用于检测新型冠状病毒抗原和抗体的阻抗纳米生物传感器

以下文章来源于分析化学方法 ，作者科研小组

全文简介

抗原和抗体(Abs)的检测对于确定人群的感染和免疫状态至关重要，因为它们是指导流行病处理的关键参数。当前的护理点(POC)设备是快速筛查的便捷选择；然而，它们的灵敏度需要进一步提高。我们介绍了一种基于交叉指型金纳米线的阻抗纳米生物传感器，用于检测新冠肺炎相关抗原(新型冠状病毒病毒S1蛋白的受体结合域)以及感染期间和感染后出现的相应抗体。电化学阻抗谱技术用于评估因各分析物与芯片表面结合而导致的测量阻抗变化。培养20 min后，传感器设备显示出高灵敏度，约57 pS sn浓度十年，抗新型冠状病毒抗体的检测极限(LOD)为0.99 pg/mL，灵敏度约21 pS sn浓度十年，病毒抗原检测的LOD为0.14 pg/mL。最后，临床血浆样本分析表明，所开发平台可用于帮助临床医生和权威机构确定患者的感染或免疫状态。

简介

（A）阻抗纳米生物传感器制造和组装的示意图：由UV光刻图案的外部接触垫（ECP）的沉积，由EBL图案的Au NWs和PDMS井的沉积。（B）平均宽度为120纳米、长度为49微米、间距为450纳米的数字化Au NW的SEM图像。（C）完整传感器的图像，包括用于跌落测试的100微升体积的PDMS井。感兴趣的液体样品被分配到井中，并允许孵化。（D）测量设置的示意图。功能化的Au NW可以通过使用锁定放大器和电流放大器测量阻抗的变化来检测抗原或Abs的结合。（E）阻抗模型的电等效电路，并附有恒相位元件（CPE）解释的插图。CPE是一种简化的电路元件，描述了附着在Au NW表面顶部的不同分子层的等效贡献。

纳米生物传感器表面的功能化：（A）用于检测1-RBD和2-S1 Abs的表面功能化协议，从SAM形成开始，然后是捕获分子的胺耦合和表面阻塞与乙醇胺。（A）用于（B）RBD和（C）S1 Ab作为配体的表面功能化的SPR表征。响应单元（RU）的变化表示分析物与表面绑定，从而绑定事件。（D）使用噪声振幅光谱密度监测S1 Ab分析物与Au NW表面的结合。

阻抗模量（ΔZ）的变化取决于（A）S1 Ab和（B）S1受体结合结构域（RBD）不同分析物浓度的频率。（A）和（B）中的插入说明了相对于分析物浓度的特定频率下ΔZ的趋势。阻抗模型参数Q对（C）S1 Abs和（D）RBD分析物浓度的依赖性。（C）和（D）中的插入显示了基于阻抗模型拟合的例子，这些拟合用于从阻抗光谱的实部和虚部推导出Q值。所有分析物的实验测量都是在磷酸盐缓冲盐水中进行的.

（A）人类血浆中尖刺的S1 fg/mL至1 μg/mL的S1 Abs的相对阻抗传感器响应。插图显示了芯片的布局，表明实验是在上井中进行的。（B）演示血清阴性（阴性对照）和血清阳性COVID-19受试者的信号反应。插图显示了芯片的布局，表明实验是在（A）中使用的相同芯片的下井中进行的。（C）从（A）中提取的100 kHz校准曲线。值相对于空格进行了归一化。虚线和虚线分别显示空白值和相对标准偏差（请参阅支持信息中的临床样本实验部分）。Star表示从拟合线计算的（B）所示受试者S1腹肌浓度的估计值。彩色区域表示可靠性水平（请参阅支持信息中的临床样本实验部分），其中绿色表示可靠性高于蓝色。（D）比较三种不同芯片对P1-P3患者临床样本的检测反应。十字架表明，测试的样本被归类为COVID-19阳性。十字架的颜色表示可靠性水平。

阻抗感应性能的芯片内重现性分析。在环境温度下检测PBS-T介质中100纳克/毫升（A）S1 Ab和（B）RBD时测量的芯片中六个传感器在特定频率下的ΔZ盒式和胡须图。从将阻抗模型拟合到环境温度下PBS-T介质中100纳克/毫升浓度为100纳克/毫升的（C）S1 Ab和（D）RBD阻抗响应的相应剖面上提取的数字指数n值。错误栏指示每个测量点的标准偏差（N = 3）。传感器响应的重现性可以与单个传感器之间n的精确匹配相关。

相关成果以“Impedimetric Nanobiosensor for the Detection of SARS-CoV-2 Antigens and Antibodies”，发表在国际学术期刊“ACS Sensors”上。

文献链接：点击阅读原文

https://doi.org/10.1021/acssensors.2c01686

转自：“NANO学术”微信公众号

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