中山大学周建华教授团队Nat. Commun.：单向传输液体的表面结构膜用于超快、高灵敏检测心肌肌钙蛋白I

近日，中山大学周建华教授（点击查看介绍）团队提出了一种具备超高整流系数的倒刺型箭头状结构膜，并使用这种膜代替了传统广泛使用商业硝酸纤维素层析膜，实现了超快、高灵敏的cTnI侧向流检测。相关研究成果发表于Nature Communications，中山大学生物医学工程学院硕士研究生李涓华和博士研究生刘廙人为论文共同第一作者，周建华教授为论文通讯作者。

图1. BAS膜的结构、单向传输液体的原理；使用BAS膜构建的新型侧向流检测试纸条，及其在超快、高灵敏的cTnI侧向流检测中的应用

急性心肌梗死是一种威胁公众生命安全的公共卫生疾病，具备高发病率及高死亡率的特点。快速、灵敏地检测心脏生物标志物心肌肌钙蛋白I（cTnI），已成为临床对疑似急性心肌梗死患者进行早期诊断的重要手段。侧向流检测试纸条是使用最广泛的POCT技术之一，在快速检测领域具备广泛的应用。在进行侧向流检测的过程中，层析膜是侧向流检测试纸中的关键构件。目前的层析膜通常为纤维层析膜（如最常用的硝酸纤维素层析膜）。这种纤维层析膜传输液体的速度较慢，并且存在样品溶液、样品分子和抗体标记信号放大探针在膜上残留的问题；这些纤维层析膜的问题增加了侧向流检测的时间、降低了检测的灵敏度，限制了侧向流检测在超快、高灵敏检测中的应用。

该研究团队提出了一种表面具备倒刺型箭头状结构的膜（即BAS膜），它能实现液体的单向、快速流动和样品低残留的传输。BAS 膜表面排列有首尾连通的倒刺型箭头状凹槽，凹槽侧壁对液体提供的作用力是驱动液体向前流动和限制液体向后流动的关键。液体在BAS膜上流动的整流系数可达14.5，具备目前已知的最高整流系数（整流系数是一个用于衡量表面结构膜单向传输液体能力的系数）。他们随后使用BAS膜代替传统的纤维层析膜，制备了一种新型的侧向流检测试纸，并提出了用于检测心肌肌钙蛋白I的纳米金侧向流检测方法。研究结果表明，在侧向流检测试纸中使用 BAS 膜可以缩短侧向流检测的时间，提高检测的信噪比：检测仅需240  s即可得出结果，检测限为 1.97 pg/mL。在对 25 名疑似急性心肌梗死患者血清样本的检测中，该检测方法的特异性为 100%，灵敏度为 93.3%。与其他市售的心肌肌钙蛋白I侧向流检测试纸条相比，使用BAS膜构建的侧向流检测试纸不仅可节省 66.7%-86.7% 的检测时间，还能以较低的成本将检测限降低了3-5个数量级。这种低成本、批次一致性高的新型侧向流试纸条有望实现急性心肌梗死的早期预警，并进一步应用在公共卫生突发事件、居家自检、食品安全和环境分析等领域。

图2. 使用BAS膜构建的侧向流检测试纸用于超快hs-cTnI检测的结果

值得一提的是，该团队提出的利用BAS膜结构侧壁驱动液体流动并实现锁水的原理和流体控制方式，能够为微流控领域其他流体行为的分析提供新的思路和方法。BAS膜这种单向、快速、低残留的传输液体的性能，也使其广泛适用于解决流体控制相关的技术问题，在微流体、液滴收集和自润滑等方面具有广阔的应用前景。此外，这种侧向流检测试纸通过BAS膜表面的微通道传输样品溶液，因此能够用于检测大直径尺寸的生物样品分子和抗体标记信号放大探针，使侧向流检测具备更多可供选择的待测生物样品分子和抗体标记信号放大探针种类。

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）：

Barbed arrow-like structure membrane with ultra-high rectification coefficient enables ultra-fast, highly-sensitive lateral-flow assay of cTnI

Juanhua Li^✝, Yiren Liu^✝, Tianyu Wu, Zihan Xiao, Jianhang Du, Hongrui Liang, Cuiping Zhou, Jianhua Zhou*

Nat. Commun., 2024, 15, 5603. DOI: 10.1038/s41467-024-49810-z

导师介绍

周建华

https://www.x-mol.com/university/faculty/62331