用于CLIA系统中抗原检测的环保型金纳米颗粒合成方法

《ACS Omega》：Environmentally Safe Synthesis of Gold Nanoparticles for Antigen Detection in CLIA System

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　　金纳米颗粒（AuNPs）近年来在科学研究和实际应用中受到了广泛关注。随着对可持续发展和环境友好型技术的需求增加，研究人员开始探索更加环保的AuNPs制备方法，并将其应用于生物技术和医疗诊断领域。AuNPs因其独特的物理和化学性质，成为开发新型检测技术的重要材料。这些纳米颗粒不仅具有高比表面积，便于与多种生物分子结合，还能在检测过程中起到信号放大的作用，从而显著提高检测的灵敏度和特异性。此外，AuNPs的形态多样性，如球形、立方形、棒状、星形和笼状结构，使其在不同应用场景中展现出广泛适应性。

在本研究中，AuNPs通过物理方法制备，具体采用磁控溅射技术将其沉积在固态聚乙二醇（PEG）基底上。这种方法的优点在于避免了化学反应和残留物的产生，从而确保了纳米颗粒的纯净性和稳定性。此外，磁控溅射法相较于传统的化学合成方法，不仅操作简便，而且成本较低，同时纳米颗粒的储存时间也较长，至少可保持12个月的稳定性。这种物理制备方法为后续的生物功能化提供了良好的基础。

为了进一步提高检测性能，研究人员对AuNPs进行了详细的表征，包括紫外-可见光谱（UV–vis）、透射电子显微镜（TEM）和能量色散X射线光谱（EDS）。通过UV–vis光谱分析，AuNPs的等离子体共振峰出现在约535 nm处，这一结果与TEM显示的平均粒径（约40 nm）一致，表明纳米颗粒的尺寸和形态具有高度的一致性。同时，EDS分析确认了AuNPs中金元素的存在，并检测到了微量的碳、硅和氧元素，这些元素可能来源于PEG基底的残留。此外，动态光散射（DLS）分析表明，纳米颗粒的尺寸分布较广，但主要集中在120 nm左右，而Zeta电位（ZP）的测量则显示，纳米颗粒在功能化前的平均电位为-7.34 mV，功能化后增加至-11.77 mV，表明其表面电荷发生了变化，有助于提高其在生物体系中的稳定性和结合能力。

基于上述AuNPs的特性，研究人员进一步将其与针对SARS-CoV-2核衣壳蛋白（N蛋白）的抗体进行功能化处理。核衣壳蛋白在病毒复制过程中起着关键作用，并且在病毒颗粒中具有高度保守的结构区域，因此成为诊断SARS-CoV-2感染的重要靶标。通过将AuNPs作为载体，研究人员实现了抗体与过氧化物酶（HRP）的高效结合，从而构建了一种基于化学发光免疫分析（CLIA）的检测方法。这种结合方式不仅提高了检测的灵敏度，还增强了特异性，使得AuNPs在免疫检测中表现出色。

为了验证该方法的实际应用价值，研究人员对180例鼻咽拭子样本进行了检测，这些样本涵盖了新冠疫情期间的不同病例。通过CLIA与传统酶联免疫吸附测定（ELISA）的对比实验，研究人员发现CLIA在检测低浓度抗原时表现出更高的灵敏度，能够有效识别病毒载量超过1.19 ng/mL的样本。此外，通过接收者操作特征（ROC）曲线分析，该方法的曲线下面积（AUROC）达到了0.909（95%置信区间：0.864–0.955），表明其在区分SARS-CoV-2阳性与阴性样本方面具有良好的能力。具体而言，该方法的灵敏度为91%，特异性为85%，显示出较高的检测准确率。

相比之下，传统的ELISA方法虽然在实验室中广泛应用，但其检测灵敏度受限于抗原浓度较低时的信号放大能力不足。而CLIA方法通过AuNPs的信号放大功能，能够在较低浓度下实现更有效的检测，从而拓宽了检测的动态范围。此外，CLIA的检测过程更加高效，能够在短时间内获得稳定的信号输出，同时减少试剂的使用量，降低了实验成本和操作难度。这些优势使得CLIA成为替代ELISA的理想选择，尤其是在需要快速诊断和大规模筛查的场景中。

在实验设计方面，研究人员采用了标准的免疫检测流程，包括样品的预处理、抗体的结合、抗原的识别以及化学发光信号的检测。具体而言，将鼻咽拭子样本与AuNP-抗体生物偶联物共同孵育，以识别其中的SARS-CoV-2抗原。随后，通过化学发光反应生成的信号强度被用于判断样本的阳性或阴性。实验结果显示，AuNP-CLIA在检测SARS-CoV-2 N蛋白方面表现出良好的性能，能够准确识别感染早期的病例，为临床诊断提供了新的工具。

除了对AuNPs的合成和功能化进行深入研究外，研究人员还探讨了不同抗体类型的结合效果。通过比较单克隆抗体与多克隆抗体在CLIA中的表现，发现将两者结合使用能够显著提高检测的灵敏度和特异性。单克隆抗体具有高度特异性，能够识别特定的抗原表位，而多克隆抗体则具有更广泛的结合能力，可以同时识别多个表位，从而增强信号的稳定性。这种混合抗体策略在免疫检测中具有重要的应用价值，尤其是在面对复杂抗原结构时，能够提供更全面的检测结果。

此外，研究人员还对实验数据进行了统计分析，利用IBM SPSS软件包计算了ROC曲线和置信区间，以评估检测方法的性能。分析结果表明，AuNP-CLIA在所有测试样本中均表现出较高的准确率，能够有效区分SARS-CoV-2感染者与健康个体。这一结果不仅验证了该方法的可靠性，也为未来在其他传染病诊断中的应用提供了理论依据。

本研究的创新点在于首次将通过磁控溅射技术制备的AuNPs应用于化学发光免疫检测中，为开发新型、环保的纳米材料提供了新的思路。同时，该方法的高灵敏度和高特异性使其在临床应用中具有广阔前景，特别是在大规模筛查和快速诊断方面。随着纳米技术的不断发展，AuNPs在生物医学领域的应用将进一步拓展，为疾病的早期检测和精准诊断提供更加高效和可靠的技术支持。