当圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院机械工程和材料科学教授Srikanth Singamaneni和Guy Genin在2019年底与医学院的研究人员建立新的合作关系时，他们并不知道传染病研究的格局即将发生巨大变化。在一个美丽的秋天，在俯瞰森林公园的会议室里，团队心中只有一个目标：解决当时世界面临的最大传染病问题。

“Srikanth和我有一个简单，定量诊断工具的愿景，所以我们与WashU的传染病医生联系并问他们，'如果你能在护理点廉价地获得真正详细的信息，最重要的问题是什么?'”Genin说，Harold和Kathleen Faught机械工程教授。

“Greg Storch告诉我们，传染病领域面临的最重要挑战之一是找到一种方法来快速确定患者是否患有细菌感染，是否应该接受抗生素治疗或病毒感染，抗生素对此无效。

医学博士Storch是医学院的Ruth L. Siteman儿科教授，他对经常影响大多数人的疾病感兴趣 - 感冒，链球菌性咽喉炎或流感 - 但这些疾病没有得到罕见疾病那么多的研究关注。“即使在传染病诊断方面取得了巨大进展，仍然有一个简单，快速和敏感的测试，”Storch说。“如果他们能够提供定量信息，那将特别强大。具有这些特征的测试可以在复杂的实验室或现场使用。

凭借他在开发用于生物学和医学应用的纳米材料方面的多年经验，Lilyan & E. Lisle Hughes教授Singamaneni试图克服即时诊断测试中的这些限制。Singamaneni和他的实验室开发了称为等离子体荧光荧光的超亮荧光纳米标记，可以快速集成到一个通用的测试平台，即侧向流动测定(LFA)。

等离激元增强型LFA(p-LFA)将廉价、现成的快速检测提高到医生所需的灵敏度水平，从而对检测结果充满信心，而无需基于实验室的确认。

根据2月1日发表在《自然生物医学工程》上的研究结果，该团队的p-LFA比传统的LFA敏感000倍，后者通过条带上的视觉颜色和荧光信号显示结果。当使用荧光扫描仪进行分析时，p-LFAs也比金标准实验室测试快得多，只需20分钟而不是几个小时即可返回结果，灵敏度相当或更高。p-LFAs可以检测和量化蛋白质的浓度，使它们能够检测细菌和病毒感染以及指向其他疾病的炎症标志物。

“等离子体荧光由金属纳米颗粒组成，作为天线来吸收光线并增强分子荧光团的荧光发射，从而使其成为超亮纳米颗粒，”Singamaneni解释说。

“我们的p-LFAs甚至可以拾取非常小浓度的抗体和抗原，这是感染的典型标志物，并为临床医生提供清晰，快速的结果，而无需专门的设备。对于初始筛选之外的定量测试，可以使用荧光读数器扫描相同的LFA条，只需一次测试即可快速，超灵敏的比色和荧光检测疾病标志物。

“这就像调高标准变色试纸的音量一样。新的p-LFA不是得到一条微弱的线，只指示阳性或阴性结果，而是用更少的颗粒提供更清晰的结果，使人们能够借助廉价的便携式扫描仪从简单的'是或否?'到确切的'多少?'，“医学院临床和转化研究部麻醉学研究教授Jeremiah Morrissey说。Morrissey是这项新研究的合著者，也是Singemaneni实验室的长期合作者。

这种改进的检测能力对于现在非常熟悉快速可靠的检测结果的需求和假阴性风险的人群来说具有明显的好处。

“当我们在2019年解决这个问题时，我们认为我们最大的挑战是从病人那里获得足够数量的样本，”Genin回忆道。“我们到底在哪里可以找到大量患者的样本，这些患者的症状被仔细记录，他们的诊断是通过缓慢而昂贵的PCR测试得到验证的?”在几个月内，COVID-19将消除这一障碍，同时带来一系列新的挑战和机遇。

第一作者罗希特·古普塔(Rohit Gupta)说：“大流行对我们来说是一个很大的转变，就像对每个人一样，”他作为Singamaneni实验室的研究生从事p-LFA研究，现在是辉瑞公司的资深科学家。“我们不得不放弃最初对区分病毒和细菌的关注，但事实证明，这是一个真正利害攸关的实用科学的机会。我们正在与流行病学家合作获取样本进行测试，与诊断师合作将我们的测试与可用的测试进行比较，并与临床医生合作深入了解患者护理的真正需求。

整个合作的投入帮助Gupta和Singemaneni完善了p-LFAs的设计，最终实现了95%的临床敏感性和100%的SARS-CoV-2抗体和抗原特异性。Genin将结果描述为令人震惊。

“我们不知道它会工作得这么好，”他说。“我们知道这会很好，但我们不知道这个带有 1 美元读数设备的 300 美元测试会比我们在 COVID 大流行期间使用的最新技术要好得多——10 倍。”

现在他们已经证明p-LFAs在灵敏度，速度，便利性和成本方面可以优于标准实验室测试，该团队正在寻求为该技术开发新的应用，包括回到他们最初的目标，即识别细菌与病毒感染，并将他们的诊断工具交到世界各地的医生手中。

p-LFA技术已由华盛顿大学技术管理办公室授权给Auragent Bioscience LLC。Singamaneni和Morrissey是WashU初创公司Auragent的联合创始人之一。

“我们预计在未来一到两年内将p-LFAs商业化，”Singamaneni说。“目前，我们正在努力改进我们的便携式扫描仪技术，除了肉眼可以看到的颜色变化外，它还为试纸增加了更灵敏的荧光读取能力。我们认为我们可以将成本降低到美国和国外的农村诊所可以使用的程度，这是我们最初的目标之一。

Singamaneni补充说：“我们也对检测比COVID更多的疾病的潜力感到兴奋，可能使用可以采集无痛样本的皮肤贴片。“这项技术有可能检测任何数量的疾病，从性传播感染到呼吸道感染等等，以及指示类风湿性关节炎和败血症等疾病中炎症的细胞因子。