在2019年末，COVID-19大流行的出现揭示了拭子在诊断测试中的重要性。鼻咽拭子的严重短缺导致了几种新的拭子类型的创新和再利用。值得注意的是，不同几何形状的3D打印拭子的发展和棉签拭子的重新利用满足了一些更近期的短缺需求。然而，SARS-CoV-2检测的假阴性率令人担忧，不仅需要创建更多的拭子，而且还需要提高其样品收集率和回收率以提高测试灵敏度。拭子的性能在很大程度上取决于样品的吸收和释放，因此，设计具有较高吸收和释放的拭子在细菌、细胞和蛋白质的鉴定和检测、生物样本采集和回收以及法医应用的DNA分析中具有直接意义。

美国内布拉斯加大学医学中心谢敬伟教授团队利用一种创新的气体发泡技术，通过静电纺丝纳米纤维膜，开发出了具有层状结构的超吸收3D纳米纤维基质。将旋转固体的概念应用于气体发泡，能够通过围绕热固定轴展开的静电纺丝纳米纤维膜来产生各种纳米纤维物体(如球体、圆柱体和锥状体)。基于同样的原理，作者试图开发新型纳米纤维拭子，以提高样品的采集和释放以及在各种应用中的测试灵敏度。与植绒和棉签相比，在SARS-CoV-2检测中实施纳米纤维拭子可降低两种病毒浓度下的假阴性率，并能以低10倍的病毒浓度鉴定出SARS-CoV-2。纳米纤维拭子在提高检测灵敏度方面表现出很大的潜力，可及时准确地诊断许多疾病。

图1.纳米纤维拭子的应用和制备示意图。（a）纳米纤维拭子在收集各种生物标本中的潜在应用。（b）制造纳米纤维拭子的程序，包括（1）通过静电纺丝生产单轴排列的纳米纤维膜；（2）将膜切成矩形，并在一侧进行热处理。（3）在NaBH4溶液中扩展;（4）涂明胶；（5）粘结以形成纳米纤维拭子。

图2.不同拭子类型的表征和比较。 （a）棉签、植绒和纳米纤维拭子的照片和SEM图像。 （b）棉签、植绒和纳米纤维拭子的高倍SEM图像，比较了每种拭子的微米和纳米尺度特征。

图3.染料吸收分析。（a）展示吸光度测量过程的示意图。（b）在（i-iii）擦拭染料溶液之前，在擦拭染料溶液（iv-vi）之后和释放染料（vii-ix）之前，棉签、纳米纤维和植绒拭子。比例尺= 2厘米（c）每种拭子的吸收率。（d）释放出吸收的染料后测得的吸光度。（e）从已知量到棉签的已测释放量。

图4.细胞和DNA提取。（a）表面和悬浮细胞擦拭的示意图。（b）从悬液拭子提取的细胞。（c）从细胞单层移出的细胞。（d）表面和悬浮液擦拭后重悬细胞的显微镜图像。比例尺= 150μm。（e）表面和液体血液DNA定量的示意图。（f）来自已知干血量的DNA含量。（g）擦干干滴的DNA含量。（h）每支拭子的吸血率。（i）从每个拭子尖端释放DNA。

图5. 病原体检测和鉴定。（a）用于检测MRSA的拭子示意图。（b）使用每种药签在提取后以三种不同的MRSA滴度滴定板。（c，d）擦拭原液后MRSA菌落计数为105和104 CFU/ml。（e）使用PCR和拭子检测SARS-CoV-2的示意图。（f）擦拭后在每个SARS-CoV-2滴度处的循环阈值。（g）以pfu/ml换算的SARS-CoV-2浓度。

努力扩大纳米纤维拭子的生产和实施规模可能会提高COVID-19大流行期间的诊断准确性和评估人群感染率。尽管目前这项工作中使用的逐批合成无法满足大规模需求，但由于工业静电纺丝和冻干很普遍，因此纳米纤维拭子的生产可以在工业水平上进行，因此使这种拭子的大规模生产成为可能。这些纳米纤维拭子在医学和法医领域有深远的潜力，并作为提高诊断测试灵敏度的重要步骤。尽管对高敏感性COVID-19检测的需求可能会随着时间的推移而减少，但准确识别受污染食品样本中的病原体或蛋白质或从犯罪现场的血液或DNA中识别相关人员的需求始终存在。改进标本鉴定的结果将有助于治疗和预防食源性疾病，减少不敏感的DNA分析造成的错误监禁，并帮助法医小组从微生物生物标本中鉴定有关人员。

论文链接：https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04956