微小的磁珠产生可用于快速检测病原体的光信号

从血液测试中获得结果可能需要一天到一周的时间，具体取决于测试的目标。水污染和食品污染的测试也是如此。在大多数情况下，等待时间与样品处理和分析中耗时的步骤有关。

现在，麻省理工学院的工程师已经在一类广泛使用的磁珠中发现了一种新的光学特征，可用于在各种诊断测试中快速检测污染物。例如，研究小组表明，该签名可用于检测食品污染物 沙门氏菌的迹象。

所谓的Dynabeads是微观磁珠，可以涂有与靶分子（例如特定病原体）结合的抗体。Dynabeads通常用于将它们混合到溶液中以捕获感兴趣的分子的实验中。但从那里开始，科学家们必须采取额外的、耗时的步骤来确认分子确实存在并与珠子结合。

麻省理工学院的研究小组找到了一种更快的方法来确认Dynabead结合病原体的存在，使用光学，特别是拉曼光谱。这种光学技术根据特定分子的“拉曼特征”或分子散射光的独特方式来识别特定分子。

研究人员发现，Dynabeads具有异常强烈的拉曼特征，可以很容易地检测到，就像荧光标签一样。他们发现，这个签名可以充当“记者”。如果检测到，该信号可以在不到一秒钟的时间内快速确认给定样品中确实存在目标病原体。该团队目前正在开发一种便携式设备，用于快速检测一系列细菌病原体，他们的结果将发表在《拉曼光谱学杂志》的新兴研究者特刊上。

“在医生试图缩小感染源以更好地告知抗生素处方以及检测食物和水中已知病原体的情况下，这种技术将是有用的，”该研究的共同作者Marissa McDonald说，他是哈佛 – 麻省理工学院健康科学与技术项目的研究生。“此外，我们希望这种方法最终将导致在资源有限的环境中扩大对高级诊断的访问。

麻省理工学院的研究合著者包括博士后助理李钟万;访问学者尼基维·姆兰加;研究科学家全雄康;塔塔教授 Rohit Karnik，他也是安利捷水和食品系统实验室的副主任;和机械工程系助理教授洛萨·塔德斯。

油和水

在液体样本中寻找患病细胞和病原体是一种耐心的锻炼。

“这是一个大海捞针的问题，”Tadesse说。

存在的数量非常少，以至于必须在受控环境中将它们培养到足够的数量，并对其培养物进行染色，然后在显微镜下进行研究。整个过程可能需要几天到一周的时间才能产生可靠的阳性或阴性结果。

Karnik和Tadesse的实验室都在独立开发技术，以加快病原体检测过程的各个部分，并使用Dynabeads使该过程具有便携性。

Dynabeads是市售的微型磁珠，由磁性铁芯和可涂有抗体的聚合物外壳制成。表面抗体充当钩子来结合特定的靶分子。当与液体（例如一瓶血液或水）混合时，存在的任何分子都会在Dynabeads上发光。使用磁铁，科学家可以轻轻地将珠子哄到小瓶底部，并将它们从溶液中过滤出来。Karnik的实验室正在研究如何进一步将珠子分离成与目标分子结合的珠子和不结合的珠子。 “尽管如此，挑战是，我们如何知道我们拥有我们正在寻找的东西？”塔德斯说。

珠子本身是肉眼看不到的。这就是塔德斯作品的用武之地。她的实验室使用拉曼光谱作为“指纹”病原体的一种方式。她发现不同的细胞类型以独特的方式散射光，可以用作识别它们的签名。

在团队的新工作中，她和她的同事发现Dynabeads还具有独特而强烈的拉曼特征，可以作为令人惊讶的清晰灯塔。

“我们最初试图识别细菌的特征，但Dynabeads的特征实际上非常强烈，”Tadesse说。“我们意识到这个信号可以成为向你报告你是否有这种细菌的一种手段。

测试信标

作为实际演示，研究人员将Dynabeads混合到被 沙门氏菌污染的水瓶中。然后，他们将这些珠子磁性地隔离到显微镜载玻片上，并测量了当暴露于激光时光通过流体散射的方式。在半秒钟内，他们迅速检测到了Dynabeads的拉曼特征 – 确认Dynabeads和推断沙 门氏菌存在于流体中。

“这可以用来快速给出肯定或否定的答案：是否有污染物？”塔德斯说。“因为即使是少数病原体也会引起临床症状。

该团队的新技术比传统方法快得多，并且使用的元素可以适应更小，更便携的形式 – 这是研究人员目前正在努力的目标。这种方法也非常通用。

“沙门氏菌 是概念的证明，”Tadesse说。“你可以用 大肠杆菌 抗体购买Dynabeads，同样的事情也会发生：它会与细菌结合，我们能够检测到Dynabead的特征，因为信号非常强。

该团队特别热衷于将该测试应用于败血症等疾病，在这些情况下，时间至关重要，并且使用常规实验室测试无法快速检测到触发该疾病的病原体。

“有很多病例，比如败血症，致病细胞不能总是在平板上生长，”Karnik实验室成员Lee说。“在这种情况下，我们的技术可以快速检测这些病原体。

这项研究得到了麻省理工学院激光生物医学研究中心、国家癌症研究所和麻省理工学院安利捷水和食品系统实验室的部分支持。