生物標志物的含量與許多疾病密切相關，因此快速及時檢測樣本中的生物標志物對于生物分析、早期鑒別診斷以及治療方案的精準制定具有重要意義。目前快速抗原檢測（RAT）大多基于側向流動免疫測定法，通常15 min后可以判斷是否是陽性結果，但其靈敏度有待提高。光子晶體（PC）由高、低折射率交替的周期性納米結構組成，可以提高特定波長的反射率，可用于增強免疫分析中熒光探針的強度，從而提高檢測靈敏度。此外，傳統的熒光檢測儀器難以滿足現場便攜、簡單檢測的要求。

為解決以上問題，中國科學院化學研究所宋延林研究員/蘇萌研究員團隊開發了一種打印光子晶體芯片用于新冠病毒核衣殼蛋白（N蛋白）檢測，利用光子晶體帶隙增強作用放大探針分子的熒光信號，實現了低至0.03 pg/mL的N蛋白檢測。研究團隊還開發了便攜式熒光強度檢測儀器，將反應完的檢測卡插入儀器后，5秒內即可完成熒光強度測量并通過指示燈的顏色給出檢測結果（陰性綠燈亮，陽性紅燈亮）。



圖1 用于檢測新冠病毒N蛋白的PC芯片的制備及便攜式儀器檢測示意圖

首先，研究人員選擇了禁帶匹配Cy5熒光探針發射波長的光子晶體，實現了12倍熒光增益。然后，探究了PC微陣列高度對于檢測結果的影響，發現高度大于等于7 μm的PC微陣列具有良好的檢測效能。研究團隊快速大量打印制備了PC微陣列芯片，檢測時將樣本與病毒裂解液和熒光探針溶液混合，然后將一滴（10 μL）混合液滴在檢測芯片上，10分鐘后即可實現特異性N蛋白檢測，該方法的檢測限達0.03 pg/mL，同時可以檢測Ct值從38（奧密克戎）到40（貝塔和德爾塔）的新冠滅活病毒樣品。

圖2 PC微陣列的大面積制備與表征

圖3 PC微陣列的生物學檢測性能與高度優化

為了解決新冠即時檢測所需儀器便攜性、小型化的需求，研究團隊還開發了一種便攜式熒光檢測儀器，當便攜式儀器檢測到的熒光強度低于臨界值時，5秒后指示燈顯示綠色。反之，指示燈變為紅色，表明樣品為陽性。在現場采樣后，大約經過10分鐘的檢測流程即可判讀待檢樣品的陰性與陽性。

圖4 PC微陣列的特異性及便攜式儀器檢測N蛋白含量 視頻：利用便攜式儀器檢測陰性和陽性樣本

該研究為疾病診斷提供了一種通用、快速、便于居家使用的生物檢測方法，且易于制備、成本低廉，在重大疾病篩查、臨床診斷和家庭醫療監測等領域具有廣闊的應用前景。

審核編輯：劉清