《Biosensors and Bioelectronics》：MAAN-eLFA: A Portable Electrical Lateral Flow Assay Enabled by Cooperative MXene@Au–Ag Nanowires Networks for H1N1 Detection
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基于导电纳米材料构建的MAAN-eLFA平台通过整合银纳米线网络与MXene@Au探针，实现了抗原检测的电子信号量化输出，检测灵敏度达0.124 ng/mL，较传统胶体金法提升80倍，且与RT-PCR结果高度吻合。
朱仁龙|林坤璐|苏俊华|熊仁杰|童子金|赵启龙|王亚杰|肖瑞
北京大学第三医院临床实验室，北京大学，北京100015，中国
摘要
侧向流动免疫测定（LFA）是一种快速且低成本的即时检测技术；然而，传统的光学读数方法在定量可靠性方面存在局限性。本文提出了一种结构重新设计的电学LFA平台（MAAN-eLFA），该平台具有内置的导电结构，用于定量抗原检测。与传统LFA不同，MXene（Ti?C?T?）-金（MXene@Au）纳米探针作为信号转换元件，预先集成在硝酸纤维素膜上，实现了全局电子传输。抗原识别会诱导探针在测试线处的积累，激活多个并行的导电路径，从而产生可测量的电流输出。这种架构可以使用价格低于10美元的便携式读数设备进行直接电学读数。所得电信号表现出稳定的欧姆行为和优异的浓度依赖性。以H1N1抗原为模型，该检测方法的检测限达到0.124 ng/mL，比传统的胶体金LFA灵敏度高约80倍。该平台具有良好的重复性（RSD < 8%）、高特异性，并在15个临床样本的初步验证中与RT-PCR结果完全一致。这项工作展示了一种基于网络工程的低成本电学LFA策略，适用于可扩展的定量即时诊断。
引言
快速准确地检测传染病对于临床诊断和公共卫生防控具有重要意义（Fleming等人，2021年）。由于操作简便、检测迅速且成本低廉，侧向流动免疫测定（LFA）已被广泛用于即时检测和大规模筛查（Mina等人，2020年；Sena-Torralba等人，2022年）。然而，传统的胶体金LFA主要依赖视觉解读，无法实现准确定量。近年来，虽然引入了荧光、量子点和SERS等信号检测方法，但这些方法通常需要复杂且昂贵的光学仪器，限制了其在初级和现场检测中的应用（Khlebtsov和Khlebtsov，2020年；Parolo等人，2020年；Wood等人，2019年）。
电信号具有易于集成、数字化、成本低廉以及适合便携式设备读数的优点（Gao等人，2016年；Liu和Zhao，2020年；Singh等人，2024年）。将电读数技术引入LFA被认为是实现定量检测的重要方向。然而，硝酸纤维素（NC）膜的绝缘性质和导电网络的不连续性导致现有电学LFA通常存在信号稳定性不足和设备间一致性差的问题（Abarintos等人，2025年；Liu等人，2007年）。Ti?C?Tx（MXene）作为一种高导电性的二维材料，具有优异的电子传输能力和丰富的表面官能团（Anasori等人，2017年；Ghidiu等人，2014年；Shahzad等人，2016年）。MXene@Au复合结构与金纳米颗粒结合后，不仅可以进一步提高导电性，还能为生物分子偶联提供稳定的界面（Elumalai等人，2020年；Rakhi等人，2016年）。同时，银纳米线（Ag纳米线）具有优异的一维导电性和网络形成能力，有望在NC膜表面形成连续稳定的透明导电网络，确保电信号的可靠传输（De等人，2009年；Guan等人，2024年；Li等人，2019年）。
在本研究中，我们构建了一种基于MXene@Au和银纳米线的电学侧向流动检测方法（MAAN-eLFA），用于H1N1的定量免疫层析检测。MXene@Au和银纳米线共同形成导电网络，增强电子传输。通过在NC膜上构建连续的银纳米线导电网络，并使用兼具高导电性和免疫识别能力的MXene@Au作为信号探针，抗原-抗体特异性结合驱动MXene@Au在测试线处的积累。积累的MXene@Au与银纳米线网络形成多个电接触点，增加并行导电路径的数量，降低局部等效电阻，放大电流信号（Hu等人，2004a；Zhang等人，2018年）。样品加载后，可以在恒定电压下通过自制的便携式电流采集设备进行视觉或电学读数，ΔI/I?作为定量分析指标。我们进一步系统研究了导电网络在干燥和湿润条件下的形成行为和欧姆特性，并使用标准抗原和真实临床样本验证了该平台的检测性能和可靠性。这项研究为构建低成本、定量且可现场部署的电学免疫层析诊断平台提供了一种经济环保的新技术方法。
MAAN-eLFA的设计
如图1a所示，通过原位将金纳米颗粒加载到单层MXene上并对其进行抗体修饰，制备了兼具免疫识别能力和优异导电性的MXene@Au抗体探针。MXene提供了连续的二维电子传输框架，而表面的金属金纳米颗粒为生物分子偶联和界面电子传输提供了稳定位点，构成了电信号的基础
结论
本研究解决了传统LFA需要光学读数系统进行定量分析的长期问题，从而导致整体系统成本较高。我们提出了一种基于材料设计的低成本电学LFA平台（MAAN-eLFA），并以H1N1流感抗原作为模型目标进行了验证。该平台利用了合理设计的导电结构：在NC膜上构建了连续的银纳米线网络，以实现长距离电子传输
试剂和仪器
单层MXene（Ti?C?T?）从Xianfeng Nano购买（型号：XFK41-2），银纳米线（直径约40 nm）也从Xianfeng Nano购买（型号：XFJ160）。还购买了四水合氯金酸（HAuCl?·4H?O）、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）、N-(3-二甲氨基丙基)-N′-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）、2-(N-吗啉基)乙烷磺酸（MES）、11-巯基十一烷酸（MUA）、牛血清白蛋白（BSA）、Tween-20、磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH 7.4）等试剂CRediT作者贡献声明
王亚杰：监督。赵启龙：方法学研究。肖瑞：监督、资源协调。林坤璐：研究、方法学研究、验证。苏俊华：数据分析、数据管理、概念构思。朱仁龙：撰写初稿、数据可视化、验证、项目管理、方法学研究、资金申请、数据分析、概念构思。童子金：方法学研究。熊仁杰：方法学研究。
数据可用性声明
支持本研究结果的数据可在本文的正文和支持信息中找到。如有需要，可向通讯作者索取更多数据。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢首都儿科研究所的医务人员在临床样本收集和验证方面提供的帮助。
