李 強， 徐建新， 郭志前

（1. 上海奧普生物醫(yī)藥股份有限公司, 上海即時檢測醫(yī)學工程技術(shù)研究中心, 上海 200201；2. 華東理工大學化學與分子工程學院, 精細化工研究所, 上海 200237）

聚集誘導發(fā)光（Aggregation-Induced Emission，AIE）材料是近年來新興的熱點研究領(lǐng)域，因其具備獨特的聚集態(tài)發(fā)光性質(zhì)而倍受關(guān)注。傳統(tǒng)發(fā)光材料多受到“濃度猝滅(Aggregation-Caused Quenching,ACQ)”效應(yīng)的制約，其分子在高濃度下表現(xiàn)出明顯的熒光猝滅性質(zhì)；相比之下，AIE 熒光材料在稀溶液中的分子態(tài)下幾乎不發(fā)光，而當其處于分子聚集態(tài)時表現(xiàn)出顯著的熒光增強效應(yīng)[1-3]。AIE 材料具有發(fā)光效率高且光穩(wěn)定性強的特性，因而能在細胞成像及相關(guān)生物成像中應(yīng)用，獲得更好的圖像分辨率，特別是在高濃度態(tài)或聚集態(tài)下，AIE 材料表現(xiàn)出更高的靈敏度，并且能通過化學修飾來實現(xiàn)發(fā)光波長的調(diào)控等[4-6]。AIE 熒光材料的設(shè)計及應(yīng)用等基礎(chǔ)研究得到了廣泛的關(guān)注。

目前，AIE 熒光材料在熒光探針、生物成像、診斷以及治療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[7-8]。AIE 熒光材料應(yīng)用于檢測的生物分子包括氨基酸、糖類、DNA/RNA、蛋白質(zhì)、肽等；應(yīng)用于監(jiān)測的生物過程有蛋白纖維顫動、細胞凋亡、成骨分化、自噬/有絲分裂等；此外，還可應(yīng)用于特定細胞器、細胞、微生物、組織甚至動物的成像等方面[9-12]。

由病原菌和病毒等引起的傳染病感染，通常是指細菌、病毒、真菌、寄生蟲等病原體侵入人體所引起的局部組織和全身性的炎癥反應(yīng)，一直是全球公共衛(wèi)生關(guān)注的重要焦點問題，并且往往伴隨著較高的死亡率[13-14]。如何快速、準確地鑒別細菌或者病毒感染的類型是臨床醫(yī)學診斷中面臨的最大困難和挑戰(zhàn)之一，盡管它們在臨床癥狀表現(xiàn)上缺乏特異性，但在臨床用藥上卻存在顯著的差異。傳統(tǒng)的感染診斷方法包括紅細胞沉降率、病原培養(yǎng)、白細胞計數(shù)和聚合酶鏈反應(yīng)等[15-18]，但這些方法受到檢測時間長、樣品預處理過程復雜、設(shè)備昂貴或技術(shù)人員操作水平低等制約，無法滿足臨床即時檢測POCT（Point-of-Care Testing）的需求，從而無法實現(xiàn)快速、便捷、高效的診斷。

