杨勇课题组在表面增强拉曼散射检测新冠病毒传染性研究中取得进展

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目前，新冠疫情正面临全球化和快速变异传播的困境，给世界各国带来了严重的公共卫生安全问题。近期多起冷链食品和快递物品相继被检出SARS-CoV-2新冠病毒核酸阳性样本，引发了社会对新一轮新冠病毒传播的高度关注。当前广泛使用的实时荧光定量PCR核酸扩增等技术，其检测对象为新冠病毒的核酸片段，不能判断病毒的“死活”及传染性。而被病毒污染的冷链或快递物品上存在的SARS-CoV-2病毒大都是结构被破坏的“死”（裂解）病毒，不具有传染性；但其内含病毒核酸片段经常还会导致PCR检测呈阳性，从而引起不必要的社会恐慌和成本消耗。因此开发一种可以甄别环境中新冠病毒的“死活”及传染性的检测方法是十分必要的。
　　最近，中国科学院上海硅酸盐研究所黄政仁研究员、杨勇研究员与安徽省疾病预防控制中心、上海交通大学仁济医院以及中国科学技术大学第一附属医院团队合作，开发了一种新型超敏半导体表面增强拉曼散射（以下简称SERS）活性材料及新冠病毒传染性诊断新技术。该技术通过新型SnS2半导体SERS基底，结合机器学习方法，根据SARS-CoV-2 RNA和刺突S蛋白Raman信号的差异性构建了SERS信号诊断标准，将其用于甄别环境中存在的SARS-CoV-2病毒的“死活”及传染性，解决了目前PCR技术尚不能解决的诊断环境中新冠病毒传染性的问题，对在当前新冠病毒肆虐局势下避免疫情误判具有重要意义。

新型SnS2半导体超敏SERS材料设计与性能示意图

SnS2材料的合成（a）与制备材料表征：XPS（b，c）、SEM和TEM（d-g）及晶体结构解析（h）

“两步SERS检测法”诊断SARS-CoV-2病毒传染性(a)；SVM支持向量机机器学习方法诊断病毒裂解与传染性(b-g)

　　该团队开发了一种新型的具有纳米片分级结构的超敏SERS衬底SnS2微米球。源于微米球表面存在的独特纳米“峡谷”形貌引起的毛细效应对探针分子产生的物理富集作用，和SnS2纳米片存在的晶格应变、硫空位贡献的化学增强效应，该材料对亚甲基蓝分子（MeB）的SERS检测限低至10-13 M。得益于其超高SERS灵敏度，针对实际环境中活病毒（高传染性）、裂解“死”病毒（无传染性）及两者共存（有传染性）的复杂情况，该团队开创性地提出了两步SERS检测法实现了对新冠病毒传染性的检测和诊断。通过第一步SERS检测，区分出具有极高传染风险的活病毒样本（含S蛋白信号、无RNA信号）；再通过去除RNA和对病毒样本进行裂解后开展第二步SERS检测，可区分出具有一定传染风险的“死活共存”的混合病毒样本（含S蛋白、RNA信号）及不具传染性的死病毒样本（含S蛋白信号、无RNA信号），从而避免了PCR检测技术把环境中已裂解病毒样本误判为阳性的情况。这为判断环境中冷链食品、快递物品、气溶胶等病毒污染物的传染性开辟了新途径。
　　相关研究成果以“Identifying infectiousness of SARS-CoV-2 by ultra-sensitive SnS2 SERS biosensors with capillary effect”为题，近日在线发表于材料类顶级学术期刊Matter（https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.11.028）。论文第一作者为在读博士生彭宇思，通讯作者为杨勇研究员。
　　相关研究工作得到了安徽省重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助和支持。


　　相关链接：
　　https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00621-4
　　https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.11.028


      


       文章来源：上海硅酸盐所
       杨勇，研究员，博士生导师。2010年获得中国科学院“百人计划”和上海市“浦江人才计划”荣誉称号和经费资助。2003年在中国科学院上海硅酸盐研究所获得工学博士学位。2003年4月-2006年10月在日本名古屋工业大学历任COE、JSPS外国人特别研究员及特聘准教授，从事纳米和薄膜材料及碳化硅材料的研究工作。迄今已在Nano Energy，Nanoscale等国际著名刊物上发表SCI收录论文100篇，他引1800 余次。作为课题负责人承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院百人计划和上海市浦江人才计划等项目，并负责多项国防军工科研项目。主要研究方向为：材料表面改性和镀膜，贵金属和半导体纳米材料和结构的设计和制备，材料的非线性光学特性的研究，远场和近场金属表面增强拉曼光谱的研究。主持研制了国内第一套太空激光雷达用碳化硅光学部件和强激光用核心光学部件。开发了多种贵金属纳米结构，设计和制备了金属纳米针阵列结构和一种新型针尖增强拉曼TERS 探针。制备的金属针阵列基质展现出强烈的、达1010数量级的表面Raman增强响应；并可与硅器件集成而构成相应的传感器。发现了一种灵敏度最高的SERS半导体衬底材料Nb2O5，可以显著增强生物医药领域染料分子的拉曼信号，可与具有“热点效应”的金属纳米结构相媲美。