基于纳米抗体功能化硫化铜空心纳米探针的双模式横向流动免疫层析法用于食品中鼠伤寒沙门氏菌的检测

《Food Chemistry》：Dual-mode lateral flow Immunochromatographic assay with Nanobody-functionalized hollow copper sulfide nanoprobe for Salmonella Typhimurium detection in food

　　双重模式LFIA检测沙门氏菌采用双模式LFIA使用HCuS纳米颗粒检测沙门氏菌。HCuS纳米颗粒的光腔效应将光热转换效率提升至49.26%。通过链霉亲和素-生物素系统实现纳米抗体的定点偶联，最大化抗原捕获能力。光热读数实现了103 CFU/mL的灵敏定量检测限。引言食源性病原体持续威胁着全球公共卫生和食品行业，需要在肉类、蛋类和乳制品等复杂基质中进行严格监测。虽然传统的培养方法仍然是病原体检测的金标准，但它们通常繁琐且耗时较长。另一方面，PCR和酶联免疫吸附试验等快速仪器技术具有高度灵敏性，但受限于需要中心实验室、专业人员以及复杂的样品预处理。检测延迟和抗菌药物的过度使用进一步支持了对快速现场筛查工具的需求。相比之下，侧向流免疫分析已因其在无需复杂仪器的情况下可在15-20分钟内提供可视化结果的能力，而成为现场即时检测的有力候选方法。此外，多模式生物传感器和高灵敏度智能检测已成为迫切的研究优先事项。然而，传统侧向流免疫分析往往表现出有限的定量可靠性，特别是在彩色或复杂食品基质引入光学干扰时。这些局限性主要源于传统标记物光学信号微弱，以及传统识别元件的有限稳定性，从而产生了对先进信号放大策略和稳健生物受体的迫切需求。侧向流免疫分析的性能从根本上取决于生物识别元件。传统单克隆抗体尽管使用广泛，但可能受到环境稳定性有限和生产成本高的影响，因为它们通常依赖哺乳动物细胞表达系统，且在污染时容易发生批次失败。此外，常规偶联方法可能导致单克隆抗体在纳米颗粒表面的随机取向，空间位阻阻碍抗原结合位点并降低检测效率。纳米抗体源自骆驼科动物的重链抗体，提供了一种极具前景的解决方案。凭借微小的尺寸和稳健的单结构域结构，纳米抗体在热和pH胁迫下表现出良好的稳定性，并且可以访问大块单克隆抗体难以接近的表位。独特的是，其重组特性允许精确的定点工程，例如生物素化。这一特性允许通过链霉亲和素-生物素系统进行定向偶联，有助于将抗原结合结构域向外定向。与被动吸附相比，这种策略允许暴露更多的活性结合位点，从而提高抗体的捕获效率和探针稳定性。最近的单克隆抗体侧向流免疫分析仍面临复杂基质的挑战，而此处使用的纳米抗体方法本质上更加稳健。为了克服比色检测的灵敏度壁垒，光热侧向流免疫分析因其将光转化为可定量热信号的能力而受到关注，这种信号受背景颜色干扰的影响较小。在光热剂中，硫化铜因其光物理和实用性而具有吸引力。硫化铜通过铜（II）的d-d带内跃迁产生近红外吸收，在900-1100纳米窗口产生宽而稳定的局域表面等离子体共振，与808纳米激光线重叠。这种吸收是材料固有的，而非严格依赖于精确的尺寸或形状控制。相比之下，金纳米棒和金纳米星仅能在严格的几何公差范围内提供高效，且成本高昂。其他硫化物量子点如硫化银对食品接触使用存在重金属毒性担忧，而聚多巴胺等有机吸收剂则存在光漂白问题。在近红外吸收无机材料中，硫化铜提供了稳健的固有近红外局域表面等离子体共振、低成本和食品兼容低毒性的最佳组合。然而，常规实心光热纳米颗粒通常受限于其有限的比表面积，这从根本上限制了其生物偶联能力。因此，我们引入了空心硫化铜纳米颗粒作为先进的双模式探针。空心硫化铜独特的空心球形结构提供了两个关键优势：腔内多次光散射和反射，增强光热转换效率；以及提供更大的比表面积用于高密度抗体负载。这些特性使空心硫化铜成为传统实心标记物用于超灵敏信号放大的优越替代品。鼠伤寒沙门氏菌是一种常见的食源性病原体，经常与受污染的肉类和乳制品引起的沙门氏菌病暴发有关。在此，我们使用鼠伤寒沙门氏菌作为模型目标，开发了一种协同比色-光热双模式侧向流免疫分析，用于快速可靠地定量检测鼠伤寒沙门氏菌。通过将空心硫化铜的结构优势与生物素化纳米抗体的特异性识别相结合，我们通过定向自组装策略构建了纳米探针。这一设计旨在保留纳米抗体的结合活性，同时利用空心纳米结构的光热特性。所提出的方法在测试的食品基质中表现出良好的性能，并为食品安全监测提供了一个潜在的平台上。空心硫化铜的合成在25毫升超纯水中，依次溶解0.24克PVP-K30和100微升0.5摩尔每升的氯化铜溶液，在室温下以500转每分钟磁力搅拌均匀。随后，缓慢加入25毫升氢氧化钠溶液以调整反应环境，并在剧烈搅拌下以每分钟1微升的速度缓慢注入4微升50%的水合肼溶液。此时，溶液迅速变为浅黄色。搅拌5分钟后，加入200微升硫化钠·9水溶液，在水浴中加热。空心硫化铜的表征采用透射电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱表征了空心硫化铜纳米材料的形貌和结构特征。此外，采用动态光散射和紫外-可见光谱法确定粒径分布和光学特性，全面阐明了空心硫化铜的形貌、组成和结构属性。如图1A的透射电镜图像所示……结论本研究成功建立了基于链霉亲和素-生物素结合纳米抗体的比色光热双模式侧向流免疫分析系统，用于食品样品中鼠伤寒沙门氏菌的定性和定量检测。空心硫化铜纳米球优异的生物相容性和大的比表面积显著增强了生物偶联过程的偶联效率和稳定性。此外，独特的空心球形结构促进了高效的光子到热的转换……作者贡献声明Yao Qing：初稿撰写、验证、方法论、调查研究、正式分析、数据整理。Wang Jiamin：初稿撰写、可视化、验证、资源、方法论、调查研究、正式分析、数据整理。Li Shurong：审阅与编辑、方法论。Fan Xueyi：审阅与编辑、方法论。Wang Mengnan：审阅与编辑、方法论。Zhen Kai：审阅与编辑、方法论。Ge Guangsheng：审阅与编辑……未引用参考文献He, Yang, Tian, Bing 和 Lang, 2026利益冲突声明作者声明他们没有已知的相互竞争的财务利益或个人关系可能会影响本文所报道的工作。致谢本工作得到了国家自然科学基金、四川省食品微生物重点实验室开放项目的资助。感谢西北农林科技大学生命科学学院生物实验与教学中心的郭兵先生提供的技术支持。Yao Qing | Wang Jiamin | Li Shurong | Fan Xueyi | Wang Mengnan | Zhen Kai | Ge Guangsheng | Miao Yuxin | Wang Lijun | Wang Jianlong | Wang Yanru