2019年底，当圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院机械工程和材料科学教授Srikanth Singamaneni 和Guy Genin与医学院的研究人员建立新的合作关系时，他们还不知道传染病研究的前景即将发生巨大变化。在一个美丽的秋日，在一间俯瞰森林公园的会议室里，团队有一个目标:解决当时世界面临的最大传染病问题。

传染病领域面临的最重要的挑战之一是找到一种方法，快速判断患者是患有细菌感染，应该服用抗生素，还是患有病毒感染，抗生素对这种感染无效。

Ruth L. Siteman儿科教授Greg Storch对经常影响大多数人的疾病——感冒、链球菌性咽喉炎或流感——很感兴趣，但这些疾病并没有像罕见疾病那样得到那么多的研究关注。Storch说:“即使在传染病诊断方面取得了巨大的进步，但简单、快速和敏感的检测仍有一席之地。如果他们能提供定量信息，那将特别强大。具有这些特征的测试可以在复杂的实验室或实地进行。”

Singamaneni是Lilyan & E. Lisle Hughes教授，他凭借多年在生物和医学应用领域开发纳米材料的经验，试图克服即时诊断测试中的这些限制。Singamaneni和他的实验室开发了一种称为等离子体-氟的超亮荧光纳米标签，可以快速集成到一个通用的测试平台，即横向流动分析(LFA)。

等离子体元增强LFAs (p-LFAs)将廉价、容易获得的快速检测提高到医生对检测结果信心所需的敏感性水平，而不需要基于实验室的确认。

根据2月2日发表的研究结果，该团队的p-LFAs比传统的LFAs灵敏1000倍，后者通过条带上的视觉颜色和荧光信号显示结果。当使用荧光扫描仪进行分析时，p-LFAs也比金标准实验室测试快得多，只需20分钟就能得到结果，而不是几个小时，灵敏度与之相当或更高。p-LFAs可以检测和量化蛋白质的浓度，使它们能够检测细菌和病毒感染，以及指向其他疾病的炎症标志物。

Singamaneni解释说:“等离子体-氟由金属纳米颗粒组成，作为天线，可以吸收光线，增强分子荧光团的荧光发射，从而使其成为超明亮的纳米颗粒。我们的p-LFAs甚至可以检测到非常低浓度的抗体和抗原，这是感染的典型标志，并在不需要专门设备的情况下为临床医生提供清晰、快速的结果。对于初始筛选之外的定量测试，可以使用荧光阅读器扫描相同的LFA条，只需一次测试就可以实现快速和超灵敏的比色和荧光检测疾病标志物。”

这就像把标准变色试纸的音量调大一样。新的p-LFAs不会得到只表明阳性或阴性结果的微弱线条，而是用更少的粒子给出更清晰的结果，使人们能够从简单的“是或否?”到确切的“多少钱?”医学院临床与转化研究部麻醉学研究教授Jeremiah Morrissey说。Morrissey是这项新研究的共同作者，也是Singamaneni实验室的长期合作者。

这种改进的检测能力对现在非常熟悉快速可靠检测结果的需求和假阴性风险的人群有明显的好处。

“当我们在2019年开始研究这个问题时，我们认为我们最大的挑战是从病人身上获得足够数量的样本，”Genin回忆道。“我们在地球上哪里可以找到大量的患者样本，这些患者的症状被仔细记录，诊断是通过费时而昂贵的PCR检测来验证的?”几个月后，COVID-19给他们带来了转机。

整个合作的投入帮助Gupta和Singamaneni改进了p-LFAs的设计，最终实现了95%的临床敏感性和100%的SARS-CoV-2抗体和抗原特异性。Genin称研究结果令人震惊。

“我们不知道它会这么好，我们知道它会很好，但我们不知道这种1美元的测试和300美元的读出设备会比我们在COVID大流行期间使用的最先进的测试好得多，好10倍。”

现在，他们已经证明p-LFAs在一种疾病的敏感性、速度、便利性和成本方面优于标准实验室测试，该团队正在寻求开发这项技术的新应用，包括回到他们最初的目标，即识别细菌与病毒感染，并将他们的诊断工具提供给世界各地的医生。

p-LFA技术已被华盛顿大学技术管理办公室授权给Auragent生物科学有限责任公司。Singamaneni和Morrissey是WashU初创公司Auragent的联合创始人。

Singamaneni说:“我们希望在未来一到两年内将p-LFAs商业化。现在，我们正在努力改进便携式扫描仪技术，除了肉眼可以看到的颜色变化之外，它还为试纸增加了更灵敏的荧光读取能力。我们认为我们可以将成本降低到美国和国外农村诊所都能使用的程度，这是我们最初的目标之一。”

Singamaneni补充说:“我们也很兴奋，它有可能检测出比COVID更多的疾病，可能使用皮肤贴片可以提取无痛样本。这项技术有潜力检测出任何数量的疾病，从性传播感染到呼吸道感染等等，以及类风湿性关节炎和败血症等疾病中的炎症细胞因子。”

Plasmon-enhanced, quantitative lateral flow assay for femtomolar detection of protein biomarkers in point-of-care settings