东南大学研究组:炎症四项标志物即时检测新方法

【字体: 时间:2020年07月03日 来源:生物通

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  研究结果表明,该方法不但可以实现四项标志物的同时定量,而且改善了免疫反应动力学,提高了检测信号灵敏度和重复性。

  

高灵敏度多元炎症标志物的联合检测可以辨别细菌与病毒感染,有利于抗菌药物的合理使用和感染疾病的早期快速筛查,是POCT(Point Of Care Testing,即时检测)领域的一个重要需求。但是四种炎症标志物的正常生理浓度与炎症浓度涵盖数个数量级,难以同时定量检测,这是目前炎症四项POCT检测的一个难题。

为此,一组研究人员提出以多孔阳极氧化铝(AAO, anodic aluminum oxide)替代垂直流免疫分析(Vertical Flow Assay)中的硝酸纤维素膜,利用AAO的纳流体通道与SERS纳米标签相结合,实现宽线性范围高灵敏度炎症标志物多元检测。研究结果表明,该方法不但可以实现四项标志物的同时定量,而且改善了免疫反应动力学,提高了检测信号灵敏度和重复性。

感染性疾病是临床最常见的疾病类型之一。由于感染途径多样、病原体种类繁多、症状和体征存在个体性差异,如果不能及时明确诊断和治疗,可引发严重后果。因此,临床上如何对感染性疾病进行早期诊断和(或)鉴别诊断是一个亟待解决的实际问题。例如,目前新冠病毒仍在蔓延,如果误将病毒性感染当成细菌性感染,将延误治疗使病情加重。同样,如果将细菌性感染当作病毒感染也会造成医疗资源挤兑,进一步增加感染风险。因此发生感染性疾病时首先判别患者的感染类型尤为重要。

炎症四项(PCT/IL-6/SAA/CRP)检测有助于快速有效鉴别感冒/肺炎患者的感染类型,既能缓解确诊速度不足,又能分类诊断,避免了抗生素滥用以及关键时期稀缺医疗资源的浪费。但是四项标志物的浓度范围高低不同,涵盖pg/mL~μg/mL,同时定量检测存在较大困难,特别是在POCT场景下,鲜有兼顾高灵敏度和宽线性范围的检测方法。

近年来,由于表面增强拉曼散射光谱(SERS)技术具有稳定性好,频带窄,特异性强,水溶液背景弱等优势,而广泛应用于生物医学检测领域。东南大学生物科学与医学工程学院、生物电子学国家重点实验室赵祥伟教授团队多年来致力于SERS与即时检测相结合的高灵敏多元生物标志物检测方法研究。

针对目前传统炎症类生物标志物检测方法,如免疫试纸条(侧向流免疫分析)、免疫渗滤(垂直流免疫分析)、白血球计数、聚合酶链反应(PCR)和酶联免疫吸附试验等存在1)酶的制备和纯化成本高;2)操作步骤繁琐且费时;3)检测灵敏度差和动态线性范围窄等缺点,团队提出了一种基于多孔阳极氧化铝 (AAO, anodic aluminum oxide) 为检测膜和SERS编码纳米颗粒为标签的垂直流免疫检测方法。AAO中的纳流体通道不仅提高了免疫反应效率,而且能够调制激光对标签的激发,有效增强检测信号并拓宽了检测的线性范围。

另外,该方法中的标志物分子可以通过拉曼光谱进行编码,一次光谱采集即可实现多元标志物信号的检测。实验结果表明,对CRP、IL-6、SAA和PCT的检测灵敏度分别达到了53.4、4.72、 48.3和 7.53 fg mL-1,且动态线性范围可跨越5个数量级,有效的解决了传统检测方法的缺陷,无需样品稀释或者浓缩,显著提高了检测效率,降低了检测成本。该方法有望为POCT场景中的感染性炎症快速精准筛查提供技术支撑。

这一成果近日以“Vertical flow assay for inflammatory biomarkers based on nanofluidic channel array and SERS nanotags”为题发表在Small (IF = 11.459)上,并入选封底亮点论文。这项工作得到了国家重点研究开发计划和深圳市科技创新委员会基础研究项目的支持。

原文标题:

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

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

作者简介:

赵祥伟,男,博士,教授。2006年博士毕业于浙江大学。曾先后任日本大阪大学激光工程研究所、美国密歇根大学生物医学工程系、伊利诺大学香槟厄本那分校电子与计算机工程系,哈佛大学医学院访问学者。现主要研究方向为生物医学检测与传感,研究内容有纳米光子学技术、单细胞分析、POCT、生物医学大数据等。主持或完成国家自然科学基金、863计划、江苏省科技支撑计划等10余项。发表SCI论文50余篇,授权专利20余项,其中转让8项。研究成果获得教育部自然科学一等奖以及日内瓦国际发明展特别金奖。入选教育部新世纪优秀人才、江苏省“六大人才高峰”高层次人才、江苏省青蓝工程优秀青年骨干教师和东南大学“华英学者”。

Email: xwzhao@seu.edu.cn; 欢迎有电子信息、物理、化学、生物医学工程等相关背景同学报考硕士、博士或者合作博士后研究。

近期代表性论文:

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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