受咖啡渍启发，科学家利用“咖啡环效应”将疾病生物标志物预先浓缩为环形图案，从而显著提升诊断检测的灵敏度。
加州大学伯克利分校的研究团队发现，这种自然现象可用于浓缩测试样本中的疾病标志物，使其更容易被检测到。这项创新结合了“咖啡环效应”、等离激元纳米粒子和人工智能（AI）应用程序，能够检测单滴液体中微量的疾病生物标志物。
当液体滴干燥时，它会将目标蛋白集中到环的边缘。随后加入特殊纳米粒子，这些纳米粒子与这些蛋白结合并产生光模式，可以通过视觉或智能手机识别。
“这种简单而有效的方法相比传统诊断方法，可以在极短的时间内提供高度准确的结果，”最近从加州大学伯克利分校获得博士学位的卡米尔·贝鲁齐（Kamyar Behrouzi）表示，“我们的工作为资源匮乏地区提供了更经济、更易获得的诊断方式。”
这项快速检测技术利用等离激元纳米粒子，这些微小粒子能以独特的方式与光相互作用。用户首先将一滴液体（例如鼻腔或脸颊拭子液体）滴在膜上。当液体滴干燥时，它会自然地将任何与疾病相关的蛋白拉向外部边缘，形成浓缩的咖啡环图案。随后，加入第二滴含有特别设计的纳米粒子的液体，这些纳米粒子旨在与疾病生物标志物结合。
如果存在生物标志物，这些粒子会在膜上形成聚集体，从而改变光的反射方式。这种变化可以用肉眼观察或通过人工智能智能手机应用程序检测。
“我们能够检测到的关键蛋白之一是败血症的生物标志物，败血症是一种威胁生命的细菌感染引发的炎症反应，50岁以上人群可能迅速发展此病，”研究资深作者林立伟（Liwei Lin）表示。“每一小时都非常关键，但通过培养细菌来确定感染源可能需要几天时间。我们的技术可以帮助医生在10到15分钟内检测败血症。”
研究人员已经开发出一个家庭测试套件原型，类似于现有的家庭新冠检测，包括3D打印组件，以指导用户准确放置样本和等离激元液滴。
“在新冠疫情期间，我们依靠家庭检测来判断是否被感染，”林立伟说道。“我希望我们的技术能让人们更容易、更方便地在家定期筛查前列腺癌等疾病。”
相关研究已发表在《自然通讯》（Nature Communications）期刊。
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