一种基于金纳米粒子的比色适配体传感器，用于心脏肌钙蛋白I的即时检测

《Seminars in Vascular Surgery》：A colorimetric aptasensor based on gold nanoparticles for point-of-care testing of cardiac troponin I

心肌梗死早期诊断方法研究。采用金纳米颗粒与特异性aptamer构建检测系统，通过盐浓度调控颗粒聚集实现cTnI定量检测，优化后200mM NaCl和800nM aptamer浓度下检测范围0.1-0.8μg/mL，线性相关系数0.942，检测限0.1μg/mL，回收率105.6%-118.5%。该技术具有快速（30分钟）、低成本、高灵敏度特点，适用于资源有限环境的心肌梗死快速筛查和面积评估。

　　本研究围绕一种新型的快速检测方法展开，旨在通过简便、高效且低成本的手段对心脏肌钙蛋白I（cTnI）进行定量分析，从而提高急性心肌梗死（AMI）的早期诊断效率。cTnI作为临床诊断中的关键生物标志物，其浓度变化与心肌损伤程度密切相关，是评估AMI患者病情和预后的重要指标。然而，传统的检测方法往往依赖于复杂的实验室设备和专业人员操作，难以在资源有限或偏远地区推广应用。因此，开发一种适用于现场检测的快速、灵敏、特异的检测技术具有重要意义。

研究团队基于金纳米颗粒（AuNPs）的盐诱导聚集特性，结合特定的cTnI识别元件——适配体（aptamer），构建了一种基于颜色变化的检测平台。AuNPs在稳定分散状态下呈现出红色，其颜色变化源于表面等离子体共振（SPR）效应。当溶液中引入高浓度的盐（如NaCl）时，AuNPs会发生聚集，导致颜色从红色逐渐变为紫色，最终呈现蓝色。这一颜色变化为检测提供了直观的信号。适配体作为一种单链DNA或RNA分子，能够通过与AuNPs的非共价结合，有效防止盐诱导的聚集。这种结合方式不仅稳定了纳米颗粒的分散状态，还增强了检测系统的灵敏度和特异性。

在本研究中，团队系统地优化了实验条件，包括NaCl的浓度和适配体的使用量。实验结果表明，在200 mM NaCl和800 nM适配体浓度下，该检测方法表现出良好的线性响应（R2 = 0.942），适用于cTnI浓度范围为0.1至0.8 μg/mL的样本。检测限（LOD）被估算为0.1 μg/mL，而通过肉眼观察，颜色变化的最低可识别浓度为0.3 μg/mL。这些参数表明该方法在灵敏度和实用性方面具有显著优势。

此外，团队还对适配体的特异性进行了评估，通过引入多种可能的干扰物质（如BNP、Mb、尿素、维生素C、谷胱甘肽和牛血清白蛋白）进行测试。结果显示，这些物质在相同浓度下对检测系统无明显干扰，进一步验证了该方法在临床应用中的高度特异性。回收率实验也表明，该方法在不同浓度下均能实现较高的回收率，范围从105.6%到118.5%，说明其在实际样本中的适用性和准确性。

从实际应用的角度来看，该检测方法具有显著的操作简便性和快速响应性，能够在30分钟内完成检测过程。这种高效性对于急诊环境中的快速诊断尤为重要。同时，该方法的成本较低，便于大规模推广，特别是在医疗资源匮乏的地区，能够为患者提供及时的检测服务，有助于实现早期干预和有效治疗。

金纳米颗粒因其独特的光学性质和高比表面积，在生物传感领域展现出广泛的应用前景。它们的聚集状态可以通过颜色变化直观判断，而适配体则作为关键的识别元件，能够与目标分子（如cTnI）发生特异性结合，从而改变纳米颗粒的聚集状态。这种机制不仅提高了检测的灵敏度，还使得整个系统能够在无需复杂仪器的情况下实现定量分析。

适配体的合成和筛选是本研究的重要环节。通过系统进化配体（SELEX）技术，团队获得了一种能够特异性识别cTnI的适配体序列，并将其与AuNPs结合，形成稳定的传感体系。适配体的浓度优化结果显示，当浓度达到800 nM时，AuNPs的聚集状态达到稳定，同时检测系统的响应也达到最佳。这一结果表明，适配体的浓度对检测性能具有显著影响，而选择合适的浓度是确保检测准确性的关键。

在实验过程中，团队还对AuNPs的聚集行为进行了深入研究。通过透射电子显微镜（TEM）观察不同条件下的纳米颗粒形态，发现适配体的存在显著抑制了盐诱导的聚集，而cTnI的引入则导致适配体从纳米颗粒表面释放，进而引发聚集。这种动态变化不仅为检测提供了理论依据，还为实际操作中的信号读取提供了可靠的参考。

本研究的创新点在于利用了适配体对AuNPs的保护作用，以及盐浓度对聚集状态的调控。这种结合使得检测系统能够在不依赖复杂仪器的情况下，实现对cTnI的快速、灵敏和特异检测。同时，该方法的低成本和易操作性使其适用于现场检测和远程医疗场景，为急性心肌梗死的早期诊断和病情评估提供了新的解决方案。

尽管本研究取得了一定的成果，但仍有进一步优化的空间。例如，当前的检测限（0.1 μg/mL）虽然能够满足大部分临床需求，但在某些情况下仍需更高的灵敏度。此外，检测方法的动态范围和重复性仍有提升潜力，特别是在高浓度样本的处理上。未来的研究方向可能包括进一步提高检测灵敏度，开发更高效的适配体，并探索该技术在实时监测系统中的应用，从而实现对cTnI浓度的持续跟踪。

综上所述，本研究成功构建了一种基于适配体和金纳米颗粒的颜色变化检测方法，为cTnI的快速定量检测提供了新的思路和技术手段。该方法不仅具有良好的灵敏度和特异性，还具备操作简便、成本低廉等优势，适用于多种检测场景。其研究成果为急性心肌梗死的早期诊断和病情评估提供了有力支持，同时也为其他生物标志物的检测方法开发提供了借鉴。未来，随着技术的不断进步，该方法有望在临床实践中得到更广泛的应用，进一步提升心血管疾病的诊断效率和治疗效果。