美国Columbia Engineering 和 Rover Diagnostics公司(哥伦比亚的一家技术风险投资公司)的研究人员利用等离子体纳米粒子与光学器件结合成功开发了一种实时、多路、逆转录酶定量聚合酶链反应(RT-qPCR)测试。
这款超快便携式 PCR 检测系统重量仅有 2 磅（约0.96Kg），可用于分散式和即时护理(POC)环境。Rover 的联合创始人 Sam Sia 教授表示，团队的研究目标是创建一个平台，该平台可用于药店、交通枢纽、公共活动等对即时检测要求较高的地方。
RT-PCR平台利用等离子体热循环的光热过程，用红外线(IR)照射纳米颗粒，并从反应容器内部快速产生热量。在测试中，该平台以 100% 的灵敏度和特异性快速检测到人类唾液和鼻标本中的 SARS-CoV-2 RNA，以及两种不同的 SARS-CoV-2 变体。
图 Columbia Engineering 和 Rover Diagnostics 的团队表明，等离子体纳米粒子的红外加热促进了多重逆转录酶定量 PCR，用于快速检测 SARS-CoV-2。（ Abigail Ayers/Columbia Engineering 和 Nicoletta Barolini 提供）
PCR 检测主要在大型集中实验室进行，用于诊断某些传染病和可能预示疾病的基因变化。用于以受控方式升高和降低温度的仪器过于昂贵、笨重且技术含量高，无法在 POC 设置中使用。
研究人员不是依靠珀尔帖效应和热块来设定反应容器的温度，而是通过等离子体纳米粒子直接加热溶液。 在反应容器中，他们使用了在近红外范围内（约 850 nm）具有局部表面等离子体共振的金纳米棒。 这一波长范围使他们能够使用荧光探针进行实时荧光检测，而无需移除纳米棒。
为了驱动热循环，研究人员创建了一个由三个 IR LED 组成的光学装置，工作波长为 850 nm，并围绕薄壁 PCR 管同心放置。如果金纳米棒的浓度足够高，可以在不干扰荧光测量的情况下实现光热效应，那么溶液就会迅速产生热量。在每个循环中，冷却都是通过一个小型的12v风扇实现的。
对于实时荧光监测，研究人员使用同一个激发源和检测源激发并检测了三个荧光探针。该荧光装置由一个 488 nm 的激光二极管作为激发源和一个可以检测多个波长的光纤耦合光谱仪组成。研究在装有所有 PCR 试剂的反应容器中进行了 RT-qPCR，并在 23 分钟内获得了测试结果。他们目前正致力于开发一种可以检测 COVID-19及其变体和其他传染病的商业产品。
该研究发表在 Nature Nanotechnology (www.doi.org/10.1038/s41565-022-01175-4) 。
