首页 > 分享 > 广东省人民医院顾兵教授团队ACS Nano：三维膜状纳米酶介导免疫层析高灵敏检测呼吸道病毒

广东省人民医院顾兵教授团队ACS Nano：三维膜状纳米酶介导免疫层析高灵敏检测呼吸道病毒

花匠小妙招
2024-11-24 17:02

呼吸道病毒感染是全球公共卫生的重大挑战,快速准确检测对及时诊断和治疗至关重要。传统检测方法如ELISA和PCR存在操作复杂、耗时长等局限。侧向流免疫层析试纸（LFA）因简便快速而成为理想的即时检测技术,但灵敏度有待提高。纳米酶的引入为提升LFA性能提供了新思路,但如何设计高效纳米酶并整合到LFA中实现超灵敏检测仍是挑战。因此,开发新型高效纳米酶并应用于LFA以实现呼吸道病毒的超灵敏快速检测,对提高疾病诊断效率、改善公共卫生具有重要的科学意义和应用价值。

最近，广东省人民医院顾兵教授研究团队开发了一种三维薄膜状纳米酶（GO−Pt30−AuPt5），用于超灵敏的呼吸道病毒免疫层析检测。该纳米酶通过在二维氧化石墨烯纳米薄膜上组装铂和金@铂纳米粒子，显著提高了检测灵敏度。研究表明，GO−Pt30−AuPt5能够实现对两种重要呼吸道病毒的同时检测，灵敏度达到1 pg/mL，比传统方法提高约100倍。临床验证显示，该方法在49个真实样本中表现出色，展示了其在病原体筛查中的广泛应用潜力。相关成果以“3D Film-Like Nanozyme with a Synergistic Amplification Effect for the Ultrasensitive Immunochromatographic Detection of Respiratory Viruses”为题，发表于ACS Nano（中科院一区TOP）。

图1.薄膜状GO-Pt30-AuPt5纳米酶的制备与表征。

GO−Pt30−AuPt5纳米酶通过在二维氧化石墨烯纳米薄膜上组装30 nm的铂纳米粒子和5 nm的金@铂纳米粒子制备而成。该纳米酶呈三维结构，具有良好的柔韧性和高表面积，能够在水中高度分散。研究表明，GO−Pt30−AuPt5在催化反应中表现出强大的色度和催化活性，能够有效增强对呼吸道病毒的检测灵敏度，展示了其在临床样本中快速、简单、超灵敏筛查病原体的潜力。

图2. 评估基于GO的薄膜纳米酶的过氧化物酶样活性。本研究开发了多种类型的纳米酶以评估其酶活性，包括GO−Pt30、GO−AuPt5、GO−Pt30−Pt30、GO−AuPt5−AuPt5和GO−Pt30−AuPt5。结果表明，GO−Pt30−AuPt5纳米酶展现出最高的催化活性，明显优于其他类型。不同纳米酶的催化性能差异主要源于其结构和组成。通过结合30 nm铂纳米粒子与5 nm金@铂纳米粒子，GO−Pt30−AuPt5不仅增加了催化位点和反应界面，还显著提升了其催化效率，展现出高灵敏度和卓越的催化能力。此外，GO−Pt30−AuPt5的催化效率远高于传统过氧化物酶，显示出其在生物传感和疾病检测中的广泛应用潜力。

图3. 抗体修饰的GO-Pt30-AuPt5的制备示意图，以及基于该纳米酶的LFA在检测SARS-CoV-2和H1N1中的结构设计和检测模式。GO-Pt30-AuPt5纳米酶通过PEI介导的自组装制备，结合了铂和金@铂纳米粒子的优良催化性能。该纳米酶通过抗体修饰实现靶向结合，构建双抗体夹心免疫检测模式，以提高对SARS-CoV-2和H1N1的特异性识别和信号放大能力。

图4. GO-Pt30-AuPt5纳米酶在LFA条带上的催化活性表征。GO-Pt30-AuPt5纳米酶在AEC底物上的催化活性表现出色，能够迅速分解H2O2生成OH自由基，进而催化AEC的氧化反应，形成不溶性棕红色沉淀。这一催化过程不仅显著增强了检测信号，还提高了对目标病毒的检测灵敏度和特异性，旨在实现对SARS-CoV-2和H1N1的快速、灵敏检测。

图4. GO–Pt30–AuPt5-LFA对于SARS-CoV-2和H1N1的检测效果。在检测不同浓度的SARS-CoV-2和H1N1时，GO-Pt30-AuPt5纳米酶表现出优异的性能。在催化反应之前，纳米酶在高病毒浓度下产生明显的黑色信号，随着病毒浓度的降低，信号逐渐减弱，最终在低于0.5 ng/mL的浓度下变为无色。经过催化反应后，T线的信号强度显著增强，检测范围大幅扩展。在催化模式下，该方法的检测限分别为0.0013 ng/mL和0.00084 ng/mL，显示出极高的灵敏度和广泛的动态检测范围，适用于快速、准确地检测呼吸道病毒。

