Immunodosage fluorescent à flux latéral basé sur des nanobilles de points quantiques
Summary
Ici, nous décrivons un protocole pour la préparation de nanobilles de points quantiques (QDNB) et la détection de biomarqueurs de maladies à l’aide de bandelettes d’immunodosage à flux latéral basées sur QDNB. Les résultats des tests peuvent être évalués qualitativement sous un éclairage à la lumière UV et mesurés quantitativement à l’aide d’un lecteur de bande fluorescente dans les 15 minutes.
Abstract
Les points quantiques, également connus sous le nom de nanocristaux semi-conducteurs, sont de nouveaux marqueurs fluorescents pour l’imagerie et la détection biologiques. Cependant, les conjugués d’anticorps à points quantiques de petites dimensions (~10 nm), préparés par des procédures de purification laborieuses, présentent une sensibilité limitée dans la détection de certains marqueurs de maladies à l’état de traces à l’aide de bandelettes d’immunodosage à flux latéral. Ici, nous présentons une méthode de préparation de nanobilles de points quantiques (QDNB) à l’aide d’une méthode d’évaporation d’émulsion en une étape. À l’aide du QDNB tel que préparé, un test immunologique fluorescent à flux latéral a été fabriqué pour détecter les biomarqueurs de la maladie en utilisant la protéine C-réactive (CRP) à titre d’exemple. Contrairement aux nanoparticules à point quantique unique, les conjugués nanobilles-anticorps sont plus sensibles en tant que marqueurs d’immunodosage en raison de l’amplification du signal en encapsulant des centaines de points quantiques dans une nanobille composite polymère. De plus, la plus grande taille des QDNB facilite la séparation par centrifugation lors de la conjugaison des QDNB avec des anticorps. L’immunodosage fluorescent à flux latéral basé sur les QDNB a été fabriqué, et la concentration de CRP dans l’échantillon a été mesurée en 15 min. Les résultats des tests peuvent être évalués qualitativement sous un éclairage à la lumière UV et mesurés quantitativement à l’aide d’un lecteur fluorescent dans les 15 minutes.
Introduction
Les bandelettes d’immunodosage à flux latéral (LFIA) constituent des outils de détection rapide essentiels au point de service 1,2, en particulier dans le dépistage des maladies pendant les épidémies. Cependant, les bandelettes de test LFIA traditionnelles à base d’or colloïdal présentent une faible sensibilité de détection et ne fournissent que des résultats qualitatifs3. Pour améliorer la sensibilité de détection du LFIA, diverses nouvelles nanoparticules ont émergé, notamment du latex coloré 4,5, des nanoparticules fluorescentesà conversion ascendante 6, des microsphères fluorescentes résolues en temps 7,8 et des points quantiques 9,10,11. Les points quantiques (QD)12,13, également connus sous le nom de nanocristaux semi-conducteurs, offrent des longueurs d’onde d’émission accordables, une large plage d’excitation et une efficacité de luminescence élevée, ce qui en fait des marqueurs idéaux pour l’imagerie biologique.
Cependant, le signal de fluorescence émis par les points quantiques individuels reste faible, ce qui entraîne une sensibilité de détection relativement faible dans les immunoessais. L’encapsulation de nombreux points quantiques dans des microsphères peut amplifier les signaux et améliorer la sensibilité des immunoessais basés sur les points quantiques. Diverses méthodes, telles que l’auto-assemblage couche par couche 14,15,16,17,18, la méthode de gonflement19,20 et l’encapsulation de microsphères de silice 21,22,23,24, ont été utilisées pour encapsuler des points quantiques à l’intérieur de microsphères. Par exemple, il est possible d’obtenir des marquages de nanosphères de silice fonctionnalisés par des points quantiques en augmentant la charge QD par immunoréaction prise en sandwich25. Un sécheur par atomisation équipé d’un atomiseur à ultrasons a également été utilisé pour préparer des nanosphères QD-BSA26 à l’échelle nanométrique. Cependant, les méthodes susmentionnées souffrent de plusieurs étapes complexes, d’une extinction par fluorescence et d’une faible productivité.
Dans nos travaux précédents27, une méthode d’évaporation émulsion-solvant pour encapsuler des points quantiques à l’intérieur de nanobilles de polymère a été rapportée. Cette technique de préparation est simple, maintient l’efficacité fluorescente des QD, assure une efficacité d’encapsulation élevée et permet une production facile et évolutive. Plusieurs groupes de recherche ont réussi à mettre au point des bandelettes LFIA à l’aide de QDNB préparés par cette méthode pour des applications, notamment la détection des toxines alimentaires 28,29,30, la détection des biomarqueurs de maladies infectieuses 31,32 et la surveillance environnementale33.
