5分钟内检测出新冠病毒，拉曼光谱立大功

新加坡南洋理工大学（Nanyang Technological University，NTU）设计出一款可在5分钟内检测出新冠病毒的装置。

基于拉曼光谱信号的病毒检测装置

呼气分析是一种前景广阔的检测方法，可用于检测和诊断多种疾病及健康状况，利用光谱技术有望实现快速、便捷地检测各类不同的生物标志物。例如，便于同时检测多种物质的频率梳、以及优化器件结构等光学元件的最新进展，推动着该研究领域的不断增长。

将光谱技术应用于传染病的检测，一直是极具吸引力的应用方向，目前该应用因新冠病毒（Covid-19）检测而凸显得愈加重要。

据麦姆斯咨询报道，新加坡南洋理工大学的研究团队日前设计出一款基于表面增强拉曼散射（SERS）的呼气分析模组，可在5分钟内完成新冠病毒的筛查；这是比鼻咽拭子和聚合酶链式反应（PCR）检测更优的方案。此项研究成果已发表于ACS Nano杂志，论文链接为：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09371。

“科学家已经开发出针对新冠病毒的呼吸分析型测试，这种测试主要依赖于感染新冠病毒的患者所呼出的挥发性有机化合物浓度的差异，但以往大多数情况都需要使用笨重、非便携式仪器进行分析。”南洋理工大学研究团队表示，“我们希望开发一种快速、方便、准确的呼吸分析测试方法，适用于大规模人群的现场筛查。”

研究人员设计了一款手持模组，该模组包含了搭载三组SERS探针分子的芯片，SERS探针分子附着于银纳米立方体上。当被测者向设备呼气10秒，呼气中的新冠病毒生物标志物会与传感器发生化学反应。然后，将呼吸分析仪装入便携式拉曼光谱仪中，再根据SERS信号的变化对反应后的化合物进行表征。

新一代无创呼吸诊断技术

拉曼光谱是研究新冠病毒检测问题的几种光谱模式之一。英国牛津大学（Oxford University）的研究表明，相比标准PCR检测，荧光光谱结合图像分析可以更可靠地识别出拭子样本中的病毒，并有望对新冠病毒以外的其他病毒完成同样的检测。

在其他地方，美国团队研究了空间光干涉显微镜与深度学习算法相结合，能否在无需先标记样本的情况下实现相同的测试结果。

由于SERS技术的化学特异性和所涉及的刺突蛋白的独特振动特征，该技术对新冠病毒检测极具吸引力，尽管现实应用一直面临着与低信号强度、多物种环境的潜在复杂拉曼响应有关的诸多挑战。南洋理工大学的设备利用了三组单独的SERS探针分子（分别为MBA、MPY和ATP）旨在解决这些挑战，这三组探针分子都能够与呼气中的挥发性有机生物标志物相结合。

在新加坡的医院和机场对501人进行了新冠病毒检测试验，结果表明，该方法的假阴性率为3.8%，假阳性率为0.1%，据说与PCR测试的准确率相当，但其优势在于可在5分钟内完成现场测试。

“基于SERS的呼吸分析仪利用呼吸代谢物与多种分子受体之间相互作用产生的振动指纹的关键变化，为高通量筛选建立了稳健的偏最小二乘判别分析模型。”该团队表示，“我们的战略目标致力于推动为大规模筛查而量身定制的新一代、非侵入性人类呼吸诊断工具集的开发。”