基于等离子体定量侧流免疫层析技术的SARS-CoV-2中和抗体灰度成像检测新方法

本研究开发了一种低成本（<1美元）、高灵敏度的定量侧流免疫层析检测（LFIA）系统，通过金纳米颗粒（AuNPs）等离子体效应与CMYK色彩系统结合，实现血清中SARS-CoV-2刺突蛋白受体结合域抗体（anti-S-RBD IgG）的精准定量（LOD 0.22 μg mL–1 ），为群体免疫监测提供便携解决方案。

　　

在全球疫苗接种率持续上升但SARS-CoV-2反复感染的背景下，准确评估中和抗体水平成为监测群体免疫的关键。传统侧流免疫层析（Lateral Flow Immunoassay, LFIA）虽能快速检测抗体，但存在主观判读、定量精度不足等问题。尤其对于刺突蛋白受体结合域抗体（anti-S-RBD IgG）——这一与病毒中和能力直接相关的生物标志物，现有方法难以在低成本前提下实现高灵敏度定量。

巴西圣保罗大学的研究团队在《Talanta Open》发表研究，创新性地将金纳米颗粒（AuNPs）的等离子体特性与数字图像处理技术结合，开发出制造成本不足1美元的定量LFIA系统。该系统通过3D打印密闭检测舱控制环境干扰，利用CMYK色彩模型中黑色通道（K）与AuNPs光吸收的关联性，实现了血清anti-S-RBD IgG的灰度成像定量，检测限（LOD）达0.22 μg mL^–1
，为资源有限地区的免疫监测提供新工具。

关键技术方法
研究采用金纳米颗粒（15-20 nm）偶联RBD蛋白构建生物探针，通过动态光散射（DLS）和透射电镜（TEM）验证稳定性；使用3D打印检测舱标准化图像采集条件；基于智能手机（三星Galaxy MS2）和商用数码相机双平台，通过CMYK色彩系统分析试纸条显色强度；采用15例RT-PCR确认的COVID-19康复者血清验证临床性能。

研究结果

1. 定性分析
LFIA试纸条采用双层设计：硝酸纤维素膜上固定抗人IgG抗体制成检测线（TL），金标RBD蛋白/抗兔IgG复合物作为信号探针。TEM显示RBD/AuNPs生物偶联物直径增至69.8±0.6 nm。交叉实验证实对IgM、登革热抗体无假阳性，干扰物质（如葡萄糖、EDTA）不影响特异性。临床验证显示83%灵敏度与90%特异性，与商业试剂盒（68.9-100%）相当。

2. 等离子体定量关联分析
创新性发现AuNPs等离子体吸收峰强度与CMYK模型中黑色通道（K）呈负相关（R2=0.994）。密闭检测舱消除环境光干扰后，数码相机系统LOD（0.22 μg mL^–1
）优于智能手机的0.70 μg mL^–1
，尤其擅长区分中低浓度样本（如72.7 vs 112.7 μg mL^–1
）。

3. 成本与稳定性
抗体采购占成本的71%，但通过优化试剂用量将单条试纸成本控制在1美元内。加速老化实验显示，8°C储存3个月后仍保持性能，而50°C会引发假阳性，提示低温储存必要性。

结论与意义
该研究首次将等离子体光学特性与CMYK色彩解耦技术结合，突破了传统LFIA依赖RGB系统的局限。通过标准化检测环境与自动化图像处理算法（ImageJ），使低成本的数码相机系统达到专业设备的定量精度。尽管需外接硬件，但其在区分疫苗接种者与自然感染者的抗体水平差异、监测免疫力衰减等方面具有独特优势，尤其适用于巴西等发展中地区的血清流行病学调查。未来通过开发专用APP简化分析流程，可进一步推动该技术成为全球免疫监测的标准化工具。