Ce protocole présente des étapes spécifiques de préparation pour la conjugaison des nanobilles de points quantiques (QDNB), des QDNB et des anticorps, la préparation de LFIA à base de QDNB et la mesure de la protéine C-réactive (CRP) dans des échantillons de plasma humain.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ici, nous décrivons un protocole pour la préparation de nanobilles de points quantiques (QDNB)27 et l’utilisation de QDNB pour la préparation d’immunoessais fluorescents à flux latéral (LFIA). La mesure qualitative et quantitative de la CRP dans les échantillons est démontrée. Cette LFIA basée sur QDNB peut également être appliquée à d’autres biomarqueurs de maladies25,32, toxines alimentaires29,30</sup…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par le Projet du Comité des sciences et de la technologie de Shanghai (STCSM) (22S31902000) et le Programme d’incubation de la recherche clinique de l’Hôpital des maladies de la peau de Shanghai (NO. lcfy2021-10).
Materials
| (dimethylamino)propyl)-N’-ethylcarbodiimide hydrochloride | Sigma-Aldrich | 03450 | |
| Absorbance paper | Kinbio Biotech | CH37K | |
| Bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | B2064 | |
| Casein | Sigma-Aldrich | C8654 | |
| CdSe/ZnS quantum dot | Suzhou Mesolight Inc. | CdSe/ZnS-625 | |
| Choloroform | Sino Pharm | 10006818 | |
| CRP antibody | Hytest Biotech | 4C28 | |
| Fluorescent lateral flow assay reader | Suzhou Helmence Precision Instrument | FIC-H1 | |
| Glass fiber pad | Kinbio Biotech | SB06 | |
| Goat anti-rabbit IgG | Sangon Biotech | D111018 | |
| Nitrocellulose membrane | Satorious | CN140 | |
| Poly(styrene-maleic anhydride) copolymer | Sigma-Aldrich | S458066 | |
| Rabbit IgG | Sangon Biotech | D110502 | |
| Sodium dodecyl sulfate | Sino Pharm | 30166428 | |
| Sodium hydroxide | Sino Pharm | 10019718 |
Referenzen
- de Puig, H., Bosch, I., Gehrke, L., Hamad-Schifferli, K. Challenges of the nano-bio interface in lateral flow and dipstick immunoassays. Trends Biotechnol. 35 (12), 1169-1180 (2017).
- Miller, B. S., et al. Spin-enhanced nanodiamond biosensing for ultrasensitive diagnostics. Nature. 587 (7835), 588-593 (2020).
- Gao, Z., et al. Platinum-decorated gold nanoparticles with dual functionalities for ultrasensitive colorimetric in vitro diagnostics. Nano Lett. 17 (9), 5572-5579 (2017).
- Fan, L., et al. Deeply-dyed nanobead system for rapid lateral flow assay testing of drugs at point-of-care. Sensors Actuators B Chem. 362, 131829 (2022).
- Garcia, V. S., Guerrero, S. A., Gugliotta, L. M., Gonzalez, V. D. G. A lateral flow immunoassay based on colored latex particles for detection of canine visceral leishmaniasis. Acta Trop. 212, 105643 (2020).
- You, M., et al. Household fluorescent lateral flow strip platform for sensitive and quantitative prognosis of heart failure using dual-color upconversion nanoparticles. ACS Nano. 11 (6), 6261-6270 (2017).
- Ye, Z., Tan, M., Wang, G., Yuan, J. Novel fluorescent europium chelate-doped silica nanoparticles: preparation, characterization and time-resolved fluorometric application. J Mater Chem. 14 (5), 851 (2004).
- Xu, Y., Li, Q. Multiple fluorescent labeling of silica nanoparticles with lanthanide chelates for highly sensitive time-resolved immunofluorometric assays. Clin Chem. 53 (8), 1503-1510 (2007).
- Zhang, B., et al. Improving detection sensitivity by oriented bioconjugation of antibodies to quantum dots with a flexible spacer arm for immunoassay. RSC Adv. 6 (55), 50119-50127 (2016).
- Li, Z., et al. Rapid and sensitive detection of protein biomarker using a portable fluorescence biosensor based on quantum dots and a lateral flow test strip. Anal Chem. 82 (16), 7008-7014 (2010).
- Wang, L., et al. Fluorescent strip sensor for rapid determination of toxins. Chem Commun. 47 (5), 1574-1576 (2011).
- Medintz, I. L., Uyeda, H. T., Goldman, E. R., Mattoussi, H. Quantum dot bioconjugates for imaging, labeling and sensing. Nat Mater. 4 (6), 435-446 (2005).
- Smith, A. M., Nie, S. Compact quantum dots for single-molecule imaging. J Vis Exp. 68, e4236 (2012).
- Wang, C., et al. Layer-by-layer assembly of magnetic-core dual quantum dot-shell nanocomposites for fluorescence lateral flow detection of bacteria. Nanoscale. 12 (2), 795-807 (2020).
- Hu, J., Tang, F., Jiang, Y. Z., Liu, C. Rapid screening and quantitative detection of Salmonella using a quantum dot nanobead-based biosensor. Analyst. 145 (6), 2184-2190 (2020).
- Wang, W., et al. Introduction of graphene oxide-supported multilayer-quantum dots nanofilm into multiplex lateral flow immunoassay: A rapid and ultrasensitive point-of-care testing technique for multiple respiratory viruses. Nano Res. 16 (2), 3063-3073 (2023).
