基于CdSe/ZnS荧光量子点的侧向免疫层析定量检测技术的研究

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侧向免疫层析检测技术作为现场即时检测(POCT)领域非常重要且占比重最大的一项检测技术,由于其检测快速、操作方便、成本低廉等优势,被认为是发展中国家非常具有前景且节约成本的即时诊断技术。但传统的侧向免疫层析技术常用胶体金、有机荧光染料作为标记材料,其检测性能相对实验室检验方法存在着灵敏度较低、稳定性较差等问题。而荧光量子点作为一种新颖的半导体纳米材料,具有传统荧光染料无可比拟的光学性质(如宽激发窄发射,发射光谱可调,光化学稳定性好,荧光强度高,寿命长,单激发多元发射等优点),其作为一种荧光标记物现已广泛应用于免疫诊断、生物传感、细胞标记、活体成像、光动力治疗等生物医学领域。将高质量的荧光量子点与侧向免疫层析技术结合,可实现对细菌、病毒蛋白大分子以及抗原小分子等的快速灵敏定量检测,促进量子点材料在生物医学领域中的广泛应用。本论文尝试采用不同方法修饰的(聚合物修饰和二氧化硅包覆修饰)荧光量子点(CdSe/ZnS,发射峰位为635 nm)为标记材料,通过优化量子点-抗体蛋白的偶联条件、侧向免疫层析体系的组成,分别采用双抗体夹心法和竞争法两种原理构建了基于量子点的侧向免疫层析(Lateral flow immunoassay)定量检测体系,实现了炎症标志物C-反应蛋白(CRP)、降钙素原(PCT)和黄曲霉毒素B1(AFB1)的快速定量检测,并初步尝试了建立了C反应蛋白和降钙素原同时定量检测的侧向免疫层析方法。主要研究内容和结果如下:1.基于聚合物修饰的荧光量子点(QDs@PMAH)对C-反应蛋白(CRP)的侧向免疫层析定量检测。以QDs@PMAH作为CRP抗体的蛋白标记材料,优化量子点与CRP抗体的偶联条件,依据双抗体夹心法构建了CRP的侧向免疫层析体系,探讨了层析体系试纸条样品结合垫、硝酸纤维素膜、探针用量及其稀释液等影响试纸条性能的有关因素。在优化的检测体系下,建立的定量免疫层析检测体系在CRP浓度为0.51000 ng/mL范围内具有良好的线性回归,最低检出限为0.30 ng/mL。与其它CRP的即时检测方法相比,该方法表现出灵敏度高、检测时间短(仅需3 min)且检测范围宽的明显优势。该免疫层析方法的批内和批间差异均小于15%,回收率在95%110%以内,说明该方法的稳定性良好,其检测结果可靠准确。通过对135例临床样本的检测,该方法的检测结果与行业金标准罗氏胶乳C反应蛋白诊断试剂盒的检测结果相比具有较好的一致性。2.基于聚合物修饰(QDs@PMAH)和二氧化硅包覆修饰的荧光量子点(QDs@SiO2)对降钙素原(PCT)的侧向免疫层析定量检测。分别以QDs@PMAH和QDs@SiO2为PCT抗体的蛋白标记材料,采用双抗体夹心法的原理,通过对免疫层析体系的优化,建立了对炎症标志物PCT的定量检测方法。建立的PCT侧向免疫层析定量检测方法,灵敏度高,检测时间仅需要12 min,在血清样本中PCT初始浓度为0.1100 ng/mL范围内均具有良好的线性回归。两种检测体系的PCT样本(3倍稀释前)的最低检出限LOD分别为0.09 ng/mL(聚合物修饰的量子点检测体系),0.03 ng/mL(二氧化硅包覆修饰的量子点体系),与目前商用的胶体金即时检测方相比具有更高的灵敏度(二氧化硅包覆修饰的量子点体系提高了10倍以上)。相对稀释后的样本,理论LOD分别计算为0.03 ng/mL和0.01 ng/mL。同时以二氧化硅包覆修饰量子点为标记材料建立的检测方法,探针的使用量相对较少,免疫试剂抗体的使用也相对较少,在灵敏度提高的同时,免疫层析体系的稳定性也有了较大的提高(批内和批间差异小于10%)。通过对140例临床样本的检测,建立的检测方法与医院采用的行业金标准梅里埃的酶联免疫荧光法进行对照比较,检测结果具有较好的一致性。3.基于二氧化硅包覆修饰(QDs@SiO2)的荧光量子点对黄曲霉毒素B1(AFB1)的侧向免疫层析定量检测。通过选用更稳定的二氧化硅包覆修饰的水相量子点作为标记材料,采用竞争法的原理构建了对食品中小分子AFB1的免疫层析定量检测方法。检测体系在玉米样本中AFB1初始浓度为2.5100 ng/mL范围内具有良好的线性回归,对于实际检测样本的AFB1半数抑制浓度IC50为0.294 ng/mL。该方法对于玉米实际样本中AFB1的最低检出限LOD为0.796 ng/g,该灵敏度是国内行业标准胶体金快速定量检测方法的2.5倍,按照实际检测时的14倍稀释,该检测方法的理论LOD经计算为0.057ng/g。同时,该检测方法的稳定性好,准确度高,回收率在80%120%之间。此外,该检测方法中的样本提取简单,经一步提取后可滴加样品检测,检测时间仅需要15 min,非常适合于基层生产或检验部门用于食品或饲料中AFB1的现场即时定量检测。4.尝试建立了同时检测CRP和PCT的量子点侧向免疫层析方法。以同一荧光发峰位的QDs@SiO2分别标记CRP抗体和PCT抗体制备荧光探针,在一个荧光免疫侧向层析体系中,采用用双抗体夹心法检测PCT和竞争法检测CRP的原理,实现了两种炎症标志物的同时定量检测。结果表明用同一量子点标记也可以实现两个指标的同时检测,检测范围和最低检测限可以和单独检测的结果相媲美,但体系对CRP检测时的稳定性还有待提高。以上研究成果证明荧光量子点作为优异的标记材料,在基于双抗体夹心法和竞争法的侧向免疫层析检测中都具有可实现目标物的定量、灵敏、快速检测的优势。其中二氧化硅包覆修饰的量子点作为标记材料构建的检测体系,具有免疫试剂用量少、灵敏度更高、稳定性更好的特点。因此基于量子点的侧向免疫层析技术为构建新型体外快速检测方法提供了新思路,也将会为我国分级诊疗体系的发展提供有力的即时检测技术支撑。
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