纳米金可在15分钟内发现疾病：NasRED可读取一滴血中的数百个分子

ACS Nano描述了一种名为 NasRED（纳米粒子支持快速电子检测）的便携式诊断测试：它利用金纳米粒子和电光读数技术，检测超低浓度（低至亚飞摩尔/阿摩尔水平）的感染抗原和抗体。COVID-19 检测显示出与其他感染的准确区分，响应时间约为 15 分钟，测试成本约为 2 美元。据作者称，其灵敏度比 ELISA 高约 3000 倍，所需样本量减少 16 倍，结果得出速度提高 30 倍。

背景

• 为何再次强调即时诊断的重要性以及如何衡量其成功。在实际操作中，需要符合“安心/放心”标准的即时诊断（现场、快速、廉价）：经济实惠、灵敏、特异、用户友好、快速/稳定、无需设备/简便、交付及时、实时连接以及易于样本采集。大多数“家用”检测仍然未能涵盖所有方面，尤其是“S”灵敏度。因此，人们竞相寻找无需实验室即可达到实验室水平灵敏度的方法。
• 经典停滞的地方。
  • LAT 试纸（抗原检测）快速且便宜，但对 PCR 的敏感性适中，并且高度依赖于病毒载量/发病时间；即使是最好的试剂盒也常常达不到“实验室”灵敏度。
  • ELISA 准确，但需要试剂、洗板机/读数仪、孵育——这需要耗费数小时，并且需要在实验室内进行；现有的“增强型”ELISA 降低了门槛，但代价是增加了实验方案的复杂性。对于现场筛查来说，这些都是障碍。
• 为什么选择金纳米粒子？金纳米粒子是生物传感器的主力：它们具有显著的等离子体响应（聚集或环境变化时吸收/散射发生变化）、易于蛋白质/适体结合的表面化学性质以及良好的稳定性。这使得构建“被分析分子↔纳米粒子”连接并转换为光/电信号的测试成为可能，而无需复杂的光学原理。
• 电/光电读出技术向前迈进了一步。PoC的关键在于简化检测：无需使用大型分光光度计，而是使用 LED + 简单的光电传感器/电子设备，读取功能化纳米颗粒与目标结合后透明度/散射或“沉降”的变化。此类方案可提供较大的动态范围和快速的响应时间，同时保持较低的检测限。这正是 NasRED 的优势所在。
• 为什么同时检测抗原和抗体至关重要？对于不同阶段的感染，某些目标比其他目标更具信息量：抗原代表早期活动性感染，抗体代表既往/当前感染情况（伴有血清转化或评估免疫反应）。能够模块化地从抗原“重新鉴定”为抗体（并反之）的平台可以更快地扩展，以应对新的病原体/任务。
• 本文背景：在 SARS-CoV-2 的演示中，NasRED 展示了其能够在约 15 分钟内从微量（约 6 微升）样品中检测出亚飞摩尔水平的抗原/抗体，并准确区分 COVID-19 与其他感染；该平台据称可适用于毒素、肿瘤标志物等。这缩小了“试纸”与实验室在灵敏度和速度方面的差距。其结果是，在低发病率和资源匮乏的环境中，有望实现早期检测。
• 但超敏反应也伴随着风险。门槛越低，对纯度、交叉反应控制和假阳性管理的要求就越高。因此，平台上每个新的“靶点”都需要进行单独的临床验证和压力测试，以评估基质效应（血液、唾液、鼻咽）以及实际供应链中耗材的稳定性。
• 为什么这是检测方法演进的合理方向？该领域已经学会了如何“突破”皮摩尔级的障碍（例如数字ELISA、增强型LF格式），但更多时候是以昂贵的设备/复杂的实验方案为代价的。配备简易电子读数的AuNP平台力求将超高灵敏度与廉价硬件相结合——这正是ASSURED/REASSURED标准所要求的。

这是如何运作的

• 金纳米粒子表面覆盖有识别分子。为了寻找病毒蛋白，需要使用抗体；为了捕获患者的抗体，则需要使用病毒抗原。
• 这些颗粒被添加到微小样本（一滴血液/唾液/鼻液）中。如果样本中含有目标物，大部分纳米颗粒会粘在一起并沉淀到试管底部。如果没有目标物，悬浮液就会保持浑浊。
• 该设备将一束LED光束穿过液体顶部，然后电子传感器测量通过的光量：光量越多 = 颗粒“落下”，即存在目标。无需笨重的光学元件和复杂的样品制备。

新作品到底展现了什么

• COVID-19：NasRED 能够可靠地检测出 SARS-CoV-2 抗原和抗体，其水平在标准方法无法企及的水平，并能区分 COVID-19 与其他感染。在使用完整冠状病毒颗粒的湿法检测中，其灵敏度与 Abbott ID NOW（一种流行的分子检测方法）相当，但在速度/简便性方面更具优势。
• 检测阈值：团队将灵敏度提升至阿摩尔级（例如新闻稿中提到的“20个奥运游泳池中的一滴墨水”）。文章标题强调了亚飞摩尔水平。
• 模块化：相同的“空”纳米平台可以快速重新编程以用于其他目标，从大肠杆菌（志贺毒素）到肿瘤标志物和阿尔茨海默氏症蛋白；该技术的原型之前曾从微量血液中捕获埃博拉病毒。

为什么这很重要？

• 实验室级检测——无需实验室。医疗保健领域迫切需要快速、准确、低成本的即时检测 (PoC)。NasRED 弥补了快速试纸条和“繁重”实验室之间的差距：每次检测约 2 美元，约 15 分钟，极简设备和培训。这对于野外条件和资源匮乏的地区至关重要。
• 低发病率时的早期检测。当病例较少时（早期疫情爆发、HIV/HCV 高危人群、伯氏疏螺旋体病），建立实验室链无利可图，患者也根本不会接受检测。超灵敏的即时检测 (PoC) 可让您在大海捞针——并当场准确检测。

这个“优于标准”是多少？

作者提供了比较结果：灵敏度比 ELISA 高约 3000 倍，样本量减少 16 倍，响应时间加快 30 倍；绝对浓度下，亚微升中数百个分子，“比标准实验室检测灵敏度高近 10 万倍”（机构发布的估计值）。这些数字指的是研究条件下的基准值，需要外部验证。

关于“痛点”已经明确了什么

• 目前，样品制备需要台式微型离心机/搅拌机；该团队正在致力于小型化和自动化，目标是实现完全袖珍的格式，并可能进行家庭测试。
• 所宣称的通用性（针对不同疾病的模块）在纸面上非常出色，但对于临床而言，需要针对每个分析目标（HIV、HCV、疏螺旋体病等）进行单独的临床试验，并测试交叉反应、试剂稳定性和供应链质量。

这能去哪儿？

在可预见的未来，NasRED 看起来就像一个平台：一台设备 + 可更换的传感器“附件”，用于所需的标记物。如果模块化得到确认，这种方法可以加快部署针对新疫情的检测，并扩大在诊所、急诊科、流动点，甚至在难以接触的群体的流动团队中的即时诊断能力。

来源：Choi Y. 等。纳米颗粒支持、快速、电子化检测亚飞摩尔水平的 SARS-CoV-2 抗体和抗原。ACS Nano，发表于 2025 年 8 月 11 日。https ://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083