2022
DOI: 10.1016/j.matt.2021.11.028
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Identifying infectiousness of SARS-CoV-2 by ultra-sensitive SnS2 SERS biosensors with capillary effect

Abstract: The current COVID-19 pandemic urges us to develop ultra-sensitive surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrates to identify the infectiousness of SARS-CoV-2 virions in actual environments. Here, a micrometer-sized spherical SnS 2 structure with the hierarchical nanostructure of "nano-canyon” morphology was developed as semiconductor-based SERS substrate, and it exhibited an extremely low limit of detection of 10 −13 M for methylene blue, which is one of the h… Show more

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“…1.1 新冠病毒的结构特征 新型冠状病毒 (SARS-CoV-2) , 简称新冠病毒, 是新冠肺炎(COVID-19)的病原体,与严重急性呼 吸综合征冠状病毒 (SARS-CoV) 和中东呼吸综合征 冠状病毒(MERS-CoV)同属于 β 类冠状病毒组 [7][8][9] 。SARS-CoV-2 的基因组包含超过 29000 个碱基, 编码 29 种蛋白质 [10] 。如图 1 所示,其基因组核心 区被包裹于由核衣壳蛋白(N 蛋白) 、自身刺突蛋白 (S 蛋白) 、膜糖蛋白(M 蛋白) 、包膜蛋白(E 蛋 白)组成的结构蛋白的外围包膜中 [11] 。非结构蛋白 (NsPs)最初形成为两个长多肽,通过病毒的主要 蛋白酶 (MP)、 Nsp5 的作用, 释放 RNA 依赖性 RNA 聚合酶(RdRp,又称 Nsp12) [12] 。 1.2 SARS-CoV-2 的检测方法 SARS-CoV-2 的检测依赖于结构特征,主要针 对 SARS-CoV-2 的 RNA、N 蛋白和 S 蛋白展开。 SARS-CoV-2 的常见检测方法有荧光 PCR 法 [1,[13][14][15] 、 酶联免疫法(Enzyme Linked Immunosorbent Assay, ELISA) [16] 、 表面拉曼增强 (Surface Enhanced Raman Scattering,SERS) [17][18][19] 、电化学检测 [20][21][22] 等。 图 1 SARS-CoV-2 的结构 Fig. 1 The structure of SARS-CoV-2 荧光 PCR 法 的目标分子为病毒的 遗传物质 RNA,通过逆转录将 RNA 转变为互补 DNA,并经 过扩增后再检测。同时以病毒 ORFIab 基因和核衣 壳蛋白 N 基因中的保守序列为靶标,设计特异性引 物和荧光探针 [1,[13][14][15] 。 当靶标特异性探针与靶序列杂 交时,探针中的标记荧光团会被 DNA 聚合酶的核 酸外切酶裂解,产生荧光信号。荧光 PCR 测定法具 有一定的灵敏度和超高的特异性,但其操作复杂、 耗时且需要专业人员处理和运输样本。 血清学检测 [23][24][25] 主要依赖于抗原抗体的特异性 结合,分为基于抗原的检测和基于抗体的检测。前 者主要针对感染前期进入人体的 SARS-CoV-2 表面 地与目标分析物(细菌、病毒)反应并产生电信号 [26][27][28] 。根据电化学接收信号的不同,依次分为伏安 法、电位法、阻抗法、基于场效应晶体管的生物传 感器法 [29] 。…”
Section: 新冠病毒的结构与检测unclassified
“…1.1 新冠病毒的结构特征 新型冠状病毒 (SARS-CoV-2) , 简称新冠病毒, 是新冠肺炎(COVID-19)的病原体,与严重急性呼 吸综合征冠状病毒 (SARS-CoV) 和中东呼吸综合征 冠状病毒(MERS-CoV)同属于 β 类冠状病毒组 [7][8][9] 。SARS-CoV-2 的基因组包含超过 29000 个碱基, 编码 29 种蛋白质 [10] 。如图 1 所示,其基因组核心 区被包裹于由核衣壳蛋白(N 蛋白) 、自身刺突蛋白 (S 蛋白) 、膜糖蛋白(M 蛋白) 、包膜蛋白(E 蛋 白)组成的结构蛋白的外围包膜中 [11] 。非结构蛋白 (NsPs)最初形成为两个长多肽,通过病毒的主要 蛋白酶 (MP)、 Nsp5 的作用, 释放 RNA 依赖性 RNA 聚合酶(RdRp,又称 Nsp12) [12] 。 1.2 SARS-CoV-2 的检测方法 SARS-CoV-2 的检测依赖于结构特征,主要针 对 SARS-CoV-2 的 RNA、N 蛋白和 S 蛋白展开。 SARS-CoV-2 的常见检测方法有荧光 PCR 法 [1,[13][14][15] 、 酶联免疫法(Enzyme Linked Immunosorbent Assay, ELISA) [16] 、 表面拉曼增强 (Surface Enhanced Raman Scattering,SERS) [17][18][19] 、电化学检测 [20][21][22] 等。 图 1 SARS-CoV-2 的结构 Fig. 1 The structure of SARS-CoV-2 荧光 PCR 法 的目标分子为病毒的 遗传物质 RNA,通过逆转录将 RNA 转变为互补 DNA,并经 过扩增后再检测。同时以病毒 ORFIab 基因和核衣 壳蛋白 N 基因中的保守序列为靶标,设计特异性引 物和荧光探针 [1,[13][14][15] 。 当靶标特异性探针与靶序列杂 交时,探针中的标记荧光团会被 DNA 聚合酶的核 酸外切酶裂解,产生荧光信号。荧光 PCR 测定法具 有一定的灵敏度和超高的特异性,但其操作复杂、 耗时且需要专业人员处理和运输样本。 血清学检测 [23][24][25] 主要依赖于抗原抗体的特异性 结合,分为基于抗原的检测和基于抗体的检测。前 者主要针对感染前期进入人体的 SARS-CoV-2 表面 地与目标分析物(细菌、病毒)反应并产生电信号 [26][27][28] 。根据电化学接收信号的不同,依次分为伏安 法、电位法、阻抗法、基于场效应晶体管的生物传 感器法 [29] 。…”
Section: 新冠病毒的结构与检测unclassified
“…Surface-enhanced Raman scattering (SERS) is a powerful tool to detect the spectral signals of molecules even at the single-molecular level [ 10 13 ]. It is widely used in biochemical analysis, such as pesticide residue analysis, virus detection, tissue tumor recognition, and even bioimaging due to its high sensitivity and molecular specificity [ 14 18 ]. However, there are still two obstacles: the fabrication of ultra-sensitive SERS substrates and the detection of single molecule (SM) over the surface of nanostructures, i.e., to achieve a single-molecule SERS-imaging [ 19 23 ].…”
Section: Introductionmentioning
confidence: 99%
“…Recent reports also demonstrated the detection of SARS-CoV-2 via surface-enhanced Raman scattering (SERS) using functionalized conductive nanostructures, which is highly sensitive and prompt but requires an elaborate experimental detection. 5 7 …”
Section: Introductionmentioning
confidence: 99%