病毒检测新方法

德国哈瑙,2016年1月26日

  • 采用由石英玻璃制成的纳米孔光纤,可以无损伤地进行病毒检测——这是贺利氏、哈佛大学、莱顿大学以及德国耶拿光子技术研究所(IPHT)共同合作取得的研发成果。

Nanohole fibers

病毒研究取得革命性进展:来自德国耶拿莱布尼茨光子技术研究所的科学家们与贺利氏石英玻璃、美国哈佛大学、荷兰莱顿大学的其他科学家一道,成功地通过无标记、无损伤的方式检测到了尺寸小于20纳米(1纳米等于百万分之一毫米)的病毒。他们使用了一种类似于互联网光纤的新型纳米孔光纤,这种光纤由贺利氏的石英玻璃光纤制成。其应用范围包括医疗诊断和饮用水分析等诸多领域。凭借这一开创性的技术突破,无需任何处理,就可以观察到自然生存环境下的病毒。哈佛大学和莱顿大学已经初步完成了对测试病毒的测定工作。

病毒引发的感染可以危及生命,如流感或肠道疾病等。随着病毒性疾病的增加和蔓延,对适应性强的病原体进行清晰地检测和明确地识别变得越来越重要。了解病毒结构及其对人体免疫系统快速适应性的科学家越多,他们所能研发出更好的与病毒作斗争的方法。问题是:病毒比人类头发丝的直径小300至400倍,因此几乎无法看见。病毒学诊断提供了众多精密的技术手段,例如扫描电子或荧光显微镜技术,这类方法都需要采取染色或空间固定等初始步骤。然而,用染料标记会改变病毒的特性。新的纳米孔方法不存在这些缺点,因为这种光纤可以集成在标准的显微镜中,从而将检测范围扩大到其他纳米粒子。

贺利氏开发出纳米孔光纤

贺利氏石英玻璃全球业务单元与耶拿光子技术研究所的研究团队携手合作,共同开发出了这种纳米孔光纤。这种与众不同的玻璃光纤正是由位于哈瑙的贺利氏工厂生产出来的。来自贺利氏石英玻璃特种光纤研发部门的物理学家Stefan Weidlich对这一成就感到非常满意,他解释道:“这一应用的特别之处在于,我们将病毒置于石英玻璃中,这是目前制造出的最纯净的技术材料之一。这种光纤本身具有几近完美的导光性,不会造成光散射。然而,一旦光线遇到病毒,其中一部分就会发生衍射,这样就能够通过极其有限的背景非常快速地进行观察。因此,在几秒钟的时间内就可以观察到病毒的运动,并将其记录下来。

贺利氏负责纳米孔光纤生产的所有生产工艺:从使用高纯度石英玻璃制造光纤预制棒,一直到最后拉制出极其敏感的纳米孔光纤。为了选择和表征合适的石英玻璃材料,并开发出不同寻常的特殊纳米孔光纤产品,贺利氏集团利用了其电信玻璃光纤和特种光纤领域的综合专业技术。110多年以来,贺利氏作为全球最大的综合石英玻璃制造商,一直积极推进创新,从未间断。

纳米孔光纤使新的病毒观察方法成为可能

这种光纤的纤芯内部含有一个直径为200纳米的管孔,贯穿整条光纤。存活于水中的测试病毒被注入纳米孔中,然后将光线射入纤芯。通过光散射效应,可以测定病毒的大小和运动。光在光纤内的传播是基于全反射原理:纤芯的折射率高于包层的折射率。如果射入纳米孔的光线遇到病毒,其中一部分就会从偏离传播方向,也就是说会发生散射。通过显微镜观察到这种散射现象,就可以确定病毒的大小。

在贺利氏开发人员Stefan Weidlich看来,利用纳米孔光纤来检测病毒只是开创纳米孔光纤众多应用之先河罢了。“我们可以想象到,它在医学、生命科学和传感器技术等其他领域一定大有用武之地。例如,它可以用来测量液体中非常有价值的细小颗粒,比如药物,因为纳米孔光纤所需的样本数量极其微小。

注: 发表于ACS Nano网络版的一篇技术报告对该研究结果进行了概述。

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