这种方法装载了被称为拉曼报告器的光散射染料，通常用于检测有机样品中疾病的生物标记物，它可以放大和检测来自不同类型纳米探针的信号，而不需要昂贵的机器或医疗专业人员来读取结果。

在一项小型概念验证研究中，nanorattle通过一种人工智能支持的护理点设备准确识别头颈部癌症，这可能会彻底改变资源匮乏地区检测这些癌症和其他疾病的方式，从而改善全球健康。

该研究结果于9月2日在线发表在《拉曼光谱学杂志》上。

杜克大学生物医学工程R. Eugene和Susie E. Goodson特约教授Tuan Vo-Dinh说:“把拉曼记者困在这些所谓的纳米容器里的概念以前已经做过了，但大多数平台都难以控制内部尺寸。”

“我们的团队已经开发了一种新型的探针，在内部核心和外壳之间有一个精确可调的间隙，这允许我们加载多种类型的拉曼报告器，并放大它们的光发射，称为表面增强拉曼散射，”Vo-Dinh说。

为了制造纳米炮弹，研究人员从一个约20纳米宽的纯金球体开始。在金核心周围生长一层银，形成一个更大的球体(或立方体)后，他们使用一种称为电替换的腐蚀过程，将银掏空，在核心周围形成一个笼子状的外壳。然后，该结构被浸泡在含有带正电荷的拉曼报告器的溶液中，这些拉曼报告器被带负电荷的金芯吸引到外笼中。然后在外壳上覆盖一层极薄的黄金层，将拉曼记者锁在里面。

结果是一个约60纳米宽的纳米球(或纳米立方)，其结构类似于拨浪鼓——一个金核被困在一个更大的银-金外壳中。两者之间的距离只有几纳米，刚好能容纳拉曼的记者。

这些紧密的公差对于控制nanorattle产生的拉曼信号增强至关重要。

当激光照射在纳米炮弹上时，它穿过极薄的外壳，击中里面的拉曼报告器，使它们发出自己的光。由于金核表面和金/银外壳表面的距离非常近，激光也会激发金属结构上的电子群，称为等离子体激元。由于金属核壳结构的等离子体激元相互作用，这些电子群产生了一个极其强大的电磁场，这个过程被称为等离子体耦合，它将拉曼报告器发出的光放大了数百万倍。

“一旦我们让纳米机器人工作起来，我们想要制造生物传感设备，在人们甚至知道自己生病之前就能检测出传染病或癌症，”Vo-Dinh说。“由于nanorattle的信号增强能力如此强大，我们认为我们可以做一个简单的测试，可以让任何在护理点的人轻松读取。”

在这篇新论文中，voo - dinh和他的合作者将nanorattle技术应用到一种能够检测头颈部癌症的棍子上实验室设备上，这种癌症出现在肩膀和大脑之间的任何部位，通常是口腔、鼻腔和喉咙。几十年来，这些癌症的存活率一直徘徊在40%到60%之间。虽然这些统计数字近年来在美国有所改善，但在资源匮乏的环境中，情况变得更糟，在那里，吸烟、饮酒和嚼槟榔等风险因素要普遍得多。

杜克大学头颈外科、通信科学和放射肿瘤学教授沃尔特·李(Walter Lee)说:“在资源匮乏的环境中，这些癌症通常出现在晚期，结果不佳，部分原因是检查设备有限，缺乏训练有素的医护人员，基本上不存在筛查项目。”李也是这项研究的合作者。

李说:“有能力早期发现这些癌症应该会导致更早的治疗和改善结果，包括存活率和生活质量。”“这种方法是令人兴奋的，因为它不依赖于病理学家的检查，而且可能被用于护理点。”

该原型设备使用了特定的基因序列，就像研究人员正在寻找的生物标记物的魔术贴一样——在这种情况下，是头颈部癌症患者体内过量的一种特定的mRNA。当有问题的信使rna出现时，它就像拴绳一样将纳米颗粒和磁珠捆绑在一起。然后，这些珠子被另一块磁铁集中并固定在原地，而其他的东西则被冲洗掉。然后，研究人员可以使用一种简单、廉价的手持设备来寻找nanorattle发出的光，看看是否捕捉到了任何生物标志物。

在实验中，该测试以100%的准确性确定20个样本是否来自头颈部癌症患者。实验还表明，nanorattle平台能够处理多种类型的纳米探针，这要感谢一种机器学习算法，它可以分离分离的信号，这意味着它们可以同时针对多种生物标记物。这是该小组目前由美国国立卫生研究院资助的项目的目标。

“许多mRNA生物标记物在多种类型的癌症中过度丰富，而其他生物标记物可用于评估患者的风险和未来的治疗结果，”Vo-Dinh说。“同时检测多个生物标志物将帮助我们区分癌症，也可以寻找其他的预后标志物，如人类乳头瘤病毒(HPV)，以及阳性和阴性对照。将mRNA检测与新型nanorattle生物传感相结合，将导致一种诊断工具的范式转变，可能彻底改变在资源匮乏地区检测这些癌症和其他疾病的方式。”