微流控荧光微珠免疫分析法实现超低体积人血浆中SARS-CoV-2中和抗体的快速检测

本研究针对中和抗体检测方法耗时、高成本的问题，开发了一种基于微流控荧光微珠的免疫分析法，可在30分钟内检测SARS-CoV-2中和抗体，检测限达46 IU/mL，仅需1.35 μL血浆样本。该技术通过模拟病毒-宿主相互作用，实现了高效、高通量的中和抗体评估，为疫苗效力监测和个体免疫状态分析提供了新工具。

　　

研究背景
传染病暴发对全球公共卫生构成严峻挑战，而疫苗接种是控制疫情的核心策略。然而，个体免疫应答的差异性使得评估疫苗保护效力和免疫持久性成为难题。中和抗体（neutralizing antibodies）作为免疫保护的关键指标，其检测通常依赖病毒中和试验（VNT），但该方法需在生物安全三级实验室（BSL-3）中进行，且耗时长、成本高。尽管ELISA等替代技术已有所发展，但仍存在样本需求量大、通量低等问题。因此，开发快速、低样本消耗且可标准化的中和抗体检测方法迫在眉睫。

研究方法
奥地利红十字会提供的人血浆样本与WHO国际标准物质（21/338）被用于验证实验。研究团队设计了一种八通道微流控芯片，通过以下关键技术实现检测：

1. 荧光微珠功能化：将1 μm荧光微珠与SARS-CoV-2三聚体刺突蛋白（S蛋白）结合，模拟病毒表面结构；
2. 微流控芯片构建：采用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）和PDMS（聚二甲基硅氧烷）制备多层芯片，检测区固定ACE2（血管紧张素转换酶2）受体；
3. 图像分析：通过荧光显微镜成像和ImageJ软件定量微珠结合数量，评估中和抗体抑制ACE2-S蛋白相互作用的能力。

研究结果

3.1 荧光微珠功能化验证
实验证实，仅当微珠携带α-S蛋白时才能与ACE2结合（P<0.001），且0.1% BSA的偶联缓冲液优于1% BSA（P<0.033）。功能化微珠在14天内保持稳定（P>0.12），为长期使用提供保障。

3.2 微流控平台优化
比较玻璃与PMMA基底显示无显著差异（P>0.12），而599 μm通道高度更易操作。八通道设计支持并行检测，重复性实验证实不同芯片间结果一致（P>0.12）。

3.3 检测条件优化
100 μg/mL ACE2浓度和20分钟孵育时间被确定为最优条件。此时，阴性对照的微珠结合数随时间线性增加（R²>0.9），而阳性样本（EURM-017）的结合数不受时间影响（P>0.12）。

3.4 临床样本检测
WHO标准品稀释实验显示检测限为46 IU/mL，动态范围为50–500 IU/mL。六例人血浆样本检测结果与Elecsys^? Anti-SARS-CoV-2 S抗体滴度趋势一致，但中和抗体滴度差异达6–7倍，凸显方法特异性。

结论与意义
该研究首创了基于微流控荧光微珠计数的新型免疫分析法，解决了传统技术样本需求大、耗时长的问题。通过模拟病毒-宿主互作，实现了30分钟内超低体积（1.35 μL）血浆的中和抗体定量检测。八通道设计支持高通量和多靶标检测，为疫苗研发、个体免疫评估及流行病学研究提供了标准化工具。未来通过集成自动化读板设备，可进一步推动该技术在临床即时诊断中的应用。

作者贡献
Silvia Schobesberger和Helena Thumfart为共同第一作者，负责实验设计与论文撰写；Peter Ertl教授团队主导了微流控技术开发与项目指导。论文发表于《Sensors and Actuators Reports》，为传染病诊断领域提供了创新性解决方案。