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【食品新思路】ACS Nano: 苯硼酸修饰的类膜磁性量子点实现了侧流免疫分析法对病毒的超灵敏和广谱检测
ACS Nano (IF 15.8)
●2024年6月，广东省人民医院检验科顾兵教授和汪崇文教授团队在国际期刊《ACS Nano》上发表题为“Phenylboronic Acid-Modified Membrane-Like Magnetic Quantum Dots Enable the Ultrasensitive andBroad-Spectrum Detection ofViruses byLateral Flow Immunoassay”的研究型论文。广东省人民医院检验科汪崇文教授为文章第一作者，顾兵教授和汪崇文教授为文章共同通讯作者。由病毒引起的传染病已成为世界上危害最大的公共卫生问题之一，夺去了无数人的生命，造成了严重的社会恐慌和不可估量的经济损失。因此，急需开发简单、快速、灵敏的病毒即时检测技术，以满足疫情防控和临床诊断的大规模部署需求。本文作者使用氧化石墨烯(GO)基磁性荧光纳米膜(GF@ DQD)作为多功能探针，4-氨基苯基硼酸(APBA)作为病毒糖蛋白检测的广谱识别分子，提出了一个多重侧流免疫层析(LFIA)检测平台。研究表明，该平台可在20 min内同时灵敏地诊断出3种新出现的病毒，检出限低至pg/mL。GF@DQD-APBA-LFIA在34例SARSCoV-2阳性临床标本的检测中也显示出了出色的实用性，揭示了其在疫情控制和现场病毒检测方面的潜力。
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成果介绍
本研究报道了一种基于APBA修饰膜样GF@DQD探针的高灵敏度多重LFIA技术(图1)，用于快速、通用和定量检测三种新发病毒，即SARS-CoV-2、MPXV和EBOV。GF@DQD-APBA纳米膜的制备由四个部分组成：(i)二维单层氧化石墨烯纳米膜(500-800 nm)，作为柔性内支架；（ii）一层密度可控的超顺磁性Fe3O4纳米粒子（NPs，约90 nm），具有较强的磁响应性；（iii）两层致密的CdSe/ZnS-MPA量子点（QDs，约12 nm），产生良好的荧光；（iv）表面修饰的APBA分子，用于病毒抗原的有效和广谱识别。与常用的球形信号纳米材料相比，二维柔性GF@DQD纳米薄膜在复杂样品中表现出优异的分散性和稳定性，并具有更大的反应界面、更强的磁性能和更优越的荧光特性。作者借助透射电子显微镜(TEM)、zeta电位、高角环形暗场扫描透射(HAADF-STEM)原子成像、能量色散x射线光谱(EDS)、x射线光电子能谱(XPS)、荧光显微镜等技术对GF@DQD-APBA探针进行了表征，证明了优异的荧光和磁性特性以及出色的稳定性使膜状GF@DQD适合作为捕获/检测多功能探针，并评价了GF@DQD-APBA探针对多种病毒抗原的通用捕获/检测能力。凭借这些性能或能力（一个结构中有数千个量子点，反应界面大，磁富集能力强），GF@DQD-APBA-based LFIA可以产生三重信号放大效应，可在20 min内快速、超灵敏地检测SARS-CoV-2 SP、MPXV A29和EBOV GP抗原，检测限分别为0.93、1.03和0.89 pg/mL。通过检测相同的样本，证明了该方法的灵敏度比常用的酶联免疫吸附和基于AuNP的LFIA试纸条至少高出200倍和500倍。
图1 (a) APBA修饰GF@DQD磁性荧光纳米片的合成，(b) GF@DQD-biotin标签的制备，以及(c)用于EBOV，MPXV和SARS-CoV-2抗原多重和超灵敏监测的LFIA生物传感器示意图
此外，作者利用53份临床鼻咽拭子样本（分别为15份、19份和19份强阳性、弱阳性和阴性SARS-CoV-2样本）验证了GF@DQD-APBA-LFIA在实际样本中应用的可行性（图2）。结果表明，GF@DQD-APBA-LFIA能够准确识别鼻咽拭子中的SARS-CoV-2，对SARS-CoV-2感染的临床呼吸道样本的检测准确率为100%(图2a)。虽然商业ELISA方法的检测结果与LFIA方法一致，但其检测范围仅为6−0.2 ng/mL，并且无法准确测定强阳性鼻咽拭子标本中SARS-CoV-2 SP的浓度(图2b)。Deming回归分析显示，对于19个弱阳性样本，提出的GF@DQD-APBA-LFIA与ELISA的一致性高度相关(图2c)，回归方程斜率为0.999，R2为0.998。Bland–Altman（图2d）图显示两种方法的差值均值为-0.011，差值的95%置信区间为-0.04~0.017，并且回归线(紫色)的截距和斜率接近于0。综上，两种检测方法对弱阳性标本(1~0.2 ng/mL)具有等效性。
图2 15份SARS-CoV-2强阳性样本、19份SARS-CoV-2弱阳性样本和19份临床阴性样本的GF@DOD-APBA-LFIA(a)的T线荧光强度和ELISA(b)的检测结果；通过GF@DQD-APBA-LFIA和ELISA检测弱阳性拭子样本中的SARS-CoV-2 SP 的Deming回归分析(c)和Bland-Altman图(d)
● 创新性/应用前景
本研究成功开发了一种基于苯硼酸修饰的膜状磁性量子点（GF@DQD-APBA）的侧流免疫分析（LFIA）方法，实现了对病毒的超灵敏和广谱检测，显著提升现有免疫层析检测病毒的灵敏度和准确性，有效降低了对特异性抗体的依赖。除此之外，该方法能够在同一测试中同时筛查多种病毒，并且检测速度快（小于20 min），相较于ELISA（约2-4 h）具有明显的时间优势。
参考文献
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c01824
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