西南大学黄承志教授团队构建固相能量转移免疫分析技术

注：文末有研究团队简介 及本文科研思路分析

随着分析科学和即时检测（point-of-care test, POCT）的快速发展，荧光薄膜材料作为一种尺寸可调、便捷、稳定、可实时监测的传感平台在环境监控、食品分析、分子诊断、疾病标志物的检测等方面扮演着重要的角色。近年来，借助静电纺纳米纤维膜具有比表面积大、孔隙率高、长径比大、非织造纤维网状结构、易改性、优越的负载性能等诸多优势，荧光染料、碳点、金属纳米簇或量子点直接掺杂型的荧光电纺纤维用于灵敏地检测重金属离子、生物小分子、药物小分子等靶物的报道已经很多了。然而，直接掺杂型的荧光电纺纤维在检测疾病相关的DNA、蛋白和生物酶等生物大分子方面鲜有报道，主要是因为：（1）生物大分子尺寸太大也无法通过渗透作用进入纤维内部，与包埋在纤维内部的发光探针作用产生明显荧光信号的改变；（2）荧光纳米材料常被包埋于纤维内部导致荧光探针的利用率大大降低。

为了解决上述问题，西南大学的黄承志教授（点击查看介绍）和李春梅副教授（点击查看介绍）团队以聚合物电纺纤维为载体，充分利用聚合物电纺纤维表面的官能团通过表面化学和生物嫁接的方式构建了适配体生物传感界面，开发了金纳米颗粒和量子点之间发生的纳米金属表面能量转移技术（NSET），实现了前列腺特异性抗原（PSA）高灵敏、高特异性的检测，相关论文发表在Nanoscale上^[1]。

在此基础上，他们进一步利用荧光电纺纤维膜来实现高灵敏、高特异性和可视化地检测生物标志物，利用直接掺杂和静电组装的方式分别将碳点（CDs）和量子点（QDs）组装到纳米纤维的内部和表面，基于CDs和QDs的比率荧光信号以及Cu²⁺选择性猝灭QDs荧光的特性，该电纺纤维膜对Cu²⁺具有明显的可视化效果。之后再结合三明治夹心免疫结构，引入CuO纳米颗粒标记的抗体，酸性条件下释放出Cu²⁺，通过Cu²⁺介导的信号放大策略，构建了固相膜的色度免疫分析平台，实现了对甲胎蛋白（AFP）的可视化分析。该方法对Cu²⁺和AFP都有着较高的灵敏度和荧光可视化效果，Cu²⁺和AFP的检测限分别是：2.82 nM和8.3 pg/mL。值得一提的是，该方法选择性好、稳定性强，比率型荧光电纺纤维传感界面的构建促进了荧光电纺纤维膜在生物医学检测方面的应用，论文发表在Analytical Chemistry上^[2]。

上述两篇论文的第一作者是西南大学博士研究生、现在云南师范大学供职的杨通博士。

1. 该论文作者为：Tong Yang, Peng Hou, Lin Ling Zheng, Lei Zhan, Peng Fei Gao, Yuan Fang Li, Cheng Zhi Huang

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Surface-Engineered Quantum Dots/Electrospun Nanofibers as A Networked Fluorescent Aptasensing Platform toward Biomarkers

Nanoscale, 2017, 9, 17020-17028. DOI: 10.1039/C7NR04817C

2. 该论文作者为：Tong Yang, Chun Mei Li, Jia Hui He, Bin Chen, Yuan Fang Li, Cheng Zhi Huang

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Ratiometrically Fluorescent Electrospun Nanofibrous Film as a Cu²⁺-Mediated Solid-Phase Immunoassay Platform for Biomarkers

Anal. Chem., 2018, 90, 9966-9974. DOI: 10.1021/acs.analchem.8b02286

研究团队简介

杨通，论文第一作者，2013—2018年期间硕博连读于西南大学分析化学专业，师从黄承志教授。研究领域是：传感界面构建及其生物分析化学。硕博期间，主持并完成中央高校基本科研业务专项学生项目1项，重庆市研究生科研创新项目1项。以第一作者身份，已在专业相关国际刊物Anal. Chem.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Nanoscale 上发表SCI学术论文5篇。2018年9月起，工作于云南师范大学化学化工学院。