- Wang, C., et al. Colorimetric-fluorescent dual-signal enhancement immunochromatographic assay based on molybdenum disulfide-supported quantum dot nanosheets for the point-of-care testing of monkeypox virus. Chem Eng J. 472, 144889 (2023).
- Zheng, S., et al. Dual-color MoS2@QD nanosheets mediated dual-mode lateral flow immunoassay for flexible and ultrasensitive detection of multiple drug residues. Sensors Actuators B Chem. 403, 135142 (2024).
- Wang, G., et al. Efficient incorporation of quantum dots into porous microspheres through a solvent-evaporation approach. Langmuir. 28 (14), 6141-6150 (2012).
- Li, H., et al. Fluorescent lateral flow immunoassay for highly sensitive detection of eight anticoagulant rodenticides based on cadmium-free quantum dot-encapsulated nanospheres. Sensors Actuators B Chem. 324, 128771 (2020).
- Gao, F., et al. Rational design of dendritic mesoporous silica nanoparticles’ surface chemistry for quantum dot enrichment and an ultrasensitive lateral flow immunoassay. ACS Appl Mater Interfaces. 13 (18), 21507-21515 (2021).
- Xu, L. D., Zhu, J., Ding, S. N. Immunoassay of SARS-CoV-2 nucleocapsid proteins using novel red emission-enhanced carbon dot-based silica spheres. Analyst. 146 (16), 5055-5060 (2021).
- Tao, S., et al. SARS-Cov-2 Spike-S1 antigen test strip with high sensitivity endowed by high-affinity antibodies and brightly fluorescent QDs/silica nanospheres. ACS Appl Mater Interfaces. 15 (23), 27612-27623 (2023).
- Wang, C., et al. Development of an ultrasensitive fluorescent immunochromatographic assay based on multilayer quantum dot nanobead for simultaneous detection of SARS-CoV-2 antigen and influenza A virus. Sensors Actuators B Chem. 345, 130372 (2021).
- Chen, L., Chen, C., Li, R., Li, Y., Liu, S. CdTe quantum dot functionalized silica nanosphere labels for ultrasensitive detection of biomarker. Chem Commun. 19, 2670-2672 (2009).
- Chu, M., et al. A novel method for preparing quantum dot nanospheres with narrow size distribution. Nanoscale. 2 (4), 542-547 (2010).
- Zhang, P., Lu, H., Chen, J., Han, H., Ma, W. Simple and sensitive detection of HBsAg by using a quantum dots nanobeads based dot-blot immunoassay. Theranostics. 4 (3), 307-315 (2014).
- Ouyang, S., et al. An on-site, ultra-sensitive, quantitative sensing method for the determination of total aflatoxin in peanut and rice based on quantum dot nanobeads strip. Toxins. 9 (4), 137 (2017).
- Liu, J., et al. Quantitative ciprofloxacin on-site rapid detections using quantum dot microsphere based immunochromatographic test strips. Food Chem. 335, 127596 (2021).
- Chen, Y., Fu, Q., Xie, J., Wang, H., Tang, Y. Development of a high sensitivity quantum dot-based fluorescent quenching lateral flow assay for the detection of zearalenone. Anal Bioanal Chem. 411 (10), 2169-2175 (2019).
- Zhang, Q., et al. SARS-CoV-2 detection using quantum dot fluorescence immunochromatography combined with isothermal amplification and CRISPR/Cas13a. Biosens Bioelectron. 202, 113978 (2022).
- Zhong, X., et al. CRISPR-based quantum dot nanobead lateral flow assay for facile detection of varicella-zoster virus. Appl Microbiol Biotechnol. 107 (10), 3319-3328 (2023).
- Liu, Y., Xiao, M., Xu, N., Yang, M., Yi, C. Point-of-need quantitation of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid using a ratiometric fluorescent nanoprobe and a smartphone-based sensing system. Sensors Actuators B Chem. 367, 132083 (2022).
- McCafferty, C., et al. Blood collection processing and handling for plasma and serum proteomics BT – Serum/plasma proteomics. Methods Mol Biol. 2628, 33-40 (2023).
- Zhang, P., et al. Rapid and quantitative detection of C-reactive protein based on quantum dots and immunofiltration assay. Int J Nanomedicine. 10, 6161-6173 (2015).
- Hu, J., et al. Sensitive and quantitative detection of C-reaction protein based on immunofluorescent nanospheres coupled with lateral flow test strip. Anal Chem. 88 (12), 6577-6584 (2016).
- Fan, L., et al. One-component dual-readout aggregation-induced emission nanobeads for qualitative and quantitative detection of c-reactive protein at the point of care. Anal Chem. 96 (1), 401-408 (2024).
- Gui, Y., et al. Colorimetric and reverse fluorescence dual-signal readout immunochromatographic assay for the sensitive determination of sibutramine. ACS Omega. 9 (6), 7075-7084 (2024).
