基于DTTC功能化海胆状金纳米探针的双模式侧向层析免疫分析法用于孕酮残留的可靠检测

《Talanta》：A Dual-Mode Lateral Flow Immunoassay Based on DTTC-Functionalized Sea Urchin-Like Gold Nanoprobes for Reliable Detection of Progesterone Residues

　　

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  开发了一种比色-光热双模式层析免疫分析法（LFIA），用于P₄的检测。
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  海胆状金纳米探针实现了信号增强与放大。
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  DTTC功能化提供了高效的近红外响应光热转换能力。
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  该方法在双检测模式下分别实现了0.207和0.163 ng/mL的检测限。
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  在牛奶、猪肉和血清样品中实现了可靠的P₄分析。

引言

孕酮（P₄）是一种关键的类固醇激素，参与哺乳动物的生殖调节、妊娠维持及乳腺发育[1], [2]。其在发情周期、妊娠进程及生殖状态中的动态变化，使P₄监测在牲畜和伴侣动物的发情周期评估、早期妊娠诊断及精准生殖管理具有重要价值[3], [4], [5], [6], [7], [8]。同时，孕酮及合成孕激素的滥用可能导致动物源性产品中的激素残留，引发食品安全问题[9], [10], [11], [12]。因此，P₄检测既需要针对生殖监测对生物样品进行灵敏分析，也需要在复杂食品基质中对微量残留进行准确定量。然而，由于基质干扰、信号输出不足以及现场适用性有限等因素，低丰度P₄的快速可靠定量检测仍具有挑战性。

现有的分析方法，包括高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）和超高效液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-HRMS），具有优异的灵敏度，仍然是P₄定量的参考方法[9]。然而，其依赖于复杂的仪器、大量的样品前处理以及熟练的操作人员，限制了其使用范围，主要集中在中心实验室[13], [14], [15]。免疫分析法如酶联免疫吸附测定（ELISA）提高了可及性，但受限于复杂的操作流程以及不适用于快速现场检测。相比之下，LFIA凭借其低成本、简便性、快速性及便携性，已成为一种具有吸引力的即时检测（POCT）平台[16], [17]。然而，传统的金纳米颗粒（AuNP）基LFIA主要依赖单模式比色读数，导致在复杂生物和食品基质中对微量P₄的定量能力有限。因此，大多数P₄-LFIA平台仍停留在定性或半定量水平，限制了其在精准生殖监测和残留监测中的应用[6], [9]。

各向异性金纳米结构近年来因其独特的等离子体性质而作为LFIA的信号增强剂受到关注。与球形金纳米颗粒相比，分支状金纳米材料表现出增强的局域表面等离子体共振（LSPR）效应、更大的表面积以及更丰富的功能化位点。金纳米花（AuNFs）已被报道为有效免疫标记物，与常规胶体金相比灵敏度有所提高[7], [18], [19]。在这些结构中，海胆状金纳米颗粒（Au-Ur NPs）具有高度分支的结构和丰富的表面活性位点，为多功能信号探针提供了一个理想的平台。然而，单模式读数仍然是金基LFIA系统的主要局限。DTTC是一种具有良好生物相容性和高效光热转换能力的近红外菁染料，可通过Au–S配位稳定地锚定在金纳米材料上，并已广泛应用于光热纳米材料的构建[20], [21]。将DTTC与Au-Ur NPs结合有望将分支金纳米结构的比色响应与DTTC介导的光热信号相结合，实现互补信号输出，用于定量LFIA分析。

在本研究中，我们基于DTTC功能化的海胆状金纳米颗粒（Au-Ur@DTTC）开发了一种比色-光热双模式LFIA平台，用于P₄的灵敏定量检测。所开发的纳米探针能够在单一免疫层析平台上实现同步视觉筛查和光热定量，克服了传统AuNP基LFIA在微量P₄分析方面的局限。系统评估了所提平台的分析性能，并利用加标食品基质和动物血清样品进一步验证了其适用性，展示了其在食品安全评估和生殖管理中进行快速激素监测的潜力。

章节摘要

海胆状金纳米颗粒（Au-Ur NPs）的合成

Au-Ur NPs采用种子介导生长法合成。简言之，通过柠檬酸盐还原法制备金种子。将HAuCl₄水溶液（1 mL，1%，w/v）加入99 mL超纯水中，在持续搅拌下加热至沸腾。随后迅速加入3 mL三钠柠檬酸盐溶液（1%，w/v），并将混合物在沸腾状态下维持10分钟，直至形成稳定的金纳米颗粒种子溶液。冷却至室温后，取种子……

Au-Ur@DTTC基双模式LFIA的检测原理

本研究所开发的Au-Ur@DTTC-LFIA采用竞争性免疫分析模式，用于孕酮（P₄）的快速定量检测。在硝酸纤维素膜上，依次将P₄–OVA和兔抗山羊IgG二抗固定为检测线（T线）和质控线（C线）（表S1）。Au-Ur@DTTC纳米颗粒通过被动吸附与抗P₄单克隆抗体（anti-P₄ mAbs）偶联，作为双信号探针……

结论

综上所述，基于DTTC功能化的Au-Ur@DTTC，开发了一种比色-光热双模式LFIA平台，用于P₄的灵敏定量检测。高度分支的Au-Ur纳米结构增强了比色信号的产生，而DTTC修饰引入了额外的近红外光热读数，使单一免疫层析系统内实现互补信号采集。与传统AuNP基LFIA相比，所开发的平台表现出……

CRediT作者贡献声明

赵宝宝： 方法学，调查研究。唐兵成： 撰写——初稿，方法学，调查研究，数据整理。姬岩威： 撰写——审阅与编辑，监督，项目管理，概念构思。蓝怡威： 撰写——审阅与编辑，数据整理。李思瑶： 撰写——审阅与编辑，方法学。王永胜： 监督。王建龙： 监督

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能对本论文所报道工作产生影响的竞争性经济利益或个人关系。

利益冲突声明

? 作者声明不存在已知的可能对本论文所报道工作产生影响的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到了宁夏回族自治区重点研发计划（2024BBF01005）、陕西省重点研发计划（2025NC-YBXM-176）以及中国博士后科学基金一般资助（2020M683580）的资助。

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