ACS NANO. 等离子体方法增强介孔二氧化硅包覆的金纳米棒荧光用于高灵敏度的甲型流感病毒检测

以下文章来源于分析化学方法 ，作者科研小组

全文简介

基于侧向流动免疫测定法(LFI)的快速诊断检测能够早期识别病毒感染，因为其解释简单、周转时间短，并且能够及时隔离患者以最大限度地减少社区间的病毒传播。然而，LFI系统需要提高检测灵敏度以匹配核酸扩增测试的准确度。基于荧光的lfi比基于吸收的lfi更加灵敏和特异，但是它们的性能受到与荧光团的量子产率和光漂白相关的基本问题的显著影响。金属增强荧光(MEF)是金属纳米粒子附近的等离子体激元效应，是提高基于荧光的LFIs检测灵敏度的有效策略。获得强等离子体效应的关键因素包括MEF系统中金属和荧光团的距离和光谱重叠。在这项研究中，MEF探针是基于核-壳纳米结构设计的，采用金纳米棒核、介孔二氧化硅壳和菁5荧光团。为了优化整合在LFI平台(MEF-LFI)上的MEF探针的效率，我们通过调整壳层厚度，从实验和理论上研究了菁5和金纳米棒之间的等离子体激元耦合的距离依赖性，从而导致显著的荧光增强。提出的MEF-LFI能够在20分钟内实现对甲型流感病毒(IAV)核衣壳蛋白的高灵敏度检测，检测限为0.52 pg mL–1，并在确定IAV临床样本时表现出高特异性和准确性。总的来说，我们的发现证明了这种方法作为紧急情况下分子诊断的有效工具的潜力。

简介

Cy5-mSiO2@GNRs的表征。（a）Cy5-mSiO2@GNRs合成过程的示意图。（b）裸GNRs（顶部）和mSiO2@GNRs的透射电子显微镜图像，外壳厚度为10.3 ± 1.1 nm（底部）。刻度条：200纳米。（c）显示Si（绿色）、Au（红色）和重叠Si和Au元素的mSiO2@GNR的能量色散光谱（EDS）映射图像。（d）单个mSiO2@GNR中Si（绿色）和Au（红色）的EDS线扫描剖面。线扫描的方向用EDS映射图像的黄色箭头表示。（e）X射线光电子光谱显示mSiO2@GNRs的元素成分。（f）mSiO2@GNRs和Cy5-mSiO2@GNRs的热重分析。（g）荧光光谱（λex = 600 nm）取决于Cy5-mSiO2@GNRs的每个合成步骤。（h）Zeta电位在合成过程中每个步骤中显示GNRs表面电荷的变化。

金属增强荧光（MEF）的检查。（a）没有（顶部）和（底部）金属金纳米棒（GNR）的Jablonski图的示意图，使用辐射衰减率机制展示了MEF。Ε：没有GNR的激发率。Εm：GNR存在下金属增强激发。Γm：GNR存在时的辐射率。km：GNR存在时的非辐射衰变率。（b）GNR的吸收率和荧光光谱（吸收率，黑线）、Cy5的激发（蓝线）和Cy5的发射（红线）。（c）游离Cy5（黑线）和Cy5-mSiO2@GNRs（红线）的终身衰变的时间分辨荧光测量。（d）通过蚀刻过程制备Cy5-mSiO2@GNRs（左）和Cy5-hollow mSiO2@GNRs（右）对实验MEF增强因子（EFMEF）的调查示意图。通过溶液相和NC膜上Cy5-mSiO2@GNRs与Cy5-空心mSiO2@GNRs的荧光强度比（I/Io）在溶液相和NC膜上确定了实验EFFEF对外壳厚度的依赖性。（e）透射电子显微镜图像显示单个mSiO2@GNR（顶部）和空心mSiO2@GNR（底部）具有不同的外壳厚度。刻度条：20纳米。（f）理论FRET效率（EFRET，黑线）和等离子体增强（EPE，红线）受640纳米的入射光波长下与GNR相互作用的影响。EFRET和EPE的组合确定了理论EFFMEFE：EFEF = (1 – EFRET) × EPE。（g）通过GNR核心评估Cy5荧光的EFMFEF的实验和理论结果的比较。实验EFFMEF的值是从三个独立实验中获得的。

使用MEF-LFI检测IAV。（a）LFI测试条上三明治免疫测定的示意图。（b）显示连续稀释的IAV NP检测的荧光图像。图像中显示的测试线的荧光强度对应于0.001-100 ng mL-1的抗原浓度，显示敏感抗原检测浓度低至1 pg mL-1。误差条代表三个独立实验的标准差。（c）荧光图像显示连续稀释的IAV H1N1培养液的检测。图像中显示的测试线的荧光强度对应于12.8-40000斑块形成单位（pfu）mL-1的培养病毒样本浓度，显示检测极限为1.85 pfu mL-1，测定系数为0.9962。（d）评估IAV（1 ng mL-1）和其他五种病毒（干扰；10 ng mL-1）的选择性。（e）在各种温度条件下（4、25和37°C）使用制备和储存的试纸测量1个月的荧光强度来评估MEF-LFI用于IAV NP检测的稳定性。所有星号都表示荧光测量可以区分的最低样品浓度。

使用MEF-LFI平台对临床样本进行剖析，用于测定IAV。（a）23个患者样本（11名IAV患者和12名IBV对照患者的荧光强度水平）。（b）将临床样本分类为阳性（+）和阴性（-）样本，导致显著差异（*P < 0.05，未配对的双尾学生t测试）。（c）ROC曲线和AUC分析。荧光截止值是根据发现集的ROC曲线分析确定的，该曲线对应于最大优登指数；荧光强度=138127。（d）-（f）验证队列分析。（d）在验证队列中测试的所有IAV临床样本的荧光强度的瀑布分布（n = 58）。应用了截止（虚线）值。（e）IAV患者样本中的荧光信号明显高于非IAV患者样本（***P < 0.001，未配对的双尾学生t测试）。（f）评估拟议的MEF-LFI和RT-qPCR之间的分析一致性。结果呈正相关（皮尔逊系数，r = 0.949）。

相关成果以“Plasmonic Approach to Fluorescence Enhancement of Mesoporous Silica-Coated Gold Nanorods for Highly Sensitive Influenza A Virus Detection Using Lateral Flow Immunosensor”，发表在国际学术期刊“ACS NANO”上。

文献链接：点击阅读原文

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02651

转自：“NANO学术”微信公众号

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