新型芯片检测早期HIV只需4小时45分钟

2月15日，《PLOS one》杂志上发表了一篇文章，向我们展示了一种超敏感、超快速的HIV检测新方法。这款设计在感染后一周就可以检测，且总时长为4小时45分钟，在测试当天即可拿到结果。

早期HIV感染检测是阻止艾滋病蔓延的关键点，也是改进抗病毒治疗有效性的重要方式。

核酸扩增测试（NAAT）已经成为了发现血液样本中低浓度病毒的黄金标准。但是，这类方法对技术有所要求，并且对于发展中国家来说有着高昂的成本。

免疫分析相对来说成本更容易接受，并且更适用于即时诊断。可是，目前很多此类方法的敏感度较低。

我们今天要介绍的新方法有哪些优越之处呢？先来了解一下它的结构和原理吧。

生物芯片

首先，作为一种生物传感器，它的体积是很小的。

新技术采用了一种“三明治”样的结构，结合了硅微机械结构和金纳米粒子以及抗体。

扫描电子显微镜下的单晶硅微悬臂梁阵列。

芯片中的硅采用了单晶硅微悬臂梁阵列。单晶硅阵列与具有生物功能化的捕获抗体结合，微悬臂梁长500微米，宽90微米，厚1微米。

微悬臂梁上的捕获抗体与HIV－1的p24抗原可以特异性结合。这些捕获抗体固定在单晶硅的阵列表面，防污分子被固定在悬臂和抗体间的空隙，以减少底表面上的非特异性相互作用。

第一步，将1毫升血清与上述结合捕获抗体的硅芯片在37℃孵育1小时，使得血样中存在的HIV－p24抗原与传感器表面的捕获抗体相结合。

下一步，严格除去微悬臂梁上的非特异性吸附。

纳米金粒子直径在100nm左右，表面被检测抗体包被。检测抗体能够与p24抗原特异性结合。

第三步，将捕获p24抗原后的芯片与1毫升纳米金粒子溶液（10微克／毫升）在37℃环境中再次孵育，15分钟后捕获的p24蛋白就可以被标记出来。

最后，将未结合的粒子漂洗除去，留下的金纳米粒子就是已经与HIV－1的p24蛋白相结合的。

测试总共需要4小时45分钟，这是非常迅速的。

意味着你可以在体检的同一天拿到诊断结果，甚至完成重复测试。

纳米机械信号与光电等离子转导

金纳米粒子可以通过纳米机械信号（附加质量）和光电等离子转导（散射强度）来测算血清中p24的浓度。

【顶图】通过测试微悬臂梁震动频率的改变得到附加质量。

【底图】免疫测定处理后微悬臂梁的暗视野成像获得散射信号强度。

超低的检出限

金纳米粒子给予的机械信号和光学信号都可以作为p24浓度的测定指示。这种精密灵敏的检测方式使得免疫分析对HIV抗原检测的检出限大大降低。

标准的核酸扩增试验（NAAT）检出限为20－35RNA拷贝／毫升，即10－18病毒颗粒／毫升，这通常是HIV感染第二周后血浆中出现的病毒浓度。第四代免疫分析对p24的检出限可以达到10皮克／毫升，这通常是感染后3－4周所能达到的浓度。

新型的生物芯片基于纳米机械信号和光电等离子转导来测算血清中p24的浓度，检出限可以降低到10－5皮克／毫升。

这种高敏感度的检测可以大大缩短HIV的窗口期（病毒在血液中开始复制但不能被检测到的时间段），血液中的HIV病毒在感染后一周就可以被检测到。

设计已经取得了CSIC的专利许可，也可以用来作为某些癌症的早期发现。

在成熟的微电子制造支持下，这种芯片具有低成本、大批量生产的可能，因而，具有广泛应用的巨大潜力。