利用尖端纳米技术解锁负担得起的疾病检测

科学家们已经开发了Subak，这是一种用于检测核酸酶消化的具有成本效益的工具。这项突破性技术使用荧光银纳米团簇来发出酶活性信号，为传统的FRET探针提供了一种更简单、更便宜的替代方案。由于每台 Subak 记者的制作成本仅为 1 美元，这项创新有望显着降低核酸传感应用的成本，包括 COVID-19 检测。

研究人员介绍了Subak，这是一种经济实惠的基于纳米技术的检测核酸酶消化工具，在COVID-19鉴定等核酸传感应用中至关重要，为FRET探针提供了一种具有成本效益的替代方案。

南卫理公会大学纳米技术专家MinJun Kim帮助德克萨斯大学奥斯汀分校的一组研究人员开发了一种更便宜的检测核酸酶消化的方法，这是许多核酸传感应用（例如用于识别COVID-19的应用）中的关键步骤之一。

核酸检测是识别引起传染病的病原体的主要方法。由于在 COVID-19 大流行期间，全球每天进行数百万次 PCR 检测，因此降低这些检测的成本非常重要。

核酸检测的进展

今天（2月13日）发表在《自然纳米技术》杂志上的一项研究表明，这种名为Subak的低成本工具可以有效地判断核酸酶何时发生消化，即一种称为核酸酶的酶将核酸（如DNA或RNA）分解成更小的片段。

荧光共振能量转移（FRET）探针是鉴定核酸酶活性的传统方法，其生产成本是Subak报告仪的62倍。

Subak 与传统方法的比较

“Subak reporter比基于FRET的系统更具成本效益和更简单，提供了一种检测核酸酶活性的替代方法，”SMU莱尔工程学院的Robert C. Womack主席兼BAST实验室的首席研究员Kim说，“今天的许多核酸检测方法，如PCR和DETECTR，仍然依赖于FRET探针在其最后步骤中的使用。

与PCR不同，DETECTR（DNA核酸内切酶靶向CRISPR反式报告基因）是一种更简单的检测或测试，它依赖于CRISPR-Cas核酸酶进行致病性DNA检测。Kim和德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员在DETECTR检测中成功地用Subak报告基因取代了FRET探针，从而大大降低了检测成本。

苏巴克记者的创新纳米技术

Subak报告基因基于一类特殊的荧光银纳米团簇。它们由 13 个银原子组成，这些银原子包裹在一条短 DNA 链上——一种有机/无机复合纳米材料，太小而肉眼看不到，尺寸从 1 到 3 纳米（十亿分之一米）不等。

这种长度尺度的纳米材料可以高度发光，例如量子点，并表现出不同的颜色。荧光纳米材料已在电视显示器和生物传感中得到了应用，例如Subak记者。

首席研究员Tim Yeh是德克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院生物医学工程副教授，他和他的团队对Subak报告基因进行了编程，使其在被核酸酶消化时会发出不同的颜色。

“这些DNA模板的银纳米簇最初发出绿色荧光，但当DNA被核酸酶片段化时，会经历显着的颜色转换为鲜红色，”Kim说。“在紫外线灯下，苏巴克记者的颜色变化很容易看到，”尽管实际设备很小。

Subak 记者的成本效益

Subak记者每个纳米分子的制造成本仅为1美元。相比之下，FRET需要使用不同的荧光染料，需要更多的荧光染料才能获得结果，每个纳米分子的生产成本为62美元，Kim说。这种成本的大幅降低可以使检测更容易获得和负担得起，从而彻底改变核酸检测领域。

未来发展方向和优化

Kim和SMU穆迪研究生和高级研究学院院长博士后研究员Kim和Madhav L. Ghimire与Yeh合作优化和表征DNA/AgNC银纳米团簇。这包括增加核酸酶碎裂前后的绿色和红色荧光的强度。

表征涉及确认纳米团簇在特定环境中的大小、结构和稳定性。

“优化这些低成本检测器对于监测其荧光特性、确保纳米团簇的稳定性、控制尺寸和结构至关重要，最重要的是提高它们在各种环境条件下的灵敏度和选择性，使其更可靠地用于传感目的，”Ghimire说。

除了进一步测试Subak报告基因的核酸酶消化外，该团队还希望研究它是否可以作为其他生物靶标的探针。