杜克大学的工程师已经表明，纳米尺寸的银立方体可以使它们的亮度提高150倍以上，从而使依赖荧光的诊断测试更容易阅读。结合已经显示出的新兴的即时医疗点诊断平台，该平台能够检测病毒和其他生物标记物的微量痕迹，该方法可以使这种测试变得更加便宜和广泛。

该结果于5月6日在线发表在《Nano Letters》杂志上。

等离子体技术是一个科学领域，它在称为等离子体激元的反馈回路中将能量捕获到银纳米立方体的表面上。当荧光分子夹在这些纳米立方体之一和金属表面之间时，它们的电磁场之间的相互作用会使分子更加有力地发光。杜肯大学电子与计算机工程系副教授James N.和Elizabeth H. Barton的Maiken Mikkelsen与杜克大学的实验室合作，使用等离子体技术创建新型的高光谱相机和超快光学信号。

同时，Ashutosh Chilkoti实验室的Alan L. Kaganov生物医学工程杰出教授的研究人员一直在进行独立的即时诊断测试，可以从中提取痕量的特定生物标志物。生物医学液体，例如血液。但是由于测试依靠荧光标记物来指示生物标记物的存在，因此要看到勉强阳性测试的微弱光线，就需要昂贵而笨重的设备。

“我们的研究已经表明，等离激元能将荧光分子的亮度提高数万倍，” Mikkelsen说。“用它来增强受荧光限制的诊断分析显然是一个非常令人兴奋的想法。”

Chilkoti实验室的研究生Daria Semeniak补充说：“没有很多人使用等离激元增强型荧光进行即时诊断，而是尚未将其应用到临床实践中。”“这花了我们几年时间，但我们认为我们已经开发出了一个行之有效的系统。”

在新论文中，来自奇尔科蒂(Chilkoti)实验室的研究人员将他们称为D4分析的超灵敏诊断平台构建在金薄膜上，金薄膜是等离激元银纳米立方体的杨的首选。该平台以一层薄薄的聚合物刷涂层开始，该涂层可以阻止任何东西粘附在研究人员不想粘附在其上的金表面上。然后，研究人员使用喷墨打印机将两组专门设计的分子附着在检测试图检测的生物标志物上。一组永久附着在金表面，并捕获一部分生物标记。一旦测试开始，另一个就从表面上洗掉，附着在另一块生物标志物上，并闪烁指示灯以表明已找到目标。

经过几分钟让反应发生后，其余的样品被洗去，仅留下设法找到其生物标记物匹配的分子，像拴在金色地板上的荧光信标一样漂浮。

Chilkoti说：“该检测的真正意义在于聚合物刷涂层。”“聚合物刷允许我们将所需的所有工具存储在芯片上，同时保持简单的设计。”

虽然D4分析非常擅长捕获少量痕量的特定生物标志物，但如果只有痕量，则荧光信标可能很难看到。Mikkelsen和她的同事所面临的挑战是将等离激元银纳米立方体放置在信标上方，以使信标的荧光增强。

但是，通常情况下，说起来容易做起来难。

在米克尔森实验室工作的研究生丹妮拉·克鲁兹说：“银纳米立方体和金膜之间的距离决定了荧光分子变亮多少。”“我们的挑战是使聚合物笔刷涂层足够厚，以捕获生物标志物-并且仅捕获感兴趣的生物标志物-但足够薄以仍然增强诊断灯。”

研究人员尝试了两种方法来解决这个Goldilocks难题。他们首先添加了一个静电层，该静电层与携带荧光蛋白的检测器分子结合，形成一种“第二层”，银纳米立方体可以位于其上。他们还尝试对银纳米立方体进行功能化处理，以便它们可以一对一地直接粘附在单个检测器分子上。

虽然两种方法都成功地增加了来自信标的光量，但前者表现出最好的改进，其荧光增强了150倍以上。但是，此方法还需要创建“第二层”的额外步骤，这为工程方法的商业化现场诊断而不是仅在实验室中增加了另一个障碍。虽然在第二种方法中荧光没有得到很大改善，但测试的准确性却有所提高。

Chilkoti实验室的研究生Cassio Fontes说：“通过这两种方法构建微流控芯片实验室设备都需要时间和资源，但是从理论上讲，它们都是可行的。”“这就是D4分析正在朝着的方向发展。”

该项目正在推进。今年早些时候，研究人员利用这项研究的初步结果，获得了美国国家心脏，肺和血液研究所的一项为期五年，价值340万美元的R01研究奖。合作者将致力于优化这些荧光增强功能，同时将孔，微流体通道和其他低成本解决方案集成到单步诊断设备中，该设备可以自动执行所有这些步骤，并可以通过低端的普通智能手机摄像头读取。成本装置。

Mikkelsen说：“即时检验的最大挑战之一是读取结果的能力，通常需要非常昂贵的检测器。”“这是进行一次性测试以允许患者在家中或在资源贫乏地区使用时监测慢性病的主要障碍。我们认为这项技术不仅是解决瓶颈问题的方法，而且是增强治疗效果的一种方法。这些诊断设备的准确性和阈值。”