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      English  |  上海硅酸鹽所  |  中國科學院  
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    上海硅酸鹽所等在表面增強拉曼散射檢測新冠病毒傳染性研究中取得進展
    發布時間:2022-01-18

      目前,新冠疫情正面臨全球化和快速變異傳播的困境,給世界各國帶來了嚴重的公共衛生安全問題。近期多起冷鏈食品和快遞物品相繼被檢出SARS-CoV-2新冠病毒核酸陽性樣本,引發了社會對新一輪新冠病毒傳播的高度關注。當前廣泛使用的實時熒光定量PCR核酸擴增等技術,其檢測對象為新冠病毒的核酸片段,不能判斷病毒的“死活”及傳染性。而被病毒污染的冷鏈或快遞物品上存在的SARS-CoV-2病毒有些是結構被破壞的“死”(裂解)病毒,不具有傳染性;但其內含病毒核酸片段經常還會導致PCR檢測呈陽性,從而引起不必要的社會恐慌和成本消耗。因此開發一種可以甄別環境中新冠病毒的“死活”及傳染性的檢測方法是十分必要的。 

      最近,中國科學院上海硅酸鹽研究所黃政仁研究員、楊勇研究員與安徽省疾病預防控制中心、上海交通大學仁濟醫院以及中國科學技術大學第一附屬醫院團隊合作,開發了一種新型超敏半導體表面增強拉曼散射(以下簡稱SERS)活性材料及新冠病毒傳染性診斷新技術。該技術通過新型SnS2半導體SERS基底,結合機器學習方法,根據SARS-CoV-2 RNA和刺突S蛋白Raman信號的差異性構建了SERS信號診斷標準,將其用于甄別環境中存在的SARS-CoV-2病毒的“死活”及傳染性,解決了目前PCR技術尚不能解決的診斷環境中新冠病毒傳染性的問題,對在當前新冠病毒肆虐局勢下避免疫情誤判具有重要意義。 

      該團隊開發了一種新型的具有納米片分級結構的超敏SERS襯底SnS2微米球。源于微米球表面存在的獨特納米“峽谷”形貌引起的毛細效應對探針分子產生的物理富集作用,和SnS2納米片存在的晶格應變、硫空位貢獻的化學增強效應,該材料對亞甲基藍分子(MeB)的SERS檢測限低至10-13 M。得益于其超高SERS靈敏度,針對實際環境中活病毒(高傳染性)、裂解“死”病毒(無傳染性)及兩者共存(有傳染性)的復雜情況,該團隊開創性地提出了兩步SERS檢測法實現了對新冠病毒傳染性的檢測和診斷。通過第一步SERS檢測,區分出具有極高傳染風險的活病毒樣本(含S蛋白信號、無RNA信號);再通過去除RNA和對病毒樣本進行裂解后開展第二步SERS檢測,可區分出具有一定傳染風險的“死活共存”的混合病毒樣本(含S蛋白、RNA信號)及不具傳染性的死病毒樣本(含S蛋白信號、無RNA信號),從而避免了PCR檢測技術把環境中已裂解病毒樣本誤判為陽性的情況。這為判斷環境中冷鏈食品、快遞物品、氣溶膠等病毒污染物的傳染性開辟了新途徑。 

      相關研究成果以“Identifying infectiousness of SARS-CoV-2 by ultra-sensitive SnS2 SERS biosensors with capillary effect”為題,近日在線發表于材料類頂級學術期刊Matterhttps://doi.org/10.1016/j.matt.2021.11.028)。論文第一作者為在讀博士生彭宇思,通訊作者為楊勇研究員。 

      相關研究工作得到了安徽省重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助和支持。 

      相關鏈接:

      https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00621-4 

      https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.11.028

    新型SnS2半導體超敏SERS材料設計與性能示意圖

    SnS2材料的合成(a)與制備材料表征:XPSb,c)、SEMTEMd-g)及晶體結構解析(h

    “兩步SERS檢測法”診斷SARS-CoV-2病毒傳染性(a);SVM支持向量機機器學習方法診斷病毒裂解與傳染性(b-g) 

     
     
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