等离子增强生物检测用于无扩增SARS-CoV-2 RNA的检测与定量

为何更快、更简单的病毒检测很重要

COVID-19 大流行暴露出我们在很大程度上依赖那些速度慢、成本高且难以扩展的实验室检测的现实，而在数百万人需要快速检测结果时这些限制尤为明显。这里描述的工作提出了一种新型实验室检测方法，能够在不使用 PCR 常规扩增步骤的情况下识别并计数极少量的冠状病毒遗传物质。该方法旨在将医院级的准确性更靠近可广泛部署的简单低成本检测，在未来暴发时能更容易应用。

观察病毒遗传痕迹的新方法

标准的 COVID-19 诊断使用 RT-PCR，通过大量复制病毒 RNA 片段以便检测。尽管灵敏度很高，PCR 需要复杂设备、受过训练的人员和时间，且通常给出“有/无”的答案，而非精确的病毒载量。作者们着手构建一种更像是高度升级版 ELISA 血液检测的测定：保持简单的板式格式，但调整为直接检测病毒 RNA 并定量其含量。他们的方法以鼻拭子和唾液等样本中的 SARS-CoV-2 RNA 为目标，但设计上可方便地适配到其他 RNA 病毒。

将 RNA 变成可捕获的靶标

团队使用与 SARS-CoV-2 基因组特定区域互补的短 DNA 片段。这些 DNA 探针与从患者样本中提取的 RNA 混合后，经过温和的加热和冷却，会与任何匹配的病毒 RNA 配对形成 DNA–RNA 杂交体，就像一段小拉链由一股 RNA 链和一股 DNA 链组成。名为 S9.6 的特异性抗体充当捕手：它能识别并强烈结合这些杂交体，但不会结合普通的单链或双链 DNA 或无关的 RNA。通过在板底涂覆 S9.6，测定可以选择性地抓取仅含目标病毒遗传序列的杂交体，从而滤出样本中剩余的遗传杂讯。

使信号超亮

仅仅捕获病毒杂交体还不够；挑战在于在背景噪声中将其看清。研究人员没有使用传统的荧光染料，而是采用“等离子-荧光”纳米标记——经工程化的纳米颗粒，像微小的光天线。每个标记将金属纳米棒与多个荧光分子和一种能够结合 DNA 或抗体上的生物素标签的涂层结合在一起。这些等离子标记在相同条件下发射的光比标准染料亮度高出千倍以上。在实践中，这意味着需要的病毒杂交体数量远少于以往就能产生可检测的荧光，从而显著提高测试的灵敏度并降低可测最小病毒 RNA 浓度。

从模拟发光到数字计数

在最简单的“模拟”形式中，该测定测量每孔的整体亮度，类似经典的荧光测试。即使在此模式下，等离子增强系统相较于使用酶或常规荧光团的传统 ELISA，可将 SARS-CoV-2 RNA 的检测限和最低可靠定量水平提高 1 到 3 个数量级。作者随后进一步推进了这一思路，转为“数字”格式：他们不再对整个孔的光强取平均，而是用荧光显微镜对表面成像，并使用定制图像分析软件计数单个亮点纳米标记。这种单粒子计数方法又带来了约 10 到 30 倍的灵敏度提升，整体上使检测限约比 ELISA 提高 2,300 倍，定量限约提高 460 倍。

在真实样本上的应用

为检验该方法在受控实验室混合物之外的表现，研究人员检测了从 COVID-19 患者的鼻拭子和唾液中提取的 RNA，包括来自 alpha/beta 和 delta 等不同病毒变体的感染样本，以及来自感染其他呼吸道病毒的样本。他们的等离子增强测定在所有 PCR 阳性样本中检测到 SARS-CoV-2 RNA，而在 PCR 阴性样本或含其他病毒的样本中未见高于背景的信号，显示出可与 RT-PCR 相当的临床灵敏度和特异性。此外，测得的 RNA 浓度与 PCR 循环阈值呈反比：需要更少 PCR 周期（表明更高病毒载量）的样本，在新方法中显示出更高的 RNA 水平，这与生物学预期一致，表明该方法能提供有意义的病毒载量定量信息。

这对未来暴发可能意味着什么

对非专业读者而言，关键信息是该测定提供了一种在不进行使 PCR 变慢且对设备要求高的扩增步骤的情况下读取病毒含量的方法。通过将对 RNA–DNA 杂交体有选择性的抗体与超亮的纳米级光源和数字计数相结合，该方法在保留简单板式工作流程的同时，接近 PCR 的性能。经过进一步验证和工程优化，这类等离子增强测定可适配多种 RNA 靶标，并可能被改造成快速的现场检测形式，帮助临床医生不仅诊断感染，还能根据绝对病毒 RNA 测量判断疾病阶段和传染性。

引用: Liu, L., Seth, A., Liu, Y. et al. Plasmon-enhanced bioassay for amplification-free detection and quantification of SARS-CoV-2 RNA. npj Biosensing 3, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s44328-026-00078-x

关键词: SARS-CoV-2 RNA 检测, 等离子纳米标记, 数字免疫检测, 无扩增诊断, 病毒载量定量