配体导向的Janus自组装结合双重聚集实现磁光切换，用于增强侧向流免疫分析

《Biosensors and Bioelectronics》：Ligand-directed Janus self-assembly with dual-aggregation enabling magneto-optical switching for enhanced lateral flow immunoassay

　　

摘要

单一纳米尺度结构内部不同功能的空间组织方式至关重要地决定了多功能探针的性能，然而实现精确的结构控制并利用涌现性质仍然具有挑战性。在此，我们报道了一种油酸（OA）配体密度导向的自组装策略，该策略能够实现从各向同性核壳结构到完全分离的Janus型多功能AIEgen–Fe₃O₄纳米颗粒（MAFNPs）的受控形貌转变，这些纳米颗粒由聚集诱导发光分子（AIEgens）和超顺磁性Fe₃O₄聚簇组成。这种结构演变与光学和磁性性能之间呈现系统的关联：具有独特"双聚集"架构的Janus分离型OA_L-MAFNPs有效保留了AIEgen荧光（71.4%保留率），同时通过致密磁性聚集最大化了饱和磁化强度（23.7 emu g^-1），与核壳结构形成鲜明对比，后者中功能之间的相互干扰削弱了两种功能。利用这种Janus几何结构，我们进一步发现了一种独特的磁场导向荧光调制效应——将Fe₃O₄半球定向远离光路可使发射强度增强约22%——并将其整合到用于金黄色葡萄球菌肠毒素B（SEB）检测的侧向流免疫分析（LFIA）中。所制备的OA_L-MAFNPs-LFIA在复杂食品基质中实现了阶梯式灵敏度提升，从1.39 ng mL^-1（仅使用探针），到0.32 ng mL^-1（配合磁性富集），最终达到0.23 ng mL^-1（富集与定向联合作用），相比传统基于金纳米颗粒的LFIA提升了26倍。本研究建立了一种配体调控的组装范式，用于设计各向异性Janus架构，在该架构中空间分离既保留了各自主功能，又实现了动态光学调控，从而为即时诊断和生物传感开辟了新的途径。

引言

磁-荧光纳米材料（MFNs）作为在同一杂化结构中结合磁性可操作性与光学信号的功能整合探针，已引起了广泛关注（Nie等，2026；Senthilnathan等，2024；Wang等，2024；Yin等，2023），其应用涵盖生物成像和诊疗一体化（Guo等，2026；Quesada-González和Merko?i?，2025）、信息编码（Das等，2023；Liu等，2026）、微机器人技术（Bozuyuk等，2024；Yang等，2024）、环境修复（Geng等，2025；Yin等，2024）以及多相催化（Zhao等，2026；Zheng等，2023）等多个领域。理想的MFN应高效地实现两种功能，这要求磁性与荧光组分之间的相互干扰最小化（Chen等，2025；Yu等，2025；Zhou等，2026）。然而在实际应用中，由于这两种组分的本质物理化学不相容性，这种干扰普遍存在。传统的MFN架构通常为各向同性构型，如磁性核@荧光壳结构（Liu等，2024）、复合嵌入式结构（Guo等，2019）、多层结构（Huang等，2024）或支撑-卫星组装结构（Lin等，2024），需要两种组分的较大负载量才能获得足够的磁响应性和荧光亮度（Wang等，2026）。不幸的是，增加磁性组分比例会加剧内滤效应，削弱邻近荧光团的激发和发射，而提高荧光负载则会引起磁屏蔽效应，抑制质量归一化的磁泳富集效率（Gao等，2025；Li等，2026；Wu等，2024）。此外，密集排列的荧光团通常会受到聚集致猝灭（ACQ）的影响，进一步降低发光效率和检测灵敏度（Hu等，2025；Xia等，2025）。

聚集诱导发光分子（AIEgens）为传统荧光团提供了一种有吸引力的替代方案，因其在聚集态下表现出明亮的发射，有效规避了ACQ的限制（Hu等，2014；Tan等，2024；Tang等，2026）。我们之前的研究表明，将AIEgens引入磁-荧光组装体可显著增强荧光强度；通过构建荧光@磁性架构，采用紧密堆积的AIEgen核和离散的磁性壳层，我们在保持磁响应性和光学输出的同时减少了所需的磁性前驱体用量（Su等，2024）。然而，在这种磁性纳米颗粒均匀分散于发光域周围的核壳组装体中，外层磁性层的光子遮蔽效应仍然存在，限制了最终的荧光性能。这一局限性促使人们设计Janus架构，在该架构中磁性域和荧光域在同一颗粒内实现空间分离（Sun等，2023）。

