根据伦敦大学学院 i-sense McKendry 小组的研究人员领导的一项研究，纳米金刚石的量子传感能力可用于提高纸质诊断测试的灵敏度，有可能更早地检测出 HIV 等疾病。

基于纸的横向流动测试的工作方式与妊娠测试相同，将纸条浸泡在液体样本中，颜色的变化(或荧光信号)表示阳性结果和病毒蛋白或 DNA 的检测。它们被广泛用于检测从 HIV 到 SARS-CoV-2 的病毒(Covid-19 的横向流动测试目前正在英格兰进行试点)并且可以提供快速诊断，因为结果不必在实验室中处理.

发表在《自然》杂志上的这项新研究发现，低成本纳米金刚石可用于发出 HIV 疾病标记物的信号，其灵敏度是这些测试中广泛使用的金纳米粒子的数千倍。

这种更高的灵敏度可以检测到较低的病毒载量，这意味着该测试可以检测出较低水平的疾病或在较早阶段检测到疾病，这对于降低感染者的传播风险和有效治疗 HIV 等疾病至关重要。

研究团队正致力于在未来几个月内调整新技术以测试 和其他疾病。下一步的关键是开发一种可以“读取”结果的手持设备，因为该技术已在实验室中使用显微镜进行了演示。还计划进行进一步的临床评估研究。

主要作者、UCL 生物医学纳米技术教授兼 i-sense EPSRC IRC 主任 Rachel McKendry 教授说：“我们的概念验证研究表明，量子技术可用于检测患者样本中的超低水平病毒，从而使更早的诊断。

“我们专注于检测 HIV，但我们的方法非常灵活，可以轻松适应其他疾病和生物标志物类型。我们正在努力将我们的方法调整到 。我们相信这种变革性的新技术将使患者受益并保护人们免受传染病的侵害。”

研究人员利用了具有精确缺陷的纳米金刚石的量子特性。钻石高度规则结构中的这种缺陷会产生所谓的氮空位 (NV) 中心。NV 中心有许多潜在的应用，从用于超灵敏成像的荧光生物标记到量子计算中的信息处理量子位。

NV 中心可以通过发出明亮的荧光来发出抗原或其他目标分子存在的信号。过去，荧光标记物受到来自样品或试纸条的背景荧光的限制，这使得检测低浓度的病毒蛋白或 DNA 变得更加困难，这表明检测结果呈阳性。然而，荧光纳米金刚石的量子特性允许它们的发射被选择性地调制，这意味着信号可以使用微波场固定在设定的频率，并且可以有效地与背景荧光分离，解决了这一限制。

光学结果表明，与金纳米粒子相比，灵敏度提高了五个数量级(100,000 倍)(即，产生可检测信号所需的纳米粒子数量要少得多)。通过加入一个短短的 10 分钟恒温扩增步骤，其中 RNA 的拷贝数倍增，研究人员能够在模型样本中的单个分子水平上检测 HIV RNA。

这项工作在实验室环境中进行了演示，但该团队希望开发测试，以便可以使用智能手机或便携式荧光阅读器读取结果。这意味着将来可以在资源匮乏的环境中进行测试，从而使用户更容易访问。

第一作者 Ben Miller 博士(伦敦大学学院伦敦纳米技术中心的 i-sense 博士后研究助理)说：“使用金纳米粒子进行的基于纸张的横向流动测试不需要实验室分析，这使得它们在资源匮乏的环境中特别有用，以及获得医疗保健的机会有限。它们成本低、便于携带且用户友好。

“然而，这些测试目前缺乏检测极低水平生物标志物的灵敏度。通过在这种新设计中用荧光纳米金刚石代替常用的金纳米颗粒，并选择性地调节它们(已经很亮的)光发射，我们已经能够分离它们来自测试条不需要的背景荧光的信号，显着提高了灵敏度。”

共同作者、UCL 量子科学与技术研究所 (UCLQ) 主任 John Morton 教授说：“UCLQ 与 LCN 中的 i-sense 团队之间的跨学科合作很好地说明了量子系统的基础工作如何，例如NV 钻石中心可以从实验室发展而来，并在传感和诊断的实际应用中发挥关键作用。UCLQ 的研究人员正在通过与行业和其他学术研究小组合作探索和实现这些和其他量子技术的影响。 ”