综述：病毒检测中横向流免疫分析技术的最新进展：当前成果、面临的挑战及未来前景

《Talanta》：Recent advances in lateral flow immunoassay for virus detection: current achievements, challenges and future prospects

　　摘要：传染病继续对全球公共卫生构成重大威胁，这凸显出迫切需要快速、便捷且可大规模应用的诊断策略。侧流免疫分析因其快速响应、低成本以及无需复杂仪器的特点，已被广泛用于传染病检测。然而，它目前仍主要被视为一种即时检测工具，其在公共卫生体系中的更广泛作用尚未得到充分重视。本综述将侧流免疫分析重新定位为一种按需自测平台，该平台具有实现大规模筛查的潜力，这对于疫情监测和大流行病准备至关重要。我们从三个关键方面系统总结了侧流免疫分析的最新进展：（一）基于多种纳米材料的信号生成与转导策略，包括比色法、荧光法、磁学法、表面增强拉曼散射法和光热法；（二）为提高灵敏度、准确度和处理速度而采用的多模态及多重检测方法；（三）用于信号解读和系统优化的机器学习技术整合。此外，我们还全面介绍了侧流免疫分析在检测病毒抗原、抗体和核酸方面的应用。最后，本文深入探讨了侧流免疫分析目前的局限性，包括灵敏度限制、目标特异性问题，以及在成本、使用便捷性和稳定性方面存在的实际挑战，并提出了未来的发展方向，重点在于先进纳米材料、智能数据处理和多目标检测策略。总体而言，本综述强调了侧流免疫分析的巨大潜力，尤其是比色型侧流免疫分析作为紧急大流行病筛查工具的作用，以及它在常规分散式检测和加强全球公共卫生准备方面的日益重要性。

引言：近年来，新出现和再次出现的病毒不断对全球公共卫生安全构成严重威胁。RNA病毒因其高突变率而能够迅速突破物种屏障并实现跨区域传播[1]、[2]。例如，在过去二十年中，人类一直面临着流感病毒、严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）、埃博拉病毒、寨卡病毒（ZIKV）、人类免疫缺陷病毒（HIV）等疾病的区域性爆发[3]、[4]、[5]。此外，由负链单链RNA病毒引起的流感是一种急性且高度传染性的呼吸道疾病，它每年都会引发疫情，偶尔还会导致致命的大流行病[6]、[7]。以2019年底首次出现的SARS-CoV-2为例，这种病原体在数月内蔓延至全球，引发了前所未有的2019冠状病毒病（COVID-19）大流行，影响了各大洲的人口[8]。这些事件共同表明，在当今这个高度互联的世界里，任何局部的病毒性疫情都可能迅速演变为全球性危机。

目前，在临床和疾病控制领域，病毒感染的诊断主要依赖于一系列技术，包括侧流免疫分析、病原体培养、化学发光免疫分析法、酶联免疫吸附试验（ELISA）、实时逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）以及基因组测序[9]、[10]、[11]、[12]。作为一种检测技术，化学发光免疫分析法结合了高灵敏度的化学发光反应和高特异性的免疫反应，从而实现对目标分析物的定量检测[13]。ELISA则是一种基于抗原与特定抗体之间特异性结合原理的免疫学技术，用于特定蛋白质的定量检测[14]、[15]。由于其操作简单且具备较高的灵敏度和特异性，该技术被广泛采用[16]。RT-PCR则是专门用于检测基因组RNA的方法，它具有很高的可靠性，能够在数小时内以高通量方式得出结果，因此被全球广泛用于传染病检测[17]。不幸的是，这些方法通常存在仪器设备昂贵、需要特殊试剂和专业操作人员，以及分析时间过长的问题[18]、[19]、[20]、[21]。例如，病原体培养既耗时又费力，且灵敏度和特异性不足；此外，它还容易错过无法培养的状态和混合感染的情况[22]。ELISA则受到较长的分析时间、多步骤的手动操作以及相对较高的单位成本等方面的限制[23]。RT-PCR检测需要热循环仪器以及严格的防污染措施，而基因组测序则大多只能在三级医疗机构或国家级实验室进行[24]。在疫情高峰期，集中检测模式不仅会给实验室带来沉重负担，还会延误患者的隔离和治疗。

在资源有限的条件下，迫切需要那些能够快速部署、易于使用、灵敏度高、特异性强、稳定性好且成本极低的诊断工具，以克服传统方法的种种局限。 “样本投入，结果产出” 的工作流程使侧流免疫分析成为全球快速诊断平台中的佼佼者[25]、[26]、[27]、[28]。由于不需要复杂的仪器设备，侧流免疫分析可在15 - 30分钟内通过肉眼读取结果，这大大降低了诊断的准入门槛，同时也减轻了医疗基础设施的压力[29]。与台式ELISA相比，智能手机连接的侧流免疫分析读取器也能给出定量一致的检测结果，且总检测时间仍在15分钟以内[30]。传统上，侧流免疫分析主要被视为一种即时检测技术，主要用于医疗机构和社区健康中心等临床或接近临床的环境中。它的操作和结果解读依赖专业人员，目的是为个体患者实现快速诊断[31]、[32]。然而，从公共卫生的更广阔视角以及大流行病预防和控制的需求出发，侧流免疫分析应进一步被定位为面向普通公众的按需自测平台，让人们在家庭、学校和工作场所等任何 desired地点独立进行检测，而无需专门的仪器或受过培训的工作人员[32]。近期关于疫情预防和控制政策的全球研究指出，高灵敏度、低成本的自我检测技术在疫情间隔期对于保障生产制造、数据分析、疾病预测以及长期资金供应具有重要意义，它们是构建强大且可持续的大规模检测系统的关键基础[32]。推动侧流免疫分析在多重检测、定量分析和智能化方面的发展，将通过实现大规模人群筛查，为新兴传染病的早期预警和应急控制提供至关重要的技术支持。在简要介绍侧流免疫分析的架构和工作原理之后，本综述总结了有关常见传染病致病病毒的文献，探讨了不同检测目标的优缺点以及面临的挑战和未来机遇。

