呼吸道病毒，如SARS-CoV-2和H1N1，对全球公共卫生构成了巨大威胁。病原体早期、准确的检测对于控制病毒传播至关重要。然而，现有的检测方法，如侧流免疫分析（LFAs）是一种快速、简便、低成本的现场检测工具，但存在灵敏度不足的问题，尤其是对于低浓度病原体的检测。为了解决这些问题，研究人员也一直在探索新的检测技术。
最近，广东省人民医院检验科顾兵教授团队开发了一种创新的3D纳米酶技术，极大地提高了LFAs的灵敏度，为呼吸道病毒的快速、准确检测提供新的解决方案。该研究发表在ACS Nano （IF:15.8）。
该3D纳米酶技术的核心是一种特殊的纳米材料——3D薄膜状纳米酶（GO−Pt30−AuPt5）。这种纳米酶由二维氧化石墨烯（GO）纳米膜、一层30纳米的铂纳米颗粒（Pt NPs）和一层5纳米的金铂卫星纳米颗粒（Au@Pt NPs）组成。这种结构不仅增加了纳米酶的界面面积和稳定性，而且通过Pt和Au@Pt NPs的协同作用，显著增强了纳米酶的催化活性。
研究人员通过有序组装技术，将Pt NPs和Au@Pt NPs固定在GO纳米膜上，形成了具有高催化活性的3D纳米酶。实验结果显示，这种3D纳米酶在LFA系统中的灵敏度比传统方法提高了至少100倍。与传统的酶联免疫吸附测定（ELISA）和基于金纳米颗粒（AuNP）的LFA相比，新的3D纳米酶LFA在检测SARS-CoV-2和H1N1时的灵敏度分别提高了至少20倍和1900倍。
▲薄膜状GO-Pt30-AuPt5纳米酶的制备与表征
▲GO基膜状纳米酶的过氧化物酶样活性评价
▲基于LFA的3D膜状纳米酶的可行性验证
为了验证这种新型LFA系统的实际应用潜力，研究人员对49个真实临床呼吸道标本进行了测试。结果表明，这种3D纳米酶LFA系统在检测SARS-CoV-2和H1N1时表现出了极高的灵敏度和准确性。此外，与传统的ELISA相比，这种新方法的检测时间缩短到了18分钟以内，显示出更快的检测速度和更好的定量能力。
▲基于GO-Pt30-AuPt5的LFA在病毒多重检测中的性能评估
▲真实临床标本中的应用
3D纳米酶技术的开发为呼吸道病毒的快速检测提供了一种新的高灵敏度工具。这种技术不仅提高了检测的灵敏度和效率，而且具有操作简单、成本低廉的优点。其可视化检测限已经接近PCR检测水平，能够有效识别病毒早期感染状态，充分满足了临床实践中对高灵敏度检测的迫切需求。随着进一步的研究和开发，这种技术有望在未来的医疗检测和疾病预防中发挥更大的作用，为全球公共卫生安全贡献力量。
除此之外，顾兵教授研究团队还进一步将3D纳米酶技术拓展至小分子药物残留检测领域。
小分子药物的过量使用和残留问题一直是食品安全和环境保护的热点问题。这些药物难以在动物体内代谢，并通过食物链进入人体，引发健康问题。此外，药物残留对环境造成的污染也不容忽视。因此，开发一种快速、灵敏、低成本的检测技术对于监测食品和环境中的药物残留至关重要。
近日，广东省人民医院检验科顾兵教授团队的另一项研究，聚焦药物残留检测问题，成功开发了一种基于3D片状纳米酶（GO/Au–AuPt）的超灵敏双模式免疫层析分析（ICA）技术，极大提高了药物检测的灵敏度和检测范围。该研究发表在Chemical Engineering Journal（IF:13.3）。
该研究的创新之处在于设计了一种3D片状纳米酶（GO/Au–AuPt），通过在柔性的氧化石墨烯（GO）纳米片上连续构建金纳米颗粒（AuNPs）和金铂双金属纳米颗粒（AuPt），实现比色-催化双信号放大。通过一步羧化和功能化，将这些纳米标签与抗体结合，形成免疫GO/Au–AuPt纳米酶。接着，构建了信号增强的纳米酶-ICA试纸条，用于检测多种小分子药物。这种纳米酶结合了GO的大表面积和高稳定性、AuNPs的增强比色能力以及AuPt的优越催化活性。
▲3D片状GO/Au-AuPt纳米酶的合成示意图
▲片状GO/Au-AuPt纳米酶的结构和形态
▲片状GO/Au-AuPt纳米酶的表征
GO/Au–AuPt介导的ICA能够同时检测三种重要药物，包括庆大霉素、克伦特罗和莱克多巴胺。在猪肉、鸡肉、湖水和河水等真实复杂样本中，检测限为0.011 ng/mL（基于比色信号），并通过催化增强信号实现至少3.4倍的灵敏度提升和83.3倍的检测范围扩展。整个检测过程仅需15分钟的层析时间和3分钟的催化时间。
▲基于3D纳米酶的双模ICA平台用于药物残留的多重检测
▲基于GO/Au-AuPt的ICA分析性能
这项技术为小分子药物的快速检测提供了一种新的工具。与传统的ELISA和AuNP基ICA相比，GO/Au–AuPt-ICA在灵敏度、检测范围和检测速度方面具有显著优势，检测灵敏度较传统ELISA方法提高了10-122倍，较传统胶体金试纸条提高了84-3300倍。此外，该技术在真实环境和食品样本中的检测性能也得到了验证，展现出优异的检测性能，平均回收率达到94.55-103.23%，相对标准偏差控制在8.66%以下，表现出良好的准确性、稳定性和特异性，完全满足实际应用场景的严格要求。
▲GO/Au-AuPt-ICA在真实食品样本中的应用
研究团队表示，这次3D纳米酶技术的成功研发，离不开研究团队在2D Film-ICA技术平台上多年的深厚积累和持续创新。作为新一代超敏多靶免疫检测平台，该技术已在包括ACS Nano、Small、Chemical Engineering Journal在内的多个国际权威期刊上发表了系列重要研究成果，并成功申请获得13项国家发明专利，充分展现了团队强大的科研创新实力和技术积累。未来，研究团队将继续深化技术创新，通过产学研深度融合，团队致力于将创新成果转化为实际应用，为食品安全监测和公共卫生事业做出更大贡献。
参考文献：
1.Wang, C., Shen, W., Li, Z., Xia, X., Li, J., Xu, C., ... & Gu, B. (2024). 3D Film-Like Nanozyme with a Synergistic Amplification Effect for the Ultrasensitive Immunochromatographic Detection of Respiratory Viruses. ACS nano. 2024; 18, 37, 25865-25879.
2.Zheng S, Wang S, Xu C, et al. 3D multilayered sheet-like nanozyme enables the multiplex, flexible, and ultrasensitive detection of small-molecule drugs by immunochromatographic assay[J]. Chemical Engineering Journal, 2024: 158162.
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编辑：唐强虎 审校：方琪
