集成多孔微针和纸基免疫层析的贴片传感器，用于新冠病毒的抗体检测
2022-07-09 08:58:50 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
日本东京大学工业科学研究所的科研人员开发了一款集成多孔微针和免疫层析的新型贴片传感器，用于快速检测真皮间质液（ISF）中SARS-CoV-2免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM）抗体。
2019年底出现的一种新型冠状病毒——严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV-2），引起了新冠病毒肺炎（COVID-19）疾病的发生和传播。该疾病的传染率极高，短短3个月内传播到世界各地。2020年3月，世界卫生组织（WHO）宣布COVID-19爆发，并成为全球大流行病。COVID-19在人与人之间迅速传播，其症状包括乏力、咳嗽、发热、呼吸困难、嗅觉和味觉丧失等，更严重的症状表现为呼吸功能不全，可能会危及生命。
据报道，该疾病的无症状感染者比例为16%~38%，这给识别所有SARS-CoV-2的感染者带来了困难。COVID-19疫苗可有效降低感染风险，减少病毒传播。然而，在一些低收入国家，“完全接种”COVID-19疫苗的人口比例仍然不到10%。因此，当前的全球挑战之一是尽快识别有症状和无症状感染者，以防止SARS-CoV-2的潜在传播。
据麦姆斯咨询报道，日本东京大学工业科学研究所的科研人员开发了一款集成多孔微针和免疫层析（porous microneedles and an immunochromatographic assay，PMNIA）的新型贴片传感器，用于快速检测真皮间质液（ISF）中SARS-CoV-2免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM）抗体，这是因为间质液中含有丰富的蛋白质标志物（如抗体）。
这款新冠病毒的抗体检测器件由生物可降解的多孔微针阵列和新型胶体金免疫层析生物传感器组成。最终的器件结构如下图a所示，它可以贴在人体前臂上，前臂汗毛较少，便于微针穿透。此外，多孔微针贴片的柔韧性使其能够很好地适应人体皮肤的曲率，贴合在人体皮肤上。简而言之，通过多孔微针提取的间质液，按照样品垫、结合垫和硝酸纤维素（NC）膜一端的顺序垂直输送到免疫层析生物传感器，然后横向流过整个硝酸纤维素膜条，进而通过比色法检测和观察该间质液是否存在抗SARS-CoV-2的IgM或IgG抗体。
用于COVID-19检测的PMNIA贴片传感器设计
科研人员利用聚乳酸（PLA）制成的生物可降解多孔微针，通过毛细管效应从人体皮肤中提取间质液。提取的间质液被垂直运输并流入贴附的免疫测定生物传感器，通过该传感器可以实时比色检测特定的抗体。3分钟内，在体外可同时检测到抗SARS-CoV-2的IgM或IgG抗体。此外，抗SARS-CoV-2的IgM和IgG的浓度检测限分别低至3 ng/mL和7 ng/mL。这款新型集成多孔微针和免疫层析生物传感器件有望实现微创、简单和快速的抗SARS-CoV-2的IgM或IgG抗体检测。
集成多孔微针和纸基免疫分析的贴片传感器检测SARS-CoV-2的IgM或IgG抗体及其灵敏度
这款新型贴片传感器的创新体现在两个方面。首先，无需采血即可实现SARS-CoV-2的抗体检测，并提出了一种利用乳状液液滴制备生物可降解多孔微针的新方法。由单一乳状液制备的聚乳酸微球，形成连续的微孔，并经过热处理将它们粘合在一起。此外，科研人员发现多孔微针在180°C加热30分钟后，通过毛细管效应和有效的皮肤渗透显示出最佳的样品流体提取效果。其次，科研人员开发了一种新型纸基胶体金免疫测定生物传感器。采样的间质液从多孔微针输送到生物传感平台时，可从样品垫（底层）、结合垫、硝酸纤维素膜（顶层）垂直自主流动，最后通过毛细管作用运输到吸收垫，肉眼观察染色带，3分钟内即可完成抗体检测。
乳状液液滴多孔聚乳酸微针的制备
该项研究中，研究人员开发了一款集成多孔微针和免疫层析生物传感器的新型贴片型COVID-19诊断器件。通过乳状液和热处理优化了制备生物可降解多孔聚乳酸微针的方法——简单而新颖，使其具有良好的吸附能力和足够的机械强度，以刺穿猪和大鼠的背部皮肤。纸基免疫检测结构采用垂直和横向流动设计，实现了从微针阵列到免疫检测生物传感器的连续采样，检测结果肉眼可见。将贴片传感器贴在琼脂糖凝胶上，通过模型皮肤进行体外试验，并在3分钟内观察控制线上的结果。此外，与商用横向流动免疫分析（LFIA）相比，SARS-CoV-2特异性抗体检测的检测限（LOD）显示出更高的灵敏度。我们设想，使用这种新结构的免疫测定法，人们可以无痛、快速地检测出针对SARS-CoV-2的IgM和IgG抗体。此外，该诊断器件的紧凑尺寸对临床医生和患者都有益处，作为其它诊断测试的有效补充方法，具有快速筛查各种传染病的巨大潜力。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41598-022-14725-6
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