新型快速抗原检测——筛新冠、验妊娠、查心梗全包揽！

作者：Pablo Andres

编辑：Meister Xia

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侧流层析试纸检测（又称LFA、抗原检测）比传统的疾病检测手段速度更快、价格更低廉、且不需要复杂的医学实验室设备。

LFA的结果是定性的，只有阴性和阳性两种，但在一些情境下，算出目标蛋白质含量的具体数值十分必要。

以荧光颗粒代替传统LFA的黄金颗粒作为显色物，能使测试敏感度提高40-50倍，并降低成本。

巴黎综合理工大学的学者正在开发新型LFA，以期实现未来随时随地开展疾病筛查。

学者们还发明了配套的LFA结果光学分析设备，小型又便捷。

自新冠疫情爆发，侧流层析试纸检测（LFA）便走进了人们的日常生活——新冠抗原检测就是一种LFA。LFA的应用范围广，能测出尿液、血液、唾液等体液中任何蛋白质抗原，只要15分钟即可出结果，比耗时数小时的ELISA等传统检测手段更快捷，无需复杂的医学实验室设备，而且成本低廉。

无论是疾病筛查、检测身体状态变化（如验孕）、还是检查食物中的有毒物质，LFA都能发挥用途。然而，LFA也有其局限性——它的结果是定性的，测不出目标蛋白质在体内的含量高低（相比之下，ELISA的结果是定量）。比如，验孕棒只能测出是否怀孕，测不出怀孕第几周。新冠抗原只能测出阳性阴性，看不出病毒载量——在这些情境中，知晓目标蛋白质的含量高低还是很有必要的。

“我们的新型LFA敏感性能比传统LFA高40-50倍。”

LFA的另一个缺陷是敏感性低。若能开发出量化、高敏的LFA，则其应用范围会显著扩大，如更准确地测出妊娠开始的时间，或检测cTnI蛋白含量——该蛋白水平上升，是心梗的前兆。鉴于LFA使用方便，可在救护车里快速完成，有利于心脏病患者的救助。

敏感度提升40倍，抗体用量少120倍！

巴黎综合理工大学光学与生物科学实验室博士后研究员Fanny Mousseau正在研发新型LFA。LFA的基本原理，是目标抗原蛋白和试纸上抗体发生特异性结合。“由于目标抗原尺寸只有十纳米左右，所以试纸上与它结合的抗体必须便于观测，最好是有颜色、尺寸较大的。市面上的试剂盒采用50-100纳米的黄金微颗粒与抗体共轭。所以，我们首先要做的就是寻找一种发光更强、更有利于量化分析的替代颗粒。”

图片来源：PI France

Mousseau课题组成功地找到了替代物——荧光纳米颗粒。“替换后，测试的敏感性上升了，而且结果可量化，更稳定。”对荧光纳米颗粒进一步研究及优化后，课题组成功地减少了颗粒使用量，比黄金少4倍，从而使试纸总抗体用量减少120倍，大幅降低成本。“荧光颗粒抗原测试，最低可辨别的蛋白质浓度比黄金颗粒低5-10倍，而若使用我们专门开发的光学分析仪器读取试纸条，浓度最低值还能再低2-4倍。也就是说，我们的新型LFA敏感性能比传统LFA高40-50倍。”

黄金颗粒测试的结果是定性的，但荧光颗粒的结果则是定量的。Mousseau指出：“测试重复三次结果都相同，即可认为结果可信。由此准确分析体内目标蛋白质的含量，有利于判断、检测疾病的发展阶段。”

二合一多抗原测试

以荧光颗粒LFA为基础，Mousseau课题组还正在研发多抗原LFA——在单份试剂盒中能检测多种蛋白质的LFA。“有些疾病涉及的蛋白质变化不止一种。以内皮细胞特异分子1(ESM1)为例：ESM1作为一种生物标志物，可反映体内炎症水平，它以两种形式存在——原始态和裂解态。对于一些肺病患者而言，若能检测出两种形态在体内的含量，结合具体症状，就能帮助医生制定更合适的治疗方案。”

“在多合一抗原测试中，我们能辨别出三种不同蛋白质的存在，准确率为30%。”

研究还在进展中，现尚未开发出可靠的多重分析技术，不过课题组已发现了问题所在——交叉反应的干扰。“检测两种蛋白质，需要同一试纸条上存在两套检测系统（两种抗体、两种共轭颗粒），这就可能发生交叉反应——一种蛋白跟两套系统都结合，导致结果错乱。”

“现有的多抗原LFA都是定性测试，但今年我开发了创新型校正曲线，可排除交叉反应的干扰，更准确地判断测试结果，现已能辨别出三种不同蛋白质的存在，准确率为30%——这是个好开端。”据Mousseau预计，此技术很快将进入临床试验阶段。

虚拟自动化结果分析

提高LFA敏感度后，下一步工作就是研发能精准分析LFA结果的新型仪器。“我们希望开发出的新型分析仪器能代替验血。新型仪器的处理速度将更快，而且精确性不打折扣，在战乱、欠发达地区等不便验血的地方，或者在转运心梗患者的救护车里等需要快速出结果的场合，都能发挥用途。”

图片来源：PI France

注：Mousseau课题组发明的新型LFA光照分析仪器，使用紫外光激发荧光纳米颗粒。设备上方放置一手机，显示与仪器配合使用的app的界面。

基于此愿景，课题组正在开发一种光照分析设备，照射试纸条上的荧光纳米颗粒，以更高精度分析测试结果。“现有的同类分析仪器体量巨大，不利于测试的便捷化。所以我们发明了一款微小版仪器，跟普通手机差不多大，略微厚些，与一款拍照和图片分析app配合使用。”

“app里包含了分析测试结果的算法。用户只需给试纸条拍照，然后在app界面上点击质控线（表示检查结果真实有效）所在处。算法基于已知的测试线（目标分析物被捕获处）和质控线之间的距离，即可逐像素分析测试线的颜色深浅。”

试纸上目标蛋白质的含量，最终能在app上直接显示。“未来我们希望将操作再进一步简化，方便所有人使用。”

Pablo Andres

Fanny Mousseau

巴黎综合理工大学光学与生物科学实验室博士后研究员

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