Botulinum neurotoxins (BoNTs) are classified at a highest degree of threat in biodefense, due largely to their high lethality. With the growing risk of biowarfare, the shortcomings of the gold standard test for these neurotoxins, the mouse bioassay, have underscored the need to develop alternative diagnostic testing strategies. This paper reports on the detection of inactivated Clostridium botulinum neurotoxin serotype A (BoNT-A) and serotype B (BoNT-B), the two most important markers of botulism infection, by using a sandwich immunoassay, gold nanoparticle labels, and surface-enhanced Raman scattering (SERS) within the context of two threat scenarios. The first scenario mimics part of the analysis needed in response to a “white powder” threat by measuring both neurotoxins in phosphate-buffered saline (PBS), a biocompatible solvent often used to recover markers dispersed in a powdered matrix. The second scenario detects the two neurotoxins in spiked human serum to assess the clinical potential of the platform. The overall goal is to develop a test applicable to both scenarios in terms of projections of required levels of detection. We demonstrate the ability to measure BoNT-A and BoNT-B in PBS at a limit of detection (LoD) of 700 pg/mL (5 pM) and 84 pg/mL (0.6 pM), respectively, and in human serum at 1200 pg/mL (8 pM) and 91 pg/mL (0.6 pM), respectively, with a time to result under 24 h. The steps required to transform this platform into an onsite biodefense screening tool that can simultaneously and rapidly detect (<1 h) these and other agents are briefly discussed.

中文翻译：

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缓冲液和血清中肉毒梭菌神经毒素血清型 A 和 B 的 SERS 检测：迈向生物防御测试平台的开发

肉毒杆菌神经毒素 (BoNTs) 在生物防御中被列为最高威胁程度，主要是因为它们的高杀伤力。随着生物战风险的增加，针对这些神经毒素的金标准测试（小鼠生物测定）的缺点凸显了开发替代诊断测试策略的必要性。本文报告了通过使用夹心免疫测定法、金纳米颗粒标记和表面增强检测灭活肉毒杆菌神经毒素血清型 A (BoNT-A) 和血清型 B (BoNT-B) 这两种最重要的肉毒杆菌感染标志物。两种威胁情景下的拉曼散射 (SERS)。第一个场景通过测量磷酸盐缓冲盐水 (PBS) 中的两种神经毒素，模拟了应对“白色粉末”威胁所需的部分分析，一种生物相容性溶剂，通常用于回收分散在粉状基质中的标记物。第二种情况检测加标人血清中的两种神经毒素，以评估该平台的临床潜力。总体目标是根据所需检测水平的预测，开发适用于这两种情况的测试。我们证明了在 PBS 中以 700 pg/mL (5 pM) 和 84 pg/mL (0.6 pM) 的检测限 (LoD) 以及在 1200 的人血清中测量 BoNT-A 和 BoNT-B 的能力pg/mL (8 pM) 和 91 pg/mL (0.6 pM)，分别在 24 小时内出结果。简要讨论了将该平台转变为现场生物防御筛选工具所需的步骤，该工具可以同时快速检测（<1 小时）这些和其他试剂。第二种情况检测加标人血清中的两种神经毒素，以评估该平台的临床潜力。总体目标是根据所需检测水平的预测，开发适用于这两种情况的测试。我们证明了在 PBS 中测量 BoNT-A 和 BoNT-B 的能力，检测限 (LoD) 分别为 700 pg/mL (5 pM) 和 84 pg/mL (0.6 pM)，并且在人血清中为 1200 pg/mL (8 pM) 和 91 pg/mL (0.6 pM)，分别在 24 小时内出结果。简要讨论了将该平台转变为现场生物防御筛选工具所需的步骤，该工具可以同时快速检测（<1 小时）这些和其他试剂。第二种情况检测加标人血清中的两种神经毒素，以评估该平台的临床潜力。总体目标是根据所需检测水平的预测，开发适用于这两种情况的测试。我们证明了在 PBS 中测量 BoNT-A 和 BoNT-B 的能力，检测限 (LoD) 分别为 700 pg/mL (5 pM) 和 84 pg/mL (0.6 pM)，并且在人血清中为 1200 pg/mL (8 pM) 和 91 pg/mL (0.6 pM)，分别在 24 小时内出结果。简要讨论了将该平台转变为现场生物防御筛选工具所需的步骤，该工具可以同时快速检测（<1 小时）这些和其他试剂。总体目标是根据所需检测水平的预测，开发适用于这两种情况的测试。我们证明了在 PBS 中测量 BoNT-A 和 BoNT-B 的能力，检测限 (LoD) 分别为 700 pg/mL (5 pM) 和 84 pg/mL (0.6 pM)，并且在人血清中为 1200 pg/mL (8 pM) 和 91 pg/mL (0.6 pM)，分别在 24 小时内出结果。简要讨论了将该平台转变为现场生物防御筛选工具所需的步骤，该工具可以同时快速检测（<1 小时）这些和其他试剂。总体目标是根据所需检测水平的预测，开发适用于这两种情况的测试。我们证明了在 PBS 中以 700 pg/mL (5 pM) 和 84 pg/mL (0.6 pM) 的检测限 (LoD) 以及在 1200 的人血清中测量 BoNT-A 和 BoNT-B 的能力pg/mL (8 pM) 和 91 pg/mL (0.6 pM)，分别在 24 小时内出结果。简要讨论了将该平台转变为现场生物防御筛选工具所需的步骤，该工具可以同时快速检测（<1 小时）这些和其他试剂。24 小时内出结果。简要讨论了将该平台转变为现场生物防御筛选工具所需的步骤，该工具可以同时快速检测（<1 小时）这些和其他试剂。24 小时内出结果。简要讨论了将该平台转变为现场生物防御筛选工具所需的步骤，该工具可以同时快速检测（<1 小时）这些和其他试剂。