传感器检测自然感染患者血清抗体：将患者血清样本按 qRT-PCR 和抗 - N IgG ELISA 结果分为高阳性（highPOS）、低阳性（lowPOS）、不确定（UND）和阴性（NEG）四组。用纳米传感器检测发现，高阳性血清在 1:100,000 稀释时仍有显著光谱位移，阴性血清则无；1:10,000 稀释时，高阳性、不确定和低阳性血清均有明显反应，说明纳米传感器能检测到 ELISA 难以区分的样本。
- 纳米传感器早期检测优势：对所有血清样本单独检测评估纳米传感器诊断性能，其能识别 ELISA 无法检测的阳性样本，整体灵敏度 78.4%，高于 ELISA。按症状出现天数分组后发现，纳米传感器对症状出现 > 10 天的阳性样本灵敏度达 92.3%，<10 天的灵敏度为 69.2%，但均高于 ELISA，且特异性均为 100%。
- 病毒变异对纳米传感器性能的影响：选择感染 Gamma（P.1）或 Zeta（P.2）变异株的急性患者血清样本检测，发现光谱位移在 20 nm 至 60 nm 以上，表明核衣壳蛋白突变不影响纳米传感器诊断性能。
研究结论表明，开发的基于 LSPR 的 GNR-DHLA-N 纳米传感器特异性强、灵敏度高，能早期检测低水平抗 - N 抗体，在检测新冠病毒抗体方面明显优于 ELISA。尽管该技术在曲线评估和光谱位移计算方面需要专业知识，目前还存在一定局限性，但它为评估针对不同 SARS-CoV-2 毒株的血清学反应提供了新途径，有助于大规模筛查和监测，对未来疫情防控和诊断方法的发展具有重要意义，有望成为抗击新冠病毒及未来传染病的有力工具。
