Сверхчувствительный боковой

May 02, 2023

Природная биомедицинская инженерия (2023 г.) Процитировать эту статью

11 тысяч доступов

1 Цитаты

115 Альтметрика

Подробности о метриках

Анализы в латеральном потоке (LFA) являются быстрыми и недорогими, однако они почти в 1000 раз менее чувствительны, чем лабораторные тесты. Здесь мы показываем, что плазмонно-активные, конъюгированные с антителами флуоресцентные золотые наностержни могут сделать обычные LFA сверхчувствительными. При времени ответа от образца до 20 минут плазмонно-улучшенные LFA, считанные с помощью стандартного настольного флуоресцентного сканера, достигли примерно 30-кратного улучшения динамического диапазона и пределов обнаружения по сравнению с 4-часовыми золотыми стандартными иммуноферментными анализами. и достигли 95% клинической чувствительности и 100% специфичности в отношении антител в плазме и антигенов в мазках из носоглотки от лиц с тяжелым острым респираторным синдромом, вызванным коронавирусом 2 (SARS-CoV-2). Сопоставимого улучшения эффективности анализа можно также достичь с помощью недорогого портативного сканера, как мы показываем при обнаружении интерлейкина-6 в образцах сыворотки человека и белка нуклеокапсида SARS-CoV-2 в образцах носоглотки. Плазмонно-улучшенные LFA превосходят стандартные лабораторные тесты по чувствительности, скорости, динамическому диапазону, простоте использования и стоимости и могут обеспечить преимущества при диагностике на месте оказания медицинской помощи.

Анализы с боковым потоком (LFA) являются одними из самых простых, быстрых и дешевых диагностических методов в местах оказания медицинской помощи (POC) и предлагают широкий потенциал для скрининга заболеваний на уровне населения1,2. Хотя были введены многочисленные LFA для антител к коронавирусу тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2)3,4,5 и антигенов6,7, ни один из них не обладает чувствительностью и количественным определением, сравнимыми с лабораторной диагностикой, такой как ПЦР в реальном времени с обратной транскрипцией. (ОТ-ПЦР) и иммуноферментный анализ (ИФА)8,9,10. В целом, обычные колориметрические LFA примерно в 1000 раз менее чувствительны, чем эти стандартные лабораторные тесты11,12, а диагностика с использованием LFA требует дополнительного подтверждающего лабораторного теста для правильного установления отрицательных результатов. Колориметрические LFA часто не подходят для количественных показаний из-за ограниченных изменений цвета в зависимости от изменения концентрации целевого аналита13.

Пандемия коронавирусного заболевания 2019 года (COVID-19) подчеркнула необходимость улучшения LFA для точной и быстрой клинической диагностики, массовых скринингов и эпидемиологических исследований14,15. ОТ-ПЦР16,17 и прямые тесты на антигены18,19 были основой диагностики COVID-19, а серологические анализы важны для определения стадии инфекции и эффективности вакцины, а также для эпидемиологических исследований3,20,21. Эти диагностические анализы доступны только в квалифицированных микробиологических лабораториях и зависят от экспертов, требуют больших трудозатрат и времени. Эти ограничения не позволяют проводить миллионы тестов в день, которые необходимы во время эпидемиологических всплесков22,23. Таким образом, существует острая потребность в диагностических и скрининговых инструментах, которые не только столь же точны, как лабораторные анализы, но также быстры, просты в использовании, недороги, легко доступны (для использования на дому и в рамках POC) и масштабируемы для быстрого популяционного использования. скрининг на уровне.

Усилия по улучшению биоаналитических характеристик LFA включали использование флуоресцентных молекул или квантовых точек в качестве репортерных элементов24,25. Хотя флуоресцентные репортеры улучшают количественный анализ, их относительно слабая интенсивность сигнала ограничивает их чувствительность и диагностическую полезность POC, а их низкое поглощение света по сравнению с обычными наночастицами коллоидного золота (AuNP)26 исключает прямое визуальное обнаружение, которое позволяют обычные LFA. Более того, они требуют использования считывателей LFA с высокочувствительными детекторами или мощными источниками возбуждающего света. Эти соображения ограничивают полезность флуоресцентных LFA при массовом скрининге и в условиях ограниченных ресурсов10.

Мы представляем себе «бимодальный» LFA, в котором первоначальный скрининг может быть выполнен с помощью визуального теста, а последующее количественное тестирование может быть выполнено, когда это необходимо, на той же полоске LFA с использованием флуоресцентного считывателя. Чтобы добиться этого, мы использовали недавно представленную нами сверхяркую флуоресцентную наноразмерную конструкцию27, называемую плазмоническим флюором, в качестве бимодального колориметрического и флуоресцентного репортера в LFA (рис. 1a). Эти наноразмерные конструкции используют усиленную плазмоном флуоресценцию28,29,30,31,32 для достижения почти в 7000 раз более яркого сигнала флуоресценции по сравнению с обычными молекулярными флуорофорами. Мы конъюгировали плазмонные флюоры с детектирующими антителами и использовали их для обеспечения быстрого и сверхчувствительного колориметрического и флуоресцентного обнаружения аналитов с использованием человеческого интерлейкина-6 (IL-6) (предел обнаружения (LOD), 93 фг/мл), SARS-CoV. -2 антитела S1 (субъединица белка-шипа) (LOD, 185 пг/мл) и белок антигена SARS-CoV-2 (нуклеокапсид (N)) (LOD, 212 пг/мл). Мы подтвердили клиническую эффективность LFA на основе плазмонного флюора (p-LFA) путем тестирования образцов плазмы, сыворотки и мазков из носоглотки (NP) на выявление антител S1 к SARS-CoV-2, IL-6 и SARS-CoV-2. 2 антигена соответственно и достигли высокой клинической специфичности и чувствительности. Мы также демонстрируем количественную способность p-LFA с помощью портативного сканера собственной разработки, совместимого с плазмонным флюором, чтобы продемонстрировать его универсальное применение POC. По сути, эту технологию можно легко использовать в качестве альтернативы лабораторным тестам для диагностики клинически значимых патогенных инфекций.