中科院上海硅酸盐研究所，中科院上海硅酸盐研究所怎么样
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。
中国科学院上海硅酸盐研究所杨勇研究员与安徽疾病预防控制中心、上海交通大学仁济医院、中国科技大学第一附属医院团队在国际权威学术期刊Matter上发表了题为“Identifying infectiousness ofSARS-CoV-2 by ultra-sensitive SnS 2 SERS biosensors with capillaryeffect”的文章（DOI：10.1016/j.matt.2021.11.028）。该工作开发了一种新型SnS2半导体SERS基底，并开创性的提出了两步SERS检测法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技术尚不能解决的甄别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。
【超敏SERS新材料及其增强机制】
上海硅酸盐研究所杨勇研究员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，其对MeB的SERS增强因子高达3.0×108，检测限更是低至10-13 M，这是目前已报道的纯半导体材料中SERS灵敏度最高的衬底材料。这是一方面是由于SnS2微米球表面存在独特的纳米“峡谷“形貌使微米球表面产生了毛细效应，进而使探针分子在微米球表面发生了富集现象，显著降低了SERS检测限。另一方面是由于SnS2微米球存在的晶格应变和硫空位可通过调控能带结构来促进衬底与分子间的电荷转移，从而提高化学增强效果。
图1 新型SnS2半导体超敏SERS材料设计与性能示意图
【检测新冠病毒片段】
基于超敏SERS衬底SnS2微米球，该团队完成了新冠病毒S蛋白、RNA、假病毒等的SERS检测。通过冷冻电镜照片可确定尺寸为70-100 nm左右的活性新冠病毒可以被成功灭活裂解，暴露出内含的RNA。其中，活新冠病毒表现出S蛋白的特征拉曼峰，裂解的死新冠病毒表现出S蛋白和RNA的特征拉曼峰。而SARS-CoV-2 的RNA和S蛋白的拉曼信号具有明显的差异性，可以采用机器学习方法将其区分并据此构建了SERS信号诊断标准。由于活性新冠病毒和新冠S假病毒与衬底的主要接触部分都为S蛋白，因此，两者都表现出新冠S蛋白的特征拉曼峰。
图2. SnS2新型半导体超敏SERS材料用于检测SARS-CoV-2病毒的刺突S蛋白和RNA，并采用机器学习方法进行聚类分析。
【检测新冠病毒及其传染性】
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，该团队开创性的提出了两步SERS检测法实现了对新冠病毒传染性的诊断。通过第一步SERS检测，可区分出具有高传染性的活性新冠病毒样本（含S蛋白信号、无RNA信号）；再进行RNA的去除和病毒样本再裂解后开展第二次拉曼检测，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）及不具传染性的裂解死病毒样本（含S蛋白信号、无RNA信号），从而避免了PCR检测技术把环境中无传染性的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。在当前新冠病毒肆虐局势下避免疫情误诊有重要的意义。
图3. 开发了“两步法”诊断SARS-CoV-2病毒的传染性（a），SVM支持向量机器学习方法诊断病毒裂解与传染性数据（b-g）。
总结：研究者开创性地提出了一种基于超敏SnS 2微米球衬底的两步SERS检测法，通过建立SARS-CoV-2 S蛋白和RNA的SERS信号识别标准，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。相关工作以“Identifying infectiousness of SARS-CoV-2 by ultra-sensitive SnS 2 SERS biosensors with capillary effect”发表于Cell姊妹刊Matter。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。
作者简介：
杨勇：中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，博士生导师，中国科学院杰出人才计划和上海市浦江人才计划。多年来主要从事增材制造光学陶瓷、纳米生物传感材料和技术的基础和应用研究。作为首席科学家承担国家重点研发计划重点专项、国家自然科学基金及高技术类项目20多项，累计科研经费7000余万元。在材料类顶级学术期刊Matter、及Advanced Science、Nano Energy、Additive Manufacturing、Journal of European Ceramic Society等期刊发表第一/通讯SCI论文130篇，多篇ESI稿被引。获得中国及日本授权发明专利15项，英文书章节3篇。以分会主席在国际航天会议、亚太陶瓷玻璃大会、中国纳米年会等做邀请报告30余次。
https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(21)00621-4
来源：高分子科学前沿
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