鉴于侧流免疫分析越来越有望用于按需自测、疫情大规模检测以及常规分散式检测，因此不仅需要评估侧流免疫分析技术如何提升分析性能，还要了解这些改进如何与特定的诊断目标及实际应用场景相匹配。以往的侧流免疫分析综述已经为检测原理、纳米材料标记物、信号放大策略、纸质增强方法以及面向应用的系统等方面提供了有价值的概述[25]、[33]、[34]、[35]、[36]。不过，这些综述大多侧重于特定的技术或应用领域。对于病毒诊断而言，目前仍需要一个能够将诊断目标、信号策略和应用需求联系起来的框架。为满足这一需求，本综述采用了生物标志物 - 窗口期 - 信号 - 应用框架。根据病毒抗原、宿主抗体和病毒核酸这三个主要的诊断目标，对侧流免疫分析的最新进展进行了分类，并从诊断窗口期、读出策略、工作流程复杂性以及是否适合常规分散式检测等方面对其进行了评估[37]、[38]。此外，本综述还探讨了新兴的智能型、多模态以及借助机器学习的侧流免疫分析系统，为评估其分析性能和实际应用可行性提供了一个实用的框架。通过整合这些视角，本综述旨在帮助读者找到最适用于特定病毒诊断需求的侧流免疫分析策略。

侧流免疫分析的组成与原理：侧流免疫分析是一种源自ELISA的定性色谱分析方法，它专为检测抗原、抗体和核酸而设计，具有快速、低成本和操作简便等优点[39]、[40]。1984年，世界上第一种尿液妊娠试纸问世，它依靠检测人绒毛膜促性腺激素实现了侧流免疫分析在抗原检测领域的首次商业应用；在此之前，这项技术就已经被用于检测病毒感染。

在讨论侧流免疫分析在针对特定病毒目标方面的最新进展之前，首先有必要了解目前市面上现有的侧流免疫分析产品的状况，因为它们代表了这项技术的实际应用成果。迄今为止，已有大量基于侧流免疫分析的试纸被开发出来并投入市场，用于快速检测具有临床意义的病毒，包括呼吸道病毒（如SARS-CoV-2、甲型/乙型流感病毒（FluA/B）、呼吸道合胞病毒）以及血液传播病毒。

结论与未来展望：作为专性细胞内病原体，病毒会在人类、动物和植物宿主体内引发多种疾病[275]。特别是RNA病毒，由于其高突变率和较强的环境适应性，往往能在短时间内突破宿主的免疫防御并迅速扩散[276]。这类病毒的高传播能力和高突变率使得传统的检测方法难以满足快速诊断的需求。而侧流免疫分析凭借其……

总结：本综述系统阐述了侧流免疫分析的工作机制和模块组成，比较了不同的信号输出方式及多模态组合策略，探讨了机器学习带来的优化途径，并总结了用于检测人类、动物和植物体内病毒感染的抗原、抗体和核酸的三重检测方案。同时，本文也分析了侧流免疫分析的固有局限性以及在检测这三种主要生物标志物方面的不足之处，并明确了……

作者贡献说明：郝森林：撰写——综述与编辑。袁丹：撰写——综述与编辑。王乐欣：撰写——综述与编辑。李林志：撰写——综述与编辑、撰写——初稿。何希然：撰写——综述与编辑。刘芳：撰写——综述与编辑、撰写——初稿。毛斌利：撰写——综述与编辑、监督、资金获取、概念构思。李晓松：撰写——综述与编辑、监督、资金获取、概念构思。

数据可用性：本文所述研究未使用任何数据。

利益冲突声明：? 作者声明不存在任何可能影响本文所汇报工作的已知财务利益或个人关系。

致谢：毛斌利获得了中国国家自然科学基金（项目编号82502698）、中国博士后科学基金会（项目编号2025MD774158）以及重庆市科卫联合医学研究项目青年项目（项目编号2025QNXM018）的资助。李晓松获得了重庆医科大学第一附属医院研究生导师团队项目（项目编号CYYY-DSTDXM-202405）的资助。

李林志|刘芳|何希然|袁丹|郝森林|王乐欣|李晓松|毛斌利

中国重庆市400016，重庆医科大学第一附属医院实验室医学中心临床分子医学检测中心