《Biosensors and Bioelectronics》：Gold Nanocluster-Embedded Nanoparticle with Aggregation-Induced Near-Infrared Emission for Early Ultrasensitive Lateral Flow Immunoassay of Cardiac Troponin T
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急性心肌梗死早期诊断依赖高灵敏度cTnT检测，本研究开发AIE金纳米团簇（Au NCs）与聚丙烯酰胺（PAH）组装的PAAN作为荧光探针，结合便携式近红外荧光读取器，构建侧流荧光免疫层析法（LFA），灵敏度达7 pg/mL，较传统金胶体LFA提升2个数量级，检测时间提前至症状出现前3小时，优于商业ELISA的10小时阈值。
蔡晓莉|高杰|舒泽轩|罗阳星|宋阳
中国武汉科技大学医学院公共卫生学院，湖北省职业危害识别与控制重点实验室，营养与健康学院，武汉430065
摘要
急性心肌梗死（AMI）是临床中最严重的心血管疾病之一，对全球公共卫生构成重大威胁。作为AMI诊断的金标准生物标志物，准确及时地检测心肌肌钙蛋白T（cTnT）至关重要。在本研究中，我们开发了一种基于荧光和侧向流动分析（LFA）的新方法，该方法利用聚集诱导发射（AIE）效应的金纳米簇（Au NCs）来实现对cTnT的超灵敏检测。将阳离子聚合物聚（烯丙胺盐酸盐，PAH）与Au NCs结合，制备出PAH-Au NCs纳米颗粒（PAAN）。由于聚合物与稳定Au NCs的表面配体之间的静电相互作用，PAAN表现出pH依赖性的膨胀特性，并通过AIE效应增强了荧光强度。此外，还设计了一种便携式近红外读数器用于定量信号检测。使用与抗cTnT单克隆抗体结合的PAAN作为荧光探针，该LFA对cTnT的检测灵敏度达到7 pg/mL，显著优于传统的基于金胶体的LFA（1.17 ng/mL）。值得注意的是，基于PAAN的LFA能够在症状出现后3小时内检测到cTnT，而商业ELISA测试通常需要在症状出现后10小时才能检测到。这种成本低廉、用户友好且便携的平台满足了即时检测的需求，在AMI早期诊断中具有巨大潜力。
引言
心血管疾病（CVD）由于发病突然且死亡率较高，对全球公共卫生构成了严重威胁（Khan和Greenland，2020；Ramlakhan等人，2020）。其中，急性心肌梗死（AMI）是最严重的临床表现之一（Jabbar等人，2017；Porsch和Binder，2024）。AMI主要是由冠状动脉粥样硬化斑块的不稳定性和随后的破裂引起的，导致血栓形成和心肌缺血持续时间延长，最终导致不可逆的坏死。早期诊断至关重要，因为AMI的管理对时间非常敏感，早期干预可以显著改善预后（Welt等人，2024；Udell等人，2025）。心肌肌钙蛋白T（cTnT）被广泛认为是AMI的金标准生物标志物。心肌损伤后，cTnT会迅速释放到血液中，血清水平在几小时内上升，并在梗死早期达到峰值（Jing等人，2021；Zou等人，2021；Ulloa-Gomez等人，2023）。因此，开发快速且高灵敏度的cTnT检测方法对于促进及时诊断和改善AMI患者的临床结果至关重要。
cTnT的早期诊断需要高灵敏度的可靠检测技术。已经开发了多种cTnT检测方法，包括比色法（Ulloa-Gomez等人，2023）、微流控技术（Campu等人，2024）、荧光免疫测定法（Miao等人，2019；Kim等人，2024；Shkhair等人，2025）和拉曼散射（Zhao等人，2023）。然而，这些技术往往劳动强度大且成本高昂，限制了其在即时检测中的应用。相比之下，侧向流动分析（LFA）因其快速检测、成本效益高、易于使用和便携性而在临床和即时检测中受到越来越多的关注（Kim等人，2022；Win等人，2022；Zhang等人，2022）。如今，LFA已广泛应用于疾病诊断（Fairooz等人，2023；Li等人，2025）、食品安全（Cao等人，2025；Dong等人，2025）和环境监测（Nguyen等人，2020；Kang等人，2022）。著名的例子包括用于HIV抗体、黄曲霉毒素和冠状病毒抗体的商业试纸条（Loynachan等人，2018；Chen等人，2021；Liang等人，2022；Mao等人，2022）。传统的LFA通常使用胶体金纳米颗粒（AuNPs）作为检测探针，但由于其消光系数较低，分析灵敏度相对较低（Chen等人，2021；Chen等人，2024；Huang等人，2025）。在临床实践中，人类血清中cTnT水平低于0.05 ng/mL被认为是正常的，而高于0.1 ng/mL则被认为是AMI阳性（Pedrero等人，2014）。这些较低的诊断阈值对分析灵敏度提出了严格要求，特别是对于早期心脏生物标志物的筛查。