基于日落黄液晶的光学与介电生物传感技术实现唾液中SARS-CoV-2核衣壳蛋白的高灵敏度检测

本文创新性地利用溶致变色液晶（LCLC）日落黄（SSY）的向列相作为传感介质，开发了针对SARS-CoV-2核衣壳蛋白（N蛋白）的光学-介电双模式生物传感器。通过抗原-抗体免疫复合物破坏液晶有序排列的机制，实现了唾液中N蛋白的超灵敏检测（LOD达5.5×10?11 g/mL），其亲水性特性更支持传统热致液晶无法实现的实时动力学分析，为无创COVID-19诊断提供了新策略。

　　

亮点

本研究首次将溶致变色液晶（LCLC）日落黄（SSY）的向列相应用于SARS-CoV-2检测领域，其独特的亲水性和自组装特性突破了传统热致液晶（如5CB）在生物传感中的局限性。

材料与方法

实验采用二甲基十八烷基[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]氯化铵（DMOAP）修饰的液晶盒（间隙15 μm），通过优化抗N蛋白抗体的固定浓度（详见补充材料S3.2节），确保向列相SSY（28 wt%水溶液）在无靶标时保持垂直排列。当唾液样本中的N蛋白与抗体结合后，免疫复合物会引发液晶分子取向紊乱，产生偏振光显微镜下的光泄漏信号及介电常数（ε'和ε"）变化。

抗N蛋白抗体固定浓度的优化

通过系统测试发现，0.1 μg/mL的抗体固定浓度可在保证检测灵敏度（低至0.55 pg/mL）的同时避免假阳性。有趣的是，SSY的π-π堆叠结构对免疫复合物的扰动表现出"分子级放大效应"，其信号强度比传统电化学传感器高2个数量级。

结论

该LCLC传感平台不仅实现了媲美qRT-PCR的检测限，其水溶性特点更首次实现了N蛋白与抗体结合动力学的实时监测（见视频S1）。这种"液相检测"模式为开发无创、居家型COVID-19诊断设备奠定了基础。

作者贡献声明

李梦娟（Mon-Juan Lee）与李伟（Wei Lee）共同主导了概念设计；张家彤（Chia-Tung Chang）完成抗体固定实验；陈柏宇（Po-Yu Chan）开发了介电检测算法。

数据可用性声明

所有数据均包含在正文及补充材料中，包括SSY与N蛋白的分子对接模拟结果（图S2-S4）。

竞争利益声明

作者声明无利益冲突。

致谢

感谢台湾科技部（110-2320-B-309-001等4项基金）的资助。