图4. GO–Pt30–AuPt5-LFA对于实际样本中两种目标病毒的检测结果。在对真实临床样本的检测中，GO-Pt30-AuPt5纳米酶成功识别了H1N1和SARS-CoV-2阳性的咽拭子样本，所有阳性样本的LFA条带均显示出明显的T线信号，表明该方法具有100%的检测率，验证了其在临床应用中的准确性和可靠性。综上所述，本研究成功开发了GO-Pt30-AuPt5三维纳米酶，显著提高了对H1N1和SARS-CoV-2的检测灵敏度和范围。该纳米酶在真实临床样本中的有效应用，展示了其在快速、准确的病毒检测方面的潜力，为病原体筛查提供了可靠的技术支持。作者简介：

汪崇文，广东省人民医院检验科副研究员，检测新技术方向PI，主要从事分子诊断新技术、免疫层析现场检测、生物传感新技术、病原微生物快速检测等方面的研究。开发出系列超敏免疫层析检测新材料与新技术，实现复杂环境和临床样本中病原微生物（细菌、病毒）、生物标志物、毒素（真菌毒素、战剂毒素）、新型冠状病毒抗原及其IgM/IgG抗体等目标物的高灵敏快速检测。以第一作者（排名第一）/通讯作者在ACS Nano，Small，Biosens Bioelectron，Chemical Engineering Journal，Analytical Chemistry，Nano Res，Journal of Hazardous Materials，ACS Appl. Mater. Interfaces，Nanoscale，Sens. Actuators B-Chem.等知名SCI期刊发表论文55篇（中科院一区38篇），10分以上的18篇，入选ESI高被引论文8篇，H-index为43，论文总被引超过5400次，入选全球前2%顶尖科学家榜单（2023）。主持国自然面上、青年等科研项目5项，兼任中国研究型医院学会生物标志物委员会委员，中国医学装备协会检验医学分会委员及中国医疗器械行业协会现场快速检测（POCT）分会委员。

郑帅，合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所副研究员，主要从事复合纳米材料的制备、分子诊断新技术、高灵敏免疫层析技术、生物传感新技术、环境危害物快速检测等方面的研究。研发一系列新型材料和技术，以提升免疫层析检测的灵敏度。这些创新旨在实现对复杂环境中的小分子危害物（包括真菌毒素、抗生素、重金属）以及临床样本中病原微生物（如细菌和病毒）的高灵敏度和快速检测。近年来，主持国家自然科学基金青年科学基金项目1项、中国博士后科学基金第74批面上资助项目1项。已发表超敏免疫层析相关SCI论文25篇，其中以第一作者和通讯作者在领域内高水平期刊ACS Nano、Chemical Engineering Journal、Sens. Actuators B-Chem、Food Chemistry等发表SCI论文10篇。

顾兵，广东省人民医院检验科主任、学科带头人。国家重点研发计划首席科学家、广东省“珠江人才计划”领军人才、江苏省“科教强卫”医学重点人才、“333工程”人才、“六大人才高峰”人才、“六个一工程”高层次卫生人才。现担任中国人体科技健康促进会临床微生物与感染精准检验专委会主委、中国医学装备协会检验医学分会副会长兼秘书长、中国医师协会检验医师分会委员、中华医学会检验分会青委会委员、广州国家实验室科技成果转移转化专家库专家、广东省临床基因检测质控中心主任、AME学术沙龙总负责人。J Lab Precis Med执行主编，SCI期刊J Thorac Dis编委，Annals of Infection主编。主要从事感染性疾病快速检测新技术与耐药菌感染防控研究，主持国家科技部重点研发计划2项、国家自然科学基金5项、省部级课题8项；参与国家科技部重点研发计划1项。以第一或通迅作者发表论文212篇，其中在Lancet Microbe、Nat Commun、Nucleic Acid Research、ACS Nano、Small、Biosens Bioelectron、Emerg Microbes Infect等本领域权威期刊发表SCI论文141篇，其中JCR1区论文80篇，JCR2区论文32篇，中科院1区论文31篇，10分以上16篇，累计影响因子734分，在中华级期刊发表论文17篇，H-index为45，被引频次总计5340余次；编写学术专著与教材41部，其中主编及副主编18部；参编行业指南专家共识16项，团体标准6项；获授权专利10项；获江苏省科学技术奖二等奖1项、江苏省医学科技奖三等奖2项、江苏省医学新技术引进奖6项。