生物標(biāo)志物的含量與許多疾病密切相關(guān)，因此快速及時(shí)檢測(cè)樣本中的生物標(biāo)志物對(duì)于生物分析、早期鑒別診斷以及治療方案的精準(zhǔn)制定具有重要意義。目前快速抗原檢測(cè)（RAT）大多基于側(cè)向流動(dòng)免疫測(cè)定法，通常15 min后可以判斷是否是陽(yáng)性結(jié)果，但其靈敏度有待提高。光子晶體（PC）由高、低折射率交替的周期性納米結(jié)構(gòu)組成，可以提高特定波長(zhǎng)的反射率，可用于增強(qiáng)免疫分析中熒光探針的強(qiáng)度，從而提高檢測(cè)靈敏度。此外，傳統(tǒng)的熒光檢測(cè)儀器難以滿足現(xiàn)場(chǎng)便攜、簡(jiǎn)單檢測(cè)的要求。

為解決以上問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所宋延林研究員/蘇萌研究員團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種打印光子晶體芯片用于新冠病毒核衣殼蛋白（N蛋白）檢測(cè)，利用光子晶體帶隙增強(qiáng)作用放大探針?lè)肿拥臒晒?a target="_blank">信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了低至0.03 pg/mL的N蛋白檢測(cè)。研究團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了便攜式熒光強(qiáng)度檢測(cè)儀器，將反應(yīng)完的檢測(cè)卡插入儀器后，5秒內(nèi)即可完成熒光強(qiáng)度測(cè)量并通過(guò)指示燈的顏色給出檢測(cè)結(jié)果（陰性綠燈亮，陽(yáng)性紅燈亮）。



圖1 用于檢測(cè)新冠病毒N蛋白的PC芯片的制備及便攜式儀器檢測(cè)示意圖

首先，研究人員選擇了禁帶匹配Cy5熒光探針發(fā)射波長(zhǎng)的光子晶體，實(shí)現(xiàn)了12倍熒光增益。然后，探究了PC微陣列高度對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)高度大于等于7 μm的PC微陣列具有良好的檢測(cè)效能。研究團(tuán)隊(duì)快速大量打印制備了PC微陣列芯片，檢測(cè)時(shí)將樣本與病毒裂解液和熒光探針溶液混合，然后將一滴（10 μL）混合液滴在檢測(cè)芯片上，10分鐘后即可實(shí)現(xiàn)特異性N蛋白檢測(cè)，該方法的檢測(cè)限達(dá)0.03 pg/mL，同時(shí)可以檢測(cè)Ct值從38（奧密克戎）到40（貝塔和德?tīng)査┑男鹿跍缁畈《緲悠贰?/p>

圖2 PC微陣列的大面積制備與表征

圖3 PC微陣列的生物學(xué)檢測(cè)性能與高度優(yōu)化

為了解決新冠即時(shí)檢測(cè)所需儀器便攜性、小型化的需求，研究團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一種便攜式熒光檢測(cè)儀器，當(dāng)便攜式儀器檢測(cè)到的熒光強(qiáng)度低于臨界值時(shí)，5秒后指示燈顯示綠色。反之，指示燈變?yōu)榧t色，表明樣品為陽(yáng)性。在現(xiàn)場(chǎng)采樣后，大約經(jīng)過(guò)10分鐘的檢測(cè)流程即可判讀待檢樣品的陰性與陽(yáng)性。

圖4 PC微陣列的特異性及便攜式儀器檢測(cè)N蛋白含量 視頻：利用便攜式儀器檢測(cè)陰性和陽(yáng)性樣本

該研究為疾病診斷提供了一種通用、快速、便于居家使用的生物檢測(cè)方法，且易于制備、成本低廉，在重大疾病篩查、臨床診斷和家庭醫(yī)療監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

審核編輯：劉清