功能域的空间分离长期以来被认为是一种有效缓解磁性与光学组分之间相互干扰的策略，同时还可实现外磁场下依赖取向的光学响应（Hu和Gao，2010）。近期研究报告了多种Janus型磁-光学探针，其中空间分离的功能域将磁操控或富集与荧光、光热或光子读出相结合，应用于多种生物传感领域（He等，2022；Wen等，2025；Yabu等，2024）。然而，这些系统要么依赖于不同的组装机制（例如Pickering乳液、界面自组装），要么未能充分利用结构各向异性进行动态光学调制。此外，对于基于AIEgens的磁-光学探针而言，挑战不仅仅是将两种功能组分分开——还需要以功能有利的方式组织每个功能域：致密的磁性聚集增强磁响应性，而AIEgens聚集则最大化发射亮度。因此，这一概念的有效实现方式是双聚集组装，即磁性纳米颗粒形成紧密聚簇以提升磁响应性，同时AIEgens聚集形成发光域以实现明亮荧光。基于我们此前建立的配体密度导向自组装框架（Chen等，2024），我们预期这种方法可以为Janus架构提供一种简单、可扩展且精确可控的制备途径，同时独特地实现磁场导向的荧光调制。

在此，我们报道了一种结构可调策略，该策略能够实现具有完全分离的AIEgen富集极和Fe₃O₄聚簇极的Janus型多功能AIEgen-Fe₃O₄纳米颗粒（MAFNPs）的受控构建。通过系统改变Fe₃O₄表面的油酸（OA）配体密度，我们引导内部架构从各向同性核壳结构（OA_H-MAFNPs）到部分分离的中间态（OA_M-MAFNPs），最终到完全各向异性的Janus结构（OA_L-MAFNPs）。这种具有独特"双聚集"特征的空间分离赋予其显著优势：Janus架构保留了71.4%的AIEgen荧光，远高于核壳结构中的28.3%保留率，同时通过致密磁性聚集最大化了饱和磁化强度。除了被动富集之外，结构各向异性还实现了前所未有的磁场导向荧光调制：将Fe₃O₄半球定向远离光路可增强荧光发射，这是一种各向同性几何结构中固有缺失的动态调控机制。利用这些协同优势，我们用抗体对Janus型OA_L-MAFNPs探针进行功能化，并将其整合到用于复杂食品基质中金金黄色葡萄球菌肠毒素B（SEB）检测的侧向流免疫分析（LFIA）中（Guo等，2021；Kim等，2025；Sun等，2025）。所开发的OA_L-MAFNPs-LFIA实现了0.23 ng mL^-1的检测限（LOD），相比传统基于金纳米颗粒的LFIA提升了26倍，并展现出优异的特异性、重现性和与酶联免疫吸附测定（ELISA）的一致性。本研究建立了一种构建多功能纳米探针的理性范式，在该范式中，空间分离不仅保留了各自主功能，还实现了外场驱动的光学调制，为即时诊断、食品安全检测以及广泛的磁-荧光辅助应用开辟了新的途径。

章节摘要

MAFNPs的合成与表征

方案1A展示了通过溶剂蒸发诱导自组装策略制备MAFNPs的过程，该过程以疏水性Fe₃O₄纳米颗粒和AIEgens为构建单元，嵌入PMAO聚合物基质中。为了调节界面性质及后续的相分离行为，通过改变油相中OA含量，按照一定方法合成了具有高、中、低OA配体密度的Fe₃O₄纳米颗粒，分别标记为OA_H-Fe₃O₄、OA_M-Fe₃O₄和OA_L-Fe₃O₄。

结论

综上所述，我们展示了一种配体密度导向的自组装策略，该策略调节磁-荧光纳米复合材料的内部架构，驱动受控的形貌转变，从各向同性核壳结构（OA_H-MAFNPs）到部分分离的中间态（OA_M-MAFNPs），最终到完全分离的Janus架构（OA_L-MAFNPs）。这种结构演变赋予了两项决定性优势。首先，Janus分离构型有效地

CRediT作者贡献声明

黄小林：写作—审阅与编辑，监督，项目管理，调查，资金获取，形式分析，数据整理，概念构思。熊永华：写作—审阅与编辑，监督，项目管理，资金获取。苏宇：写作—审阅与编辑，监督，项目管理，调查，数据整理，概念构思。沈玄昂：方法学，调查，形式分析，数据整理。黄俊：验证，方法学，

利益冲突声明

? 作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的研究工作。

致谢

本研究得到国家重点研发计划（2025YFD2100500）、国家自然科学基金（22574072、32460622、32460623）、江西省重点研发计划（20232BBG70030、20232BCD44004、20243BBH81007）、江西省双千工程（jxsq2023201113）、江西省自然科学基金（20252BAC240038）的资助。

刘涛|孙佳怡|黄俊|沈玄昂|苏宇|熊永华|黄小林

国家食物科学与资源重点实验室，南昌大学食品科学技术学院，江西南昌 330047，中国