论文通讯作者，李春梅，博士，西南大学药学院副教授，硕士生导师。2013年获西南大学分析化学博士学位，2011-2013年经国家公派到美国University of Florida（佛罗里达大学）联合培养，2014-2016年为西南大学师资博士后。研究方向为纳米生物成像分析，主要开展多功能复合纳米材料在生化传感、癌细胞成像分析、药物输送以及治疗方面的研究工作。主持国家自然科学基金（青年科学基金项目）、重庆市基础科学与前沿技术研究专项项目、中国博士后科学基金面上资助等项目8项，以第一作者在Adv. Funct.Mater.、Biomaterials、Biosens. Bioelectron 等刊物发表学术论文8篇，参编专著1部。

http://www.x-mol.com/university/faculty/49694

论文通讯作者，黄承志，西南大学药学院教授、博士生导师，新世纪百千万人才工程国家级人选、重庆“巴渝学者”特聘教授。相继承担了包括国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点、面上以及973课题等国家、省部级项目40余项。获得国家授权专利11项，已在ACS Nano、Chem. Sci.、Green Chem.、Biomaterials、Anal. Chem.等刊物上发表SCI收录学术论文450余篇，他引10100余次，单篇最高引用近500次。编著《弹性光散射光谱分析》（Elastic light scattering spectrometry）（中文版，科学出版社；英文版，科学出版社-De Gruyter）专著一部、主编《基础分析化学》和《基础仪器分析》（科学出版社）教材各一部。研究方向有共振光散射光谱分析、共振能量转移光谱分析、等离子体共振光谱分析。

http://www.x-mol.com/university/faculty/13972

科研思路分析

Q：这项研究的最初目的是什么？或者说想法是怎么产生的？

A：如上所述，我们的研究兴趣是基于荧光电纺纤维膜构建适用于疾病相关的生物大分子的检测，并努力实现静电纺纤维膜在即时检测中有一定的应用。但是，在聚合物电纺纤维表面构建生物传感界面是一个具有十分挑战的课题。幸运的是，我们充分地利用聚合物电纺纤维表面的官能团，对其进行改性，成功在电纺纤维表面修饰上传感单元、靶物的识别位点。前一个工作制备了荧光电纺纤维适配体传感膜，基于AuNPs和QDs在电纺纤维膜表面的纳米金属表面能量转移过程，实现了对PSA的高灵敏检测。后一个工作则结合CDs和QDs的比率荧光信号、Cu²⁺选择性猝灭QDs荧光的特性以及三明治免疫夹心反应技术，利用比率荧光法高选择性、高灵敏、可视化的检测AFP。

Q：在研究中过程中遇到的最大挑战在哪里？

A：本项研究中最大的挑战仍是在聚合物电纺纤维膜表面传感界面的构建方面。最初纤维表面官能团的改性过程，直接影响传感单元、靶物识别位点的修饰和组装。另外，量子点在电纺纤维表面的组装，不管是静电组装还是生物嫁接，一定控制好组装时间，时间过短量子点在电纺纤维表面的量不够导致荧光强度不均匀；时间过长，量子点胶体溶液易发生聚集，其纤维表面组装的效率仍不高，荧光强度也不均匀。

Q：本项研究成果最有可能的重要应用有哪些？哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助？

A：该工作中荧光电纺纤维传感界面的构建在疾病相关的生物标志物的分析检测中性能优良。借助传统液相基的荧光传感方法的启示，开发具有高灵敏度、高特异性、可视化的固相生化传感膜，有望用于更多疾病标志物的检测。我们相信这项研究成果将为更多静电纺纤维传感膜的制备提供更多的思路，对更多即时检测（POTC）、生物医学检测等检测技术的开发起到推动作用。