荧光碳点纳米球的制备及在免疫层析试纸条中的应用文献综述

 2023-08-03 11:08

免疫层析技术是将膜层析技术与免疫标记相结合的检测技术。作为快速诊断试剂，因其操作简便、检测时间短、成本低廉、适用于现场检测等优点，在生物医学、食品安全、农药残留、环境污染物检测中已得到广泛应用。

金纳米粒子标记的免疫层析试纸条已被广泛使用并商业化。 但是金纳米颗粒固有的低信噪比限制了其较低的检测限。迄今为止，研究人员进一步开发了使用磁性材料，碳材料，荧光量子点(QD)，上转换磷光体，和有机荧光染料作为信号材料的侧向流动测试条，以改善灵敏度。其中，把荧光量子点集成到纳米球中制备荧光纳米球，其起到信号放大的作用将进一步提高灵敏度。 此外，与传统的半导体量子点相比，荧光纳米球具有良好的生物相容性，在复杂基质中的高稳定性以及操作方便。通过调节加载的QD的类型和数量，可以获得具有不同荧光信号的编码球体，以进行高通量同时分析。不同的构造方法总是有各种限制。构造方法应同步遵循几个设计标准：模板中的QD分布均匀且受到良好保护，可最大程度地增强荧光信号，尺寸统一，重复性好，胶体稳定性高，表面方便衍生。

碳材料作为测试条的信号报告物的大多数研究主要包括碳胶体和碳纳米管，它们可以以肉眼观察测试结果。它们比金颗粒更为敏感，稳定和环保。荧光碳点(CD)是QD的一员，并且是碳族中一类新的零维纳米材料。与常规半导体QD相比，荧光CD在化学惰性，光稳定性，低细胞毒性和生物相容性方面具有优势。同样，作为荧光碳点纳米球试纸条信号物的灵敏度应高于荧光CD作为试纸条信号物的灵敏度。使用基于荧光碳点纳米球作为免疫层析试纸条信号物的报道甚少。

  1. 选题背景和意义：
  2. 课题关键问题及难点：

关键问题：在SiO2球中原位合成碳点制备的荧光碳点纳米球的荧光性能高、稳定性好、大小均匀。

难点：在于信号物与抗体偶联的缀合物在免疫层析上存在假阳性的现象。还有碳源的选择及实验条件的控制以获得更高的量子效率，此外还存在如何将荧光碳点纳米球的表面接上基团与检测抗体偶联的问题。

  1. 文献综述（或调研报告）：

免疫层析技术(immunochromatographic test strip，ICTS)是将膜层析技术与免疫标记相结合的检测技术。作为快速诊断试剂，因其操作简便、检测时间短、成本低廉、适用于现场检测（Point-of-care test, POCT）等优点，在生物医学、食品安全、农药残留、环境污染物检测中已得到广泛应用。免疫层析中常常引入标记材料，如胶体金、彩色乳胶、上转换颗粒等，以可视化检测区抗原抗体反应。新型发光材料量子点(Quantum dots)更是因为其优异的光学特性在免疫生物学和临床检验学等研究中显示出极大的应用价值。以检测CEA为例，用量子点取代胶体金颗粒作为信号标记物，与待测肿瘤标志物相应抗体偶联后喷涂于结合垫上，该肿标志物的另一位点抗体以及二抗包被于NC膜上，分别形成T带和C带；通过将样品垫、结合垫、反应膜、吸水垫按一定顺序组装制成免疫层析试纸条。Wu等[1]开发的量子点免疫层析试纸条可实现在25 min内完成CEA检测，检测限可达0.72 ng/mL，耗样量仅需40 mu;L。

把荧光量子点集成到纳米球中制备荧光纳米球，其起到信号放大的作用将进一步提高灵敏度。Hu等[2]将量子点纳米球应用于血液样品中CRP的免疫层析检测，检测灵敏度较传统胶体金免疫层析试纸条提高257倍，检测限为27.8 pM。Huang等人[3]制备了含有均一且紧凑的QD的新型硅胶结构，用树枝状二氧化硅作为吸附基质、有机二氧化硅作为中间层和致密的硅胶作为外壳，用于保护和功能化制成。在与抗体共价连接后，该免疫荧光球被应用于侧流条带平台上的超灵敏定量CRP蛋白检测。

荧光碳点(CD)是QD的一员，并且是碳族中一类新的零维纳米材料。与常规半导体QD相比，荧光CD在化学惰性，光稳定性，低细胞毒性和生物相容性方面具有优势。同样，作为测试条信号的荧光碳点纳米球的灵敏度应高于作为测试条信号的荧光CD的灵敏度。Xu等人[4]以硅烷化碳点与正硅酸四乙酯共水解制备的荧光碳点纳米球为免疫层析试纸条的信号物，应用于SFTSV的检测，检测限为10pg/mL，比传统的金胶免疫层析试纸条[5]高两个数量级。

  1. Zhu Y, Lin W H, Zhang W, et al. Chinese Chemical Letters, 2017, 28 (09): 1881-1884.
  2. Hu J, Zhang Z L, Wen C Y, et al. Hu J, et al. Anal Chem , 2016, 88 (12):6577-6584,
  3. Huang L, Liao T, Wang J, et al. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1705380
  4. Xu L D, Zhang Q, Ding S N, et al. ACS Omega, 2019, DOI: 10.1021/acsomega.9b03130
  5. Zuo J Y , Jiao Y J , Zhu J, et al. ACS Omega, 2018, 3 (11): 15399-15406
  1. 方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证：

在充分了解硅烷化碳点的形成机理的基础上，首先将SiO2氨基化，利用氨基在SiO2上长出荧光碳点以制备荧光碳点纳米球。示意图如下图所示。

Figure. Schematic illustration for the synthetic procedures of silica spheres with CDs grown.

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