关于智能材料和纳米工程诊断系统的最新研究表明，提高生物传感器的灵敏度在很大程度上依赖于合理的材料设计，包括信号放大、表面修饰以及仿生结构设计和功能集成（Azad和Chandra，2025；Mahato等人，2018；Prasad等人，2016）。因此，已经开发了各种高性能探针，如荧光染料（Deng等人，2024；Chen等人，2025）、量子点（Wang等人，2023；Wang等人，2024）和上转换纳米材料（Hu等人，2023）来放大检测信号。其中，金纳米簇（Au NCs）是一类超小型纳米材料（< 2 nm），具有类似分子的电子结构、内在荧光和优异的光稳定性，非常适合用于构建检测探针。与传统AuNPs不同，AuNCs的光散射最小，并且能够发射近红外（NIR）区域的信号，此时生物自荧光和光学吸收显著降低。这些特性使AuNCs成为高灵敏度LFA的理想信号报告剂（Zhang等人，2022；Yang等人，2024）。此外，通过与聚合物结合并限制配体运动和激活聚集诱导发射（AIE），可以进一步增强其NIR荧光，从而实现高LFA性能（Zhang等人，2025；Ren等人，2025）。然而，具有AIE近红外发射的Au NCs在LFA中用于cTnT检测的应用仍然较少。
此外，为了在复杂条件下通过早期cTnT检测有效预防心力衰竭，LFA必须保持用户友好性（Liu等人，2021）。最近在表面工程生物传感平台方面的进展表明，包括纸质传感器、纳米材料设备和可穿戴设备在内的各种微型化平台对于实现便携式检测至关重要（Ranjan Srivastava等人，2023）。此外，基于荧光的LFA平台由于信号转导效率高和系统集成方便，已成为一种高灵敏度和便携性的关键即时检测技术（Song等人，2023；Sun等人，2023；Ozufuklar等人，2025）。因此，微型化设备与基于荧光的LFA的结合为敏感的cTnT检测和AMI的临床诊断带来了令人兴奋的前景。
在这项工作中，我们开发了一种基于AIE Au NCs的NIR发射侧向流动免疫测定法，用于高灵敏度cTnT检测，能够在症状出现之前进行诊断（图1）。为了减少硝酸纤维素膜和生物样本中的自荧光干扰，使用了具有NIR发射的AIE Au NCs作为荧光标记。为了增强荧光标记信号，将阳离子聚合物聚（烯丙胺盐酸盐，PAH）添加到Au NCs中，制备出PAH-Au NCs纳米颗粒（PAAN）。带正电的PAAN纳米颗粒表现出pH依赖性的膨胀行为和荧光增强，这是由于PAH与稳定Au NCs的表面配体之间的静电相互作用。还开发了一种便携式NIR荧光读数器，以实现信号的定量测量。使用与抗cTnT单克隆抗体结合的PAAN作为荧光探针，该LFA对cTnT的检测限达到7 pg/mL，优于传统的基于AuNP的LFA（1.17 ng/mL）。值得注意的是，所提出的LFA平台能够在症状出现后3小时内检测到cTnT，而商业ELISA测试通常需要症状出现后10小时才能检测到。这种成本低廉、用户友好且便携的传感系统满足了即时检测的需求，在急性心肌梗死的早期检测中显示出巨大潜力。
机制
本研究提出了一种PAAN试纸条与基于智能手机的NIR读数器之间的耦合方案，实现了非放大的、超灵敏且成本效益高的cTnT检测（图1）。PAAN成功合成并首次用于LFA，取代了AuNPs作为信号探针，因为其产生热量的能力更强，从而提高了灵敏度。在这种设计中，抗cTnT单克隆抗体被加载到硝酸纤维素膜上作为测试线。然后，PAAN与抗cTnT单克隆抗体结合
结论
总之，我们开发了一种基于Au NCs的AIE的NIR发射LFA，用于检测cTnT。Au NCs的NIR发射有效减少了来自硝酸纤维素膜和生物基质的自荧光干扰，从而提高了检测灵敏度和可靠性。所提出的LFA对cTnT的检测范围广（0-60 pg/mL），检测限为7 pg/mL。此外，基于PAAN的试纸条对cTnT表现出优异的选择性和稳定性。
CRediT作者贡献声明
舒泽轩：软件。
罗阳星：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源管理、概念构思。
蔡晓莉：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、方法学设计、数据分析。
高杰：撰写 – 审稿与编辑、软件使用、数据分析。
宋阳：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调。
未引用参考文献
Azad, 2025; Chen等人，2021; Srivastava等人，2023; Wei等人，2022; Zhang等人，2022.
利益冲突声明
作者声明他们与本工作无任何利益冲突。
致谢
作者衷心感谢“十四五”湖北省优势特色学科（团队）项目武汉科技大学（项目编号：2023C0301）的财政支持。
