超声富集—横向流生物传感器一体化器件

横向流生物传感器（LFB）发明于1980年代初，具有简单、快速和成本低的显着特征，是超痕量分析中最重要的代表之一，已被用作用于孕妇、感染性疾病和药物滥用的POCT筛查的商业产品。但是，LFB在复杂的真实样品中的检测能力有限，经常须要预处理体液（例如血液，尿液和汗液），以消除干扰成分和提高LFB的检测能力。近日，深圳大学的许太林教授（点击查看介绍）和张学记教授（点击查看介绍）团队首次将超声富集作为一种样品预处理方法，与横向流生物传感器（LFB）集成在一起，开发了一种快速通用的血液中蛋白质检测平台。

样品预处理是LFB在真实样品中实现超痕量检测的重要组成部分。在早期研究中，膜过滤和电泳通常用于富集和分离复杂样品中的靶标。尼龙、硝酸纤维素膜、玻璃纤维、水凝胶和全血分离膜等材料已用作LFB过滤器，以预处理口腔液、饮用水样品、血清、裂解血和全血。在过去的十年中，磁分离作为一种方便的方法已被广泛用作样品预处理方法，从复杂的基质（例如血液、牛奶和细胞质溶胶）中分离出细菌或蛋白质生物标志物。但是，常用的差速分离和膜分离等是物理分离，不足以分离具有相似物理性质的物质；磁分离需要磁性纳米材料，这限制了其应用。

图1. 集成超声预处理与LFB来检测蛋白质的原理。(A) GNP标记的抗体捕获和检测靶蛋白的示意图。(B) 超声预处理富集和纯化靶蛋白。(C) 释放GNP-抗体-靶复合物并在LFB上检测。图片来源：Anal. Chem.

深圳大学团队第一次介绍了超声富集作为一种新的预处理方法，以实现LFB的样品制备。文章以掺杂的兔IgG蛋白为目标物作为概念验证。在集成的一体化平台上，采用抗体标记的金纳米颗粒（GNP）作为载体捕获兔IgG，GNP会在超声状态下被富集到超声压力节点上，从而富集兔IgG。在超声状态下洗涤后，GNPs-抗体-蛋白复合物被转移至LFB进行检测。他们的结果表明，集成的LFB设备可以检测到血液中兔IgG的线性范围为1-20 ng mL^-1。

图 2. GNP在超声作用下聚集。(A) GNP的透射电子显微镜图像。比例尺：10 nm。(B) 超声场压力分布模拟。(C)GNP聚集的实际延时显微镜图像。比例尺：50 μm；GNP浓度：〜1×10^-8 mol L^-1；超声频率：〜1.7 MHz，电压300 mV。图片来源：Anal. Chem.

与需要磁性纳米颗粒的磁性分离不同，常规纳米颗粒（例如GNP）就可用于超声预处理。通过在液腔容器中引入超声波，可以实现GNP的受控聚集和分散。这种富集能力对于血液中的蛋白质分离和检测非常有效。此外，将与GNPs结合的抗体改变为DNA探针，该平台还可用于检测核酸。他们的工作为LFB的预处理开辟了一种新方法，并且在将来的危险物质检测、食品安全、疾病早期检测和流行病暴发监测等不同领域的即时现场检测中具有巨大潜力。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry上，文章的第一作者是北京科技大学黄炎博士。

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Ultra-Trace Protein Detection by Integrating Lateral Flow Biosensor with Ultrasound Enrichment

Yan Huang, Tailin Xu*, Yong Luo, Conghui Liu, Xuan Gao, Zhihao Cheng, Yongqiang Wen, Xueji Zhang*

Anal. Chem., 2021, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c05032

导师介绍

张学记

https://www.x-mol.com/university/faculty/8847

许太林

https://www.x-mol.com/groups/xu_tailin