東南大學研究組:炎癥四項標志物即時檢測新方法

【字體: 時間:2020年07月03日 來源:生物通

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  研究結果表明,該方法不但可以實現四項標志物的同時定量,而且改善了免疫反應動力學,提高了檢測信號靈敏度和重復性。

  

高靈敏度多元炎癥標志物的聯合檢測可以辨別細菌與病毒感染,有利于抗菌藥物的合理使用和感染疾病的早期快速篩查,是POCT(Point Of Care Testing,即時檢測)領域的一個重要需求。但是四種炎癥標志物的正常生理濃度與炎癥濃度涵蓋數個數量級,難以同時定量檢測,這是目前炎癥四項POCT檢測的一個難題。

為此,一組研究人員提出以多孔陽極氧化鋁(AAO, anodic aluminum oxide)替代垂直流免疫分析(Vertical Flow Assay)中的硝酸纖維素膜,利用AAO的納流體通道與SERS納米標簽相結合,實現寬線性范圍高靈敏度炎癥標志物多元檢測。研究結果表明,該方法不但可以實現四項標志物的同時定量,而且改善了免疫反應動力學,提高了檢測信號靈敏度和重復性。

感染性疾病是臨床最常見的疾病類型之一。由于感染途徑多樣、病原體種類繁多、癥狀和體征存在個體性差異,如果不能及時明確診斷和治療,可引發嚴重后果。因此,臨床上如何對感染性疾病進行早期診斷和(或)鑒別診斷是一個亟待解決的實際問題。例如,目前新冠病毒仍在蔓延,如果誤將病毒性感染當成細菌性感染,將延誤治療使病情加重。同樣,如果將細菌性感染當作病毒感染也會造成醫療資源擠兌,進一步增加感染風險。因此發生感染性疾病時首先判別患者的感染類型尤為重要。

炎癥四項(PCT/IL-6/SAA/CRP)檢測有助于快速有效鑒別感冒/肺炎患者的感染類型,既能緩解確診速度不足,又能分類診斷,避免了抗生素濫用以及關鍵時期稀缺醫療資源的浪費。但是四項標志物的濃度范圍高低不同,涵蓋pg/mL~μg/mL,同時定量檢測存在較大困難,特別是在POCT場景下,鮮有兼顧高靈敏度和寬線性范圍的檢測方法。

近年來,由于表面增強拉曼散射光譜(SERS)技術具有穩定性好,頻帶窄,特異性強,水溶液背景弱等優勢,而廣泛應用于生物醫學檢測領域。東南大學生物科學與醫學工程學院、生物電子學國家重點實驗室趙祥偉教授團隊多年來致力于SERS與即時檢測相結合的高靈敏多元生物標志物檢測方法研究。

針對目前傳統炎癥類生物標志物檢測方法,如免疫試紙條(側向流免疫分析)、免疫滲濾(垂直流免疫分析)、白血球計數、聚合酶鏈反應(PCR)和酶聯免疫吸附試驗等存在1)酶的制備和純化成本高;2)操作步驟繁瑣且費時;3)檢測靈敏度差和動態線性范圍窄等缺點,團隊提出了一種基于多孔陽極氧化鋁 (AAO, anodic aluminum oxide) 為檢測膜和SERS編碼納米顆粒為標簽的垂直流免疫檢測方法。AAO中的納流體通道不僅提高了免疫反應效率,而且能夠調制激光對標簽的激發,有效增強檢測信號并拓寬了檢測的線性范圍。

另外,該方法中的標志物分子可以通過拉曼光譜進行編碼,一次光譜采集即可實現多元標志物信號的檢測。實驗結果表明,對CRP、IL-6、SAA和PCT的檢測靈敏度分別達到了53.4、4.72、 48.3和 7.53 fg mL-1,且動態線性范圍可跨越5個數量級,有效的解決了傳統檢測方法的缺陷,無需樣品稀釋或者濃縮,顯著提高了檢測效率,降低了檢測成本。該方法有望為POCT場景中的感染性炎癥快速精準篩查提供技術支撐。

這一成果近日以“Vertical flow assay for inflammatory biomarkers based on nanofluidic channel array and SERS nanotags”為題發表在Small (IF = 11.459)上,并入選封底亮點論文。這項工作得到了國家重點研究開發計劃和深圳市科技創新委員會基礎研究項目的支持。

原文標題:

Vertical flow assay for inflammatory biomarkers based on nanofluidic channel array and SERS nanotags

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202002801.

作者簡介:

趙祥偉,男,博士,教授。2006年博士畢業于浙江大學。曾先后任日本大阪大學激光工程研究所、美國密歇根大學生物醫學工程系、伊利諾大學香檳厄本那分校電子與計算機工程系,哈佛大學醫學院訪問學者。現主要研究方向為生物醫學檢測與傳感,研究內容有納米光子學技術、單細胞分析、POCT、生物醫學大數據等。主持或完成國家自然科學基金、863計劃、江蘇省科技支撐計劃等10余項。發表SCI論文50余篇,授權專利20余項,其中轉讓8項。研究成果獲得教育部自然科學一等獎以及日內瓦國際發明展特別金獎。入選教育部新世紀優秀人才、江蘇省“六大人才高峰”高層次人才、江蘇省青藍工程優秀青年骨干教師和東南大學“華英學者”。

Email: [email protected]; 歡迎有電子信息、物理、化學、生物醫學工程等相關背景同學報考碩士、博士或者合作博士后研究。

近期代表性論文:

Zhang D, Huang L, Liu B, Ge QY, Dong J, Zhao XW*, Rapid and Ultrasensitive Quantification of Multiplex Respiratory Tract Infection Pathogen via Lateral Flow Microarray based on SERS Nanotags, Theranostics, 2019, 9(17): 4849-4859(封底)

Liu B, Zhang D, Ni HB, Wang DL, Jiang LY, Fu DG, Han XF, Zhang C, Chen HY, Gu ZZ and Zhao XW*, Multiplex Analysis on a Single Porous Hydrogel Bead with Encoded SERS Nanotags, ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10: 21−26

Zhang D, Huang L, Liu B, Ni HB, Sun LD,Su EB, Chen HY, Gu ZZ and Zhao XW*, Quantitative and ultrasensitive detection of multiplex cardiac biomarkers in lateral flow assay with core-shell SERS nanotags, Biosensors and Bioelectronics, 2018, 106: 204–211 (高被引)

Chang N, Zhai JY, Liu B, Zhou JP, Zeng ZY, Zhao XW*, Low cost 3D microfluidic chips for multiplex protein detection based on photonic crystal beads, Lab on a Chip, 2018, 18, 3638 - 3644

Wang DL, Ni HB, Wang ZQ, Liu B, Chen HY, Gu ZZ and Zhao XW*. Discrimination of nosiheptide sources with plasmonic filters, ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9 (15), pp 13049–13055





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