严重急性呼吸综合征冠状病毒-2（SARS-CoV-2，又名COVID-19）暴发非常迅速，已经侵入全球197多个国家，据世卫组织冠状病毒疾病状况报告结果显示，暴发后7个月内已造成1600多万例病例和约650000人死亡。约97.5%的患者在暴露后11.5天内出现新冠肺炎症状，诊断较晚，感染率较高。截止到目前，用来检测COVID-19的分子测试被认为是检测沙士冠状病毒2型的金标准。然而，其需要拭子样本和耗时的实验室程序。同时，样品的运输和实验室设施的超载需要延迟很多天才能得到检测结果，这无疑增加了医疗保健系统的负担。

近日，中科大潘跃银教授，Hu Liu，以色列理工学院Hossam Haick报道了一种呼吸装置，该装置由基于纳米材料的混合传感器阵列组成，具有多路检测能力，可以从呼气中检测疾病特异性生物标志物，从而实现快速和准确的非侵入性的检测和随访高危人群或COVID-19感染者的诊断。

文章要点

1）传感器由连接到有机配体的不同的金纳米颗粒组成，形成了不同的感应层，一旦接触到挥发性有机化合物（VOCs），就会膨胀或收缩，导致电阻发生变化。在这些层中，无机纳米材料负责导电，而有机薄膜元素为VOCs的吸附提供了位置。当暴露时，VOCs扩散到传感层或落在传感表面，并与覆盖在无机纳米材料上的有机链段或官能团反应。相互作用的结果导致纳米材料膜中的体积变化、膨胀/收缩，无机纳米材料块之间的接触随着电导率的增加/降低而改变（更高/更低)。纳米材料层暴露在VOCs中会导致电荷快速传入/传出无机纳米材料，即使在传感层内没有空间变化的情况下，测量的电导率也会发生变化。

2）由于覆盖纳米颗粒的官能团的化学多样性，可以使用不同的传感器作为交叉反应的半选择性感觉单元阵列，其模仿天然哺乳动物嗅觉系统的传感处理方法。该阵列的主要优势是使用模式识别和机器学习算法，可以训练它们识别各种不同条件和不同应用的化学模式(“指纹”)的灵活性和可能性。

3）研究发现，病毒剂和/或其微环境会释放能够进入呼气的VOCs。呼气中VOCs的出现可能发生在感染的早期阶段，因此可用于立即检测COVID-19。基于此，2020年3月在中国武汉进行了一项探索性临床研究试验。研究包括49名确诊的新冠肺炎患者、58名健康对照和33名非COVID肺部感染对照。在适用的情况下，对新冠肺炎阳性患者进行两次抽样：在疾病活动期和康复后。对基于纳米材料的传感器获得的信号进行分析，在不同组之间实现了非常好的诊断结果。对区分患者和对照组的准确率分别为94%和76%，对新冠肺炎和其他肺部感染患者的区分准确率分别为90%和95%。

Benjie Shan, et al, Multiplexed Nanomaterial-Based Sensor Array for Detection of COVID-19 in Exhaled Breath, ACS Nano, 2020

DOI：10.1021/acsnano.0c05657

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c05657