智能手机赋能表面等离子体ELISA实现超灵敏肌红蛋白床旁检测

摘要

急性心肌梗死(AMI)后1-2 h血清肌红蛋白升高，是关键早期生物标志物。本文提出一种等离子体免疫分析，利用酶介导的金纳米棒(AuNRs)局域表面等离子共振(LSPR)变化定量肌红蛋白，线性范围0.1-1000 ng mL⁻¹，检测限(LOD)0.057 ng mL⁻¹。创新读取装置基于智能手机环境光传感器(ALS)与3D打印配件，将LSPR位移转化为简易低成本读数(~$2)，适用资源受限场景。该法测得的肌红蛋白浓度与常规ELISA强相关，验证其用于快速AMI分诊的临床相关性。

引言

AMI是全球主要死因之一，美国年150万、中国年50万病例。早期检测依赖快速升高的生物标志物；血清肌红蛋白梗死后6-9 h达峰，1-2 h即可检出[3-5]。常规ELISA虽可靠但需实验室设施和专业人员，限制床旁检测(POC)应用。

等离子体免疫分析结合ELISA特异性与金属纳米结构光学放大，实现肉眼读数与高灵敏度。金纳米棒可调LSPR在生物传感信号转换中极具吸引力。但定量解读传统需分光计或酶标仪，限制现场部署。本文开发基于AuNR的等离子体ELISA检测肌红蛋白，配合智能手机驱动读取器利用手机ALS捕获透射光强度，提供便携廉价诊断工具。

材料与方法

材料

人肌红蛋白(Abcam, UK)、抗肌红蛋白单克隆抗体(mAb1, mAb2, 自产)、金纳米棒(AuNRs)、葡萄糖氧化酶(GOx)、辣根过氧化物酶(HRP)等试剂购自常规供应商。血清样本采自广州华侨医院。

仪器

LSPR光谱用Synergy H1酶标仪记录；ELISA吸光度在450 nm用MK3酶标仪测定。AuNRs经PHILIPS TECNAI-10 TEM表征。智能手机读取器组装于3D打印底座(部件1: 100×40×40 mm, 部件2: 76×13×12 mm)，两节1.5 V电池供电。850 nm LED对准ALS，通过Light Meter App(Android, 兼容iOS)实现透射光测量。

AuNRs合成

种子介发生长法制备AuNRs，通过AgNO₃和CTAB浓度调节长径比。终制棒经12 h搅拌孵育后使用。

等离子体免疫分析流程

96孔板包被mAb1过夜，BSA封闭，-20 °C保存。含不同浓度肌红蛋白的孔加入GOx标记mAb2(GOx-Ab2)，随后加葡萄糖、AuNRs、HRP和CTAB。mAb2上GOx催化葡萄糖生成葡萄糖酸和H₂O₂。H₂O₂在HRP和Br⁻存在下蚀刻AuNRs，致LSPR峰蓝移、850 nm吸光度下降，幅度与肌红蛋白量成正比。智能手机读取器记录透射光强度生成标准曲线。血清样本十倍稀释后同法处理。

数据分析

Origin 9.0线性回归；所有实验三重复保证重现性。

结果与讨论

分析原理

mAb2上GOx催化葡萄糖生成葡萄糖酸和H₂O₂。H₂O₂经HRP和Br⁻蚀刻AuNRs，LSPR峰蓝移、850 nm吸光度降低。位移程度或强度损失直接反映肌红蛋白浓度。

优化

最优HRP 1.5 µM、CTAB 6.25 µM最大化LSPR位移。100 µM H₂O₂蚀刻30 min信号稳定。更高H₂O₂导致明显蓝移且形貌从长方变椭圆，证实蚀刻机制。

智能手机读取器性能

ALS读取器测850 nm透射光强度与商用酶标仪差异<1%，相关性99.1%(R²=0.991)。配件总成本约$2。

分析灵敏度

LSPR位移法定量范围0.1-1000 ng mL⁻¹，LOD 57.8 pg mL⁻¹。智能手机读取线性范围相同，LOD 64.1 pg mL⁻¹。临床血清测量与ELISA强一致(R²=0.98)，验证诊断潜力。

与ELISA对比

传统ELISA线性范围25-1000 ng mL⁻¹，LOD 22.7 ng mL⁻¹。等离子体分析LOD低~400倍、动态范围更宽，更适合早期AMI检测。

结论

本文演示金纳米棒等离子体ELISA以空前灵敏度(LOD=0.057 ng mL⁻¹)检测血清肌红蛋白，配合简易智能手机读取器。平台规避复杂仪器，为资源受限环境下AMI床旁诊断提供可行低成本方案。

缩写

• Ab1: 抗肌红蛋白抗体
• Ab2: 抗肌红蛋白抗体2
• ALS: 环境光传感器
• AMI: 急性心肌梗死
• AuNRs: 金纳米棒
• ELISA: 酶联免疫吸附测定
• GOx: 葡萄糖氧化酶
• HRP: 辣根过氧化物酶
• H₂O₂: 过氧化氢
• LSPR: 局域表面等离子共振
• Myo: 血清肌红蛋白
• POCT: 床旁检测