基于“标记物包埋”纳米颗粒表面增强拉曼光谱的高灵敏度和高重复性的多指标侧流层析免疫检测法

Lateral flow immunoassay has been widely used in the field of early-pregnancy detection, environmental monitoring, food safety and so on due to the advantages of simple operation and low cost. However, it also has some issues including low detection sensitivity and difficulty to realize the multiplexing. In this project, we propose to design a novel type of “label-embedded” core-shell nanoparticles–based surface-enhanced Raman scattering (SERS) for the sensitive, reproducible and multiplexed lateral flow immunoassay. The strong plasmon coupling effect between the neighboring metal surfaces in the narrow gap of nanoparticles produces greatly enhanced electromagnetic “hot spots” and consequently strong Raman signals. The label-embedded core-shell geometry significantly improves the stability of labels and uniformity of the nanoparticles, therefore leads to a high sensitivity and a good reproducibility of immunoassays. Furthermore, multiplexed bio-sensing can be realized by encoding the nanoparticles with different types of label molecules embedded in the gap. Finally, we believe that "label-embedded" nanoparticles-based SERS technique in this project will pay the way to the advance of sensitive, reproducible and multiplexed lateral flow immunoassay and their potential applications for early detection of critical diseases.

基于侧流层析的免疫检测技术由于操作简单、成本低廉等优点在早孕筛查、环境监测、食品安全等领域有着巨大的应用市场，但目前还存在灵敏度差和难以实现多指标检测等问题。本课题拟通过全新的思路来设计一种新的基于“标记物包埋”纳米颗粒表面增强拉曼光谱的高灵敏度和高重复性的多指标侧流层析免疫检测方法。通过将拉曼标记物分子包埋在纳米颗粒内部的“极小缝隙”中，缝隙相邻金属表面的等离激元耦合效应使得标记物分子的拉曼信号实现稳定性的提高和强度的极大增强，有效避免了由于纳米颗粒团聚造成的不均一性，实现了高灵敏度的同时保持了其表面增强拉曼光谱的可重复性。通过将具有不同拉曼指纹光谱的标记物分子包埋在缝隙中进行编码，可实现多指标检测。因此，基于“标记物包埋”纳米颗粒的表面增强拉曼光谱技术不仅有望显著提高侧流层析免疫定量检测方法的灵敏度和实用性，还将为开发新一类基于表面增强拉曼光谱的重大疾病早期诊断技术奠定基础。

基于侧流层析的免疫检测技术由于操作简单、成本低廉等优点在早孕筛查、环境监测、食品安全等领域有着巨大的应用市场。本课题定位基于新型缝隙增强拉曼探针的高灵敏度、多指标、成本低廉的即时检测技术-侧流层析免疫检测试纸条，聚焦其高灵敏度和多指标问题。经过4年时间的研究，我们基本上验证了本项目的研究设想的理论基础和实验可行性，即：（第一代和第二代）超灵敏度缝隙增强拉曼探针的合成制备、生长机理的掌握及其拉曼增强机制的理解；多指标高灵敏LIFA检测方法（双探针法）的建立；基于经典最小二乘法（CLS）和非负矩阵分解法（NMF）的拉曼光谱定量处理方法的建立；同时成功制备的拉曼探针正在尝试临床医学的转化应用开发。因此，基于缝隙增强拉曼探针侧流层析免疫试纸条技术不仅有望显著提高侧流层析免疫定量检测方法的灵敏度和实用性，还将为开发新一类基于表面增强拉曼光谱的重大疾病早期诊断技术奠定基础。. 到目前为止已按照项目计划全部顺利执行完所有的研究内容，并实现了预定的研究目标，对其中的关键科学问题展开了充分的探究并基本解决，共发表了26篇SCI论文，包括2篇Nature Communications，4篇正在撰写论文，其中以第一或通讯作者发表的文章共23篇，影响因子大于10的6篇；获批了2个国家发明专利，申请了6个国家发明专利；培养了9位研究生（4位博士，5位硕士），申请人本人也获得了国家自然科学基金优秀青年基金项目和另一个面上项目的支持，部分成果（缝隙增强拉曼探针）正在开展产业化应用，也为后续的科研合作和项目申请奠定了坚实的基础。