垂直排列的密集碳纳米管阵列可通过间距的精确控制，来选择性地捕获特定尺寸的病毒。这将无疑降低病毒检测的浓度阈值，并加速识别新病毒的过程。该研究由宾州州立大学的一支跨学科科学家团队主导，研究成果发表在2016年10月7日的《Science Advances》杂志上。

　　扫描电子显微镜图像中的紫色部分为排列规整的碳纳米管捕获的H5N2禽流感病毒。（比例尺为200nm）。来源：宾州州立大学

　　毛里西奥·特罗内斯（Mauricio Terrones）是宾州州立大学的物理学、化学和工程学教授，同时也是论文作者之一。他说：“在未有症状，或是从现场样品中检测致病病毒是非常困难的，因为此时病毒的浓度低于目前检测方法的阈值。基于碳纳米管的设备允许我们从稀释的样品中根据尺寸大小选择性地捕获病毒，并使之聚集。这些病毒的尺寸通常小于人类细胞或细菌，但大于大多数蛋白质和大分子。这一技术将检测少量病毒的能力提升了至少一百倍。”

　　研究团队开发并测试了一种小型便携式设备，通过在碳纳米管阵列中捕获和集中病毒来提高病毒检测的灵敏度。从患者或环境中收集的低浓度样品首先通过过滤器除去细菌和人类细胞等大分子，然后通过该装置中的碳纳米管阵列。

　　病毒被碳纳米管阵列所捕获并聚集，其他较小的分子则穿过阵列并被消除。这样，聚集在一起的病毒就可以通过多种测试方法来鉴定，包括聚合酶链反应（PCR），免疫学方法，病毒分离和基因组测序。

　　碳纳米管阵列基于尺寸大小来筛选并汇集病毒。来源：宾州州立大学

　　特罗内斯表示：“由于我们的设备仅仅基于物理尺寸的大小分离和浓缩病毒，atv直播，我们可以捕获生物学上未知的病毒。这一过程不需要任何抗体或分子标记。一旦我们捕获并且得到一定浓度的病毒，就可以使用其他技术，如全基因组测序来测定它们。”

　　生物医学工程副教授郑斯扬是该论文的另一位作者。他说：“过去二十年中致命病毒的大爆发都是由新病毒的出现引起的。这种基于病毒尺寸的富集技术，在鉴定没有抗体和序列信息的新病毒方面尤其有效。我们的新技术不仅能够将病毒浓度提高至少一百倍，还可以去除宿主和环境污染物。从现场收集的样品无需通过病毒培养就可以直接鉴定。”

　　诸如流感、艾滋、埃博拉和寨卡病毒等都可以导致突发性的严重危机。目前用于分离和鉴定这类病毒的技术发展缓慢且成本高昂，并且通常需要昂贵的试剂和笨重的专用存储介质。此外，大多爆发性的卫生危机都是由新病毒引起的，现有的方法对这些病毒无法进行选择性分离和鉴定。

　　可以调整碳纳米管阵列的间距来匹配不同大小的病毒，比例尺从上往下依次为100nm、10um、200nm。图片来源：宾州州立大学

　　郑斯扬表示，他们开发的碳纳米管阵列技术可以控制纳米管之间的距离——从17纳米到300纳米，因此可以捕捉不同尺寸大小的病毒。同时，这些碳纳米管阵列可以集成为一个可扩展的便携式微型设备。如此一来，病毒的现场检测就不再需要庞大的仪器和专门的存储试剂。

　　研究人员随后使用病毒标准样品检测了病毒的稀释样品，以及现场样品中新出现的未知病毒，以测试新设备的病毒捕获能力。

　　“我们开发了一个便携式平台，atv，基于物理尺寸捕获和富集病毒” ，宾州州立大学博士后研究员和本文的第一作者Yin-Ting Yeh说： “这种基于尺寸来筛选的方法提供了快速富集现场样品中病毒浓度的可能性，并且不需要使用抗体。该装置可以更早检测出未知的病毒，从而加快大规模病毒爆发事件中的疫苗开发进程。”

　　编辑：梁博深

　　参考：

　　Yin-Ting Yeh，et al, Tunable and label-free virus enrichment for ultrasensitivevirus detection using carbon nanotube arrays, Science Advances 2016, DOI:10.1126/sciadv.1601026.

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