从新冠病毒到癌症：新型家用检测技术可精准检测多种疾病
最近審查：15.07.2025
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喉咙痛、鼻塞？快速家用检测的出现，让您轻松判断自己是患上了像 COVID-19 这样的重症疾病，还是仅仅是春季过敏。然而，尽管这些检测快速便捷，但其灵敏度不如诊所使用的检测。这意味着即使患者确实感染，结果也可能是阴性。
解决方案可能是一种新型低成本生物传感技术，该技术可以使快速居家检测对 COVID-19 等病毒的灵敏度提高 100 倍。它还可以扩展对前列腺癌和败血症等其他危险疾病的快速筛查能力。
加州大学伯克利分校的科学家开发了一种测试，将一种称为“咖啡环效应”的自然蒸发过程与等离子体和人工智能相结合，可以在几分钟内准确检测出疾病生物标志物。
“这项简单而强大的技术只需传统诊断方法所需时间的一小部分，就能提供高精度结果，”加州大学伯克利分校微机电系统与纳米工程专业新博士生Kamyar Behrouzi说道。
“我们的工作为更便捷、更经济的诊断解决方案铺平了道路，尤其是在资源匮乏的地区。”
该技术的描述发表在《自然通讯》杂志上。
咖啡环效应和纳米粒子
如果你仔细观察咖啡渍或酒渍，会发现边缘比中心颜色深。这是由于一种名为“咖啡环效应”的物理现象造成的：一滴液体蒸发时，会产生一股水流，将悬浮颗粒推向边缘。如果颗粒含有色素，例如咖啡或酒渍，污渍边缘就会形成一个颜色更深的环。
2020年，贝鲁兹正在开发一种用于检测新冠病毒（COVID-19）的生物传感器，他注意到实验溶液的液滴干燥后会留下环状痕迹。他意识到，咖啡环效应可以用来浓缩新冠病毒颗粒，使其更容易被检测到。
“我们意识到我们可以利用这种效应创造出比我们最初计划的更好的东西，”贝鲁兹说。
测试如何进行？
快速测试技术使用称为等离子体纳米粒子的微小粒子，它们以特殊方式与光相互作用。
- 使用者将一滴含有与疾病相关的蛋白质的液体（例如来自口腔或鼻腔的拭子）滴到膜上。
- 干燥后，液滴会将疾病生物标志物集中在咖啡环区域。
- 然后，用户添加第二滴含有等离子体纳米粒子的液体，这些粒子可以“粘附”在疾病生物标志物上。
如果存在生物标记物，纳米粒子就会形成特定的图案，从而改变光与膜的相互作用方式。这些变化可以用肉眼或人工智能智能手机应用程序看到。
该技术可在不到 12 分钟的时间内提供结果，并且对 COVID-19 的灵敏度比类似的家用测试高 100 倍。
适用于其他疾病
“我们用这项技术能检测到的关键蛋白质之一是败血症的生物标志物，败血症是细菌感染引起的危险炎症反应，发展速度非常快，尤其是在50岁以上的人群中，”加州大学伯克利分校机械工程教授、资深研究作者林立伟说道。
“每个小时都至关重要，但培养细菌以确定感染源可能需要数天时间。我们的技术可以让医生在10到15分钟内检测出败血症。”
科学家已经创建了一种类似于快速 COVID-19 测试的家用测试原型，其中的 3D 打印组件可帮助正确定位样本并施加等离子体液滴。
林说：“在新冠疫情期间，我们依靠居家检测来判断自己是否感染了病毒。我希望我们的技术能够让人们更容易地在家接受前列腺癌等疾病的定期筛查。”