傳染性呼吸道病毒的季節(jié)性爆發(fā)，會給公共衛(wèi)生保健帶來沉重負擔。因此，開發(fā)快速、準確、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)先事項之一。而水凝膠作為一種制作簡單、成本低廉的材料，在該領域具有很大的應用前景。

為了實現(xiàn)對病毒氣溶膠快速、靈敏的免疫傳感，浙江大學劉清君教授團隊創(chuàng)造性地開發(fā)了一種免疫應答水凝膠調(diào)制諧振(ImmHR)傳感器。該傳感器所用的免疫應答水凝膠，主體為聚丙烯酰胺(AAm)網(wǎng)絡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，驗證了該器件的高靈敏度和準確性，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、準確和通用的平臺。

【無線免疫分析技術的結構和機理】

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)，傳感器將免疫應答水凝膠和一對射頻諧振器耦合在一起，形成在免疫反應時可調(diào)諧的諧振結構，將目標抗原的刺激反應轉化為諧振頻率的變化。此外，競爭性抗原結合進一步導致AuNPs聚集，使得藍色水凝膠逐漸褪色，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)和相應抗體為模型抗原和抗體制備免疫應答水凝膠。由于免疫交聯(lián)的破壞，病毒抗原和AuNPs-Ab之間進一步的競爭性免疫結合引發(fā)了強烈的水凝膠膨脹。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）進行調(diào)制，研究進一步通過中介線圈（IR）來實現(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，計算得到的傳感器檢測限低fg/L乃至亞fg/L，從而實現(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水凝膠構建物理傳感器，從而對呼出氣溫度等參數(shù)進行檢測。

【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。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，例如在進入工作場所的大門等位置進行社區(qū)感染監(jiān)測。

【通過無線免疫分析法進行臨床樣品檢測】

為了評估基于ImmHR的無線免疫測定技術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)計結果進一步證明傳感器對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。與最近報道的快速和敏感免疫測定法的進展相比，基于ImmHR傳感器的無線免疫分析具有快速檢測，靈敏度高，設備配置方便，兼容可穿戴集成等優(yōu)點。

來源：傳感器專家網(wǎng)