المقايسة المناعية للتدفق الجانبي الفلوري على أساس النقاط الكمومية النانوية
Summary
هنا ، نصف بروتوكولا لإعداد حبيبات نانوية نقطية كمومية (QDNB) والكشف عن المؤشرات الحيوية للمرض باستخدام شرائط المقايسة المناعية للتدفق الجانبي القائمة على QDNB. يمكن تقييم نتائج الاختبار نوعيا تحت إضاءة الأشعة فوق البنفسجية وقياسها كميا باستخدام قارئ شريط الفلورسنت في غضون 15 دقيقة.
Abstract
النقاط الكمومية ، والمعروفة أيضا باسم بلورات أشباه الموصلات النانوية ، هي ملصقات فلورية جديدة للتصوير البيولوجي والاستشعار. ومع ذلك ، فإن اتحادات الأجسام المضادة ذات النقاط الكمومية ذات الأبعاد الصغيرة (~ 10 نانومتر) ، والتي يتم تحضيرها من خلال إجراءات تنقية شاقة ، تظهر حساسية محدودة في الكشف عن بعض علامات المرض النزرة باستخدام شرائط المقايسة المناعية للتدفق الجانبي. هنا ، نقدم طريقة لإعداد حبيبات نانوية نقطية كمومية (QDNB) باستخدام طريقة تبخر مستحلب من خطوة واحدة. باستخدام QDNB كما تم إعداده ، تم تصنيع اختبار مناعي للتدفق الجانبي الفلوري للكشف عن المؤشرات الحيوية للمرض باستخدام البروتين التفاعلي C (CRP) كمثال. على عكس الجسيمات النانوية ذات النقطة الكمومية المفردة ، فإن اتحادات الأجسام المضادة للخرزة النانوية ذات النقاط الكمومية أكثر حساسية مثل تسميات المقايسة المناعية بسبب تضخيم الإشارة عن طريق تغليف مئات النقاط الكمومية في حبة نانوية مركبة من البوليمر. علاوة على ذلك ، فإن الحجم الأكبر ل QDNBs يسهل فصل الطرد المركزي عند اقتران QDNBs بالأجسام المضادة. تم تصنيع المقايسة المناعية للتدفق الجانبي الفلوري على أساس QDNBs ، وتم قياس تركيز CRP في العينة في 15 دقيقة. يمكن تقييم نتائج الاختبار نوعيا تحت إضاءة الأشعة فوق البنفسجية وقياسها كميا باستخدام قارئ الفلورسنت في غضون 15 دقيقة.
Introduction
تعمل شرائط المقايسة المناعية للتدفق الجانبي (LFIA) كأدوات حاسمة للكشف السريع في نقطة الرعاية 1,2 ، لا سيما في فحص الأمراض أثناء الأوبئة. ومع ذلك ، فإن شرائط اختبار LFIA التقليدية القائمة على الذهب الغروي تظهر حساسية منخفضة للكشف وتوفر نتائج نوعية فقط3. لتعزيز حساسية الكشف عن LFIA ، ظهرت العديد من الجسيمات النانوية الجديدة ، بما في ذلك اللاتكسالملون 4,5 ، والجسيمات النانوية الفلورية6 ، والكرات المجهرية الفلورية التي تم حلها بمرور الوقت 7,8 ، والنقاط الكمومية9،10،11. توفر النقاط الكمومية (QDs)12,13 ، والمعروفة أيضا باسم بلورات أشباه الموصلات النانوية ، أطوال موجية انبعاث قابلة للضبط ، ونطاق إثارة واسع ، وكفاءة تلألؤ عالية ، مما يجعلها ملصقات مثالية للتصوير البيولوجي.
ومع ذلك ، تظل الإشارة الفلورية المنبعثة من النقاط الكمومية الفردية ضعيفة ، مما يؤدي إلى حساسية كشف منخفضة نسبيا في المقايسات المناعية. يمكن أن يؤدي تغليف العديد من النقاط الكمومية داخل الكرات المجهرية إلى تضخيم الإشارات وتحسين حساسية المقايسات المناعية القائمة على النقاط الكمومية. تم استخدام طرق مختلفة ، مثل التجميع الذاتي طبقة تلو الأخرى14،15،16،17،18 ، وطريقة التورم19،20 ، وتغليف السيليكاالمجهري 21،22،23،24 ، لتغليف النقاط الكمومية داخل المجهرية. على سبيل المثال ، يمكن تحقيق ملصقات السيليكا النانوية الوظيفية بالنقاط الكمومية عن طريق زيادة تحميل QD لكل تفاعل مناعي محصور25. كما تم استخدام مجفف رذاذ مجهز برذاذ بالموجات فوق الصوتية لإعداد النانوية QD-BSA26. ومع ذلك ، فإن الطرق المذكورة أعلاه تعاني من خطوات متعددة معقدة ، وتبريد مضان ، وإنتاجية منخفضة.
في عملنا السابق27 ، تم الإبلاغ عن طريقة تبخر مستحلب المذيب لتغليف النقاط الكمومية داخل حبيبات البوليمر النانوية. تقنية التحضير هذه بسيطة ، وتحافظ على كفاءة الفلورسنت ل QDs ، وتضمن كفاءة تغليف عالية ، وتسمح بإنتاج سهل قابل للتطوير. نجحت العديد من المجموعات البحثية في تطوير شرائط LFIA باستخدام QDNBs المحضرة من خلال هذه الطريقة للتطبيقات ، بما في ذلك الكشف عن السموم الغذائية28،29،30 ، والكشف عن العلامات الحيوية للأمراض المعدية31،32 ، والرصد البيئي33.
يقدم هذا البروتوكول خطوات تحضير محددة لحبيبات نانوية النقاط الكمومية (QDNB) ، و QDNB واقتران الأجسام المضادة ، وإعداد LFIA القائم على QDNB ، وقياس البروتين التفاعلي C (CRP) في عينات البلازما البشرية.
Protocol
Representative Results
Discussion
هنا ، نصف بروتوكولا لإعداد الحبيبات النانوية ذات النقاط الكمومية (QDNB)27 واستخدام QDNB لإعداد المقايسات المناعية للتدفق الجانبي الفلوري (LFIA). يتم توضيح القياس النوعي والكمي ل CRP في العينات. يمكن أيضا تطبيق LFIA القائم على QDNB على المؤشرات الحيوية للأمراضالأخرى 25,32<…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل مشروع لجنة شنغهاي للعلوم والتكنولوجيا (STCSM) (22S31902000) وبرنامج حضانة البحوث السريرية لمستشفى شنغهاي للأمراض الجلدية (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 |
Referências
- 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).
