傳染性呼吸道病毒的季節(jié)性爆發(fā)，會給公共衛(wèi)生保健帶來沉重負(fù)擔(dān)。因此，開發(fā)快速、準(zhǔn)確、低成本的工具來診斷是否感染傳染性呼吸道病毒，一直是疫情防控的優(yōu)先事項(xiàng)之一。而水凝膠作為一種制作簡單、成本低廉的材料，在該領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。

為了實(shí)現(xiàn)對病毒氣溶膠快速、靈敏的免疫傳感，浙江大學(xué)劉清君教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地開發(fā)了一種免疫應(yīng)答水凝膠調(diào)制諧振(ImmHR)傳感器。該傳感器所用的免疫應(yīng)答水凝膠，主體為聚丙烯酰胺(AAm)網(wǎng)絡(luò)和抗體修飾的金納米顆粒(AuNPs-Ab)。作者以SARS-CoV-2、甲型H1N1流感和RSV三種病毒為例，驗(yàn)證了該器件的高靈敏度和準(zhǔn)確性，為傳染性呼吸系統(tǒng)疾病的生物傳感和診斷提供了一個簡單、準(zhǔn)確和通用的平臺。

【無線免疫分析技術(shù)的結(jié)構(gòu)和機(jī)理】

作者研發(fā)的無線免疫分析平臺由ImmHR傳感器和射頻讀出線圈組成。為了檢測來自呼吸道的各種樣本(唾液、氣溶膠等)，傳感器將免疫應(yīng)答水凝膠和一對射頻諧振器耦合在一起，形成在免疫反應(yīng)時可調(diào)諧的諧振結(jié)構(gòu)，將目標(biāo)抗原的刺激反應(yīng)轉(zhuǎn)化為諧振頻率的變化。此外，競爭性抗原結(jié)合進(jìn)一步導(dǎo)致AuNPs聚集，使得藍(lán)色水凝膠逐漸褪色，從而適配于比色測定。

【水凝膠形成及成分優(yōu)化】

作者以SARS-CoV-2核衣殼蛋白(NP)和相應(yīng)抗體為模型抗原和抗體制備免疫應(yīng)答水凝膠。由于免疫交聯(lián)的破壞，病毒抗原和AuNPs-Ab之間進(jìn)一步的競爭性免疫結(jié)合引發(fā)了強(qiáng)烈的水凝膠膨脹。另外，水凝膠對病毒抗原的比色測定，在5~10分鐘內(nèi)就可以測量到明顯的顏色信號。同時，作者使用級霧化器產(chǎn)生<5 μm氣溶膠顆粒，模擬類似于人類自然呼吸產(chǎn)生的氣溶膠顆粒，并根據(jù)測試結(jié)果擬合溶液和氣溶膠兩種環(huán)境的傳感曲線。

【ImmHR傳感器無線氣溶膠探測】

由于水凝膠介電層的厚度可對諧振頻率偏移（ΔFres）進(jìn)行調(diào)制，研究進(jìn)一步通過中介線圈（IR）來實(shí)現(xiàn)傳感器與讀出線圈之間的耦合，從而降低讀出線圈相對位移對結(jié)果的影響。通過擬合傳感器對梯度濃度的病毒抗原蛋白氣溶膠的響應(yīng)，計(jì)算得到的傳感器檢測限低fg/L乃至亞fg/L，從而實(shí)現(xiàn)了超靈敏的病毒氣溶膠檢測。此外，ImmHR傳感器還能兼容溫度響應(yīng)水凝膠構(gòu)建物理傳感器，從而對呼出氣溫度等參數(shù)進(jìn)行檢測。

【可穿戴集成和多路讀出】

ImmHR傳感器具有檢測速度快、靈敏度高、無線和無電池配置等優(yōu)點(diǎn)。因此，微型化和輕量化的ImmHR傳感器陣列可以固定在并聯(lián)的中介線圈上，并粘附在口罩表面，用于可穿戴式氣溶膠檢測。這種可穿戴傳感器的配置與共享探測器(連接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的讀取線圈)無線耦合，可廣泛用于現(xiàn)場免疫診斷，例如在進(jìn)入工作場所的大門等位置進(jìn)行社區(qū)感染監(jiān)測。

【通過無線免疫分析法進(jìn)行臨床樣品檢測】

為了評估基于ImmHR的無線免疫測定技術(shù)用于臨床樣本檢測的可行性，作者收集了40名患者和20名健康志愿者的和唾液樣本。統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)一步證明傳感器對H1N1陽性樣本與陰性樣本產(chǎn)生的信號具有顯著差異，證明了該方法診斷病毒感染的潛力。與最近報(bào)道的快速和敏感免疫測定法的進(jìn)展相比，基于ImmHR傳感器的無線免疫分析具有快速檢測，靈敏度高，設(shè)備配置方便，兼容可穿戴集成等優(yōu)點(diǎn)。

來源：傳感器專家網(wǎng)