量子纳米金刚胺有助于检测疾病

基于纸张的横向流动测试的工作方式与妊娠测试相同，将纸条浸泡在液体样本中，颜色(或荧光信号)的变化表明检测结果呈阳性，并检测出病毒蛋白质或DNA。它们被广泛用于检测病毒范围从艾滋病毒来SARS-CoV-2(横向流动试验新型冠状病毒肺炎目前正在英国各地试点)，可以提供快速诊断，因为结果不需要在实验室处理。

这项新研究发现，低成本纳米金刚石可用于发出艾滋病毒疾病标志物的存在，其敏感性比这些测试广泛使用的金纳米颗粒大的数千倍。

这种更大的敏感性允许检测较低的病毒载量，这意味着测试可以在更早的阶段培养较低水平的疾病或检测疾病，这对于降低感染的个体的传播风险至关重要，并且有效地治疗艾滋病毒的疾病。

研究小组正致力于将新技术用于测试新型冠状病毒肺炎和其他几个月的其他疾病。一个关键的下一步是开发一种可以“读取”结果的手持设备，因为使用显微镜在a中演示了该技术实验室．还计划进一步的临床评估研究。

第一作者Rachel McKendry教授，生物医学教授纳米技术在UCL和i-Sense EPSRC IRC的主任说：“我们的概念证明表明Quantum Technologies如何用于检测患者样本中病毒的超低水平，从而提高较早的诊断。“我们专注于检测艾滋病毒，但我们的方法非常灵活，可以很容易地适应其他疾病和生物标志物类型。我们正在努力调整我们的Covid-19方法。我们认为，这种转型性新技术将使患者受益和保护人口传染性疾病．”

研究人员利用量子纳米金刚胺制造的性质，具有精确的缺陷。钻石的高度常规结构中的这种缺陷会产生所谓的氮空位（NV）中心。NV中心具有许多潜在的应用，来自荧光生物克定用于对信息处理的超敏成像量子比特在量子计算．

通过发射明亮的荧光光，NV中心可以通过发出明亮的荧光来发出抗原或其他靶分子的存在。在过去，荧光标记物受到样品或测试条的背景荧光的限制，使得越难以检测将指示阳性测试的低浓度的病毒蛋白或DNA。然而，荧光纳米金刚胺的量子特性允许它们选择性地调制发射，这意味着信号可以使用微波场以设定的频率固定，并且可以从背景荧光有效地分离，解决这个限制。

与金纳米颗粒相比，光学结果显示出敏感性的五个数量级（100,000次）（即，需要大量的纳米颗粒以产生可检测信号）。含有短的10分钟恒温扩增步骤，其中RNA的拷贝乘以，研究人员能够在模型样品中检测单个分子的水平的HIV RNA。

这项工作是在实验室环境中演示的，但该团队希望开发测试，以便可以通过智能手机或便携式荧光阅读器读取结果。这意味着将来可以在低资源设置中执行测试，从而使用户更容易访问测试。

第一作者本·米勒博士(伦敦大学学院伦敦纳米技术中心i-sense博士后研究助理)说:“用金进行基于纸张的横向流动测试纳米粒子不需要实验室分析，这使得它们在资源不足和获得医疗保健的机会有限的环境中特别有用。它们成本低，便携，而且用户友好。然而，这些测试目前缺乏检测非常低水平的生物标志物．在这种新设计中，通过用荧光纳米金刚石取代常用的金纳米颗粒，并选择性地调制它们(已经很亮的)发射光，我们已经能够将它们的信号从测试条不需要的背景荧光中分离出来，大大提高了灵敏度。”

伦敦大学学院量子科学与技术研究所(UCLQ)主任、该论文的合著者约翰·莫顿教授说:“伦敦大学学院和LCN i-sense团队之间的跨学科合作是一个奇妙的例子，说明了量子系统的基础工作，如钻石中的NV中心，可以从实验室发展出来，并在真实世界的传感和诊断应用中发挥关键作用。”伦敦大学学院的研究人员正在与工业界和其他学术研究团体合作，探索并实现这些和其他量子技术的影响。”

这项研究发表在自然．