血清淀粉樣蛋白A（Serum Amyloid A，SAA）[19-21]是一種由肝細胞產(chǎn)生后被分泌到血清中的一種急性時相蛋白，當機體發(fā)生感染或損傷時，其濃度可在4～6 h 內(nèi)迅速升高約1 000 倍，當機體抗原清除后則迅速降低回復至正常水平。目前，臨床對于炎癥檢測的研究主要集中在炎性疾病急性反應(yīng)期間的SAA類型[22]，亦有專家學者發(fā)現(xiàn)SAA 異?？梢宰鳛樾鹿诨颊卟“Y診斷的一個重要指標[23]。臨床診斷中SAA具有如下顯著特點：（1）SAA 作為急性時相反應(yīng)蛋白之一，臨床上可用于監(jiān)測急性期反應(yīng)，是反映機體感染情況和炎癥恢復情況的重要靈敏指標之一，已有研究表明在新冠患者中SAA 的變化表現(xiàn)較為明顯；（2）與目前臨床廣泛使用的炎癥指標CRP（C-Reactive Protein）相比較，SAA 的升高見于病毒、支原體感染，且其敏感性高于CRP； CRP 升高多見于細菌感染，但對病毒及支原體等病原體感染因其濃度變化幅度小而敏感性較低[24-25]，因而SAA 與CRP 的聯(lián)合檢測可以互補應(yīng)用，能夠更有效地提高感染性疾病的檢出率。因此，快速、準確地檢測到SAA 的含量，可以為醫(yī)護人員對病患進行有效診斷、評估、監(jiān)控及治療提供更敏感的診斷依據(jù)。

目前體外快速檢測SAA 的方法主要分為金標法、膠乳免疫比濁法、熒光免疫層析法、化學發(fā)光法等[26-28]。熒光檢測技術(shù)[29-30]因其操作簡單、靈敏度高、方便攜帶、可家用等優(yōu)點受到廣泛關(guān)注。本文采用溶脹包埋的方法，制備了基于喹啉腈（QM）[31-32]熒光染料衍生物QM-OH 的AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH（羧基聚苯乙烯），發(fā)展了基于熒光免疫層析的檢測技術(shù)，實現(xiàn)了對臨床樣本中SAA 的定性、定量靈敏檢測，以及對病毒感染患者的體外快速診斷。

1 實驗部分

1.1 主要材料

實驗所用的SAA 標記抗體、涂層抗體均購自莫迪斯公司，SAA 抗原購自上海普欣生物技術(shù)有限公司。過硫酸鉀、苯乙烯、甲基丙烯酸、四氫呋喃(THF)、十二烷基苯磺酸鈉、多聚磷酸鈉、硝酸，N-羥基硫代琥珀酰亞胺（NHS），均為分析純，購自上海泰坦科技股份有限公司；SAA 檢測試劑卡購自上海奧普生物醫(yī)藥股份有限公司。

1.2 測試與表征

核磁共振氫譜和碳譜的測定采用德國Bruker公司的超導傅里葉變換核磁共振波譜儀（Bruker AvanceIII 400 MHz），以四甲基硅烷 (TMS，摩爾分數(shù)0.03%) 為內(nèi)標溶劑測定，并以氘代二甲基亞砜（DMSOd6）為溶劑；質(zhì)譜測試為美國沃特世公司的質(zhì)譜分析儀（Waters LCT Premier XE）；紫外-可見光光譜采用美國安捷倫公司的紫外-可見光吸收光譜儀器（Agilent Cary 60）進行測定。熒光光譜采用日本Horiba 公司熒光光譜儀（Floromax-4 Spectrofluorometer）進行檢測；粒度大小采用Malvern 公司粒徑儀（Zetasizer Nano S90）進行檢測；電導率（G）采用上海雷磁公司的電導率儀（DDS-307A）檢測；試劑卡采用上海奧普生物醫(yī)藥股份有限公司MAYA 免疫熒光定量分析儀（MAYA-500）開展檢測研究。

1.3 實驗方法

1.3.1 喹啉腈衍生物QM-OH 的合成 QM-OH 的具體合成方法參照文獻[31]。

1.3.2 熒光微球QM-OH@PS-COOH 的合成 在500 mL 燒杯中，分別加入十二烷基苯磺酸鈉0.4 g、過硫酸鉀0.25 g 和多聚磷酸鈉0.25 g，然后再加入250 mL 超純水，混合均勻至溶解。將上述溶液倒入500 mL 三頸瓶中（水浴預先加熱到85 ℃），在攪拌（300 r/min）和通氮氣情況下逐滴加入25 mL 苯乙烯，滴加完全30 min 后再逐滴加入甲基丙烯酸溶液1.5 mL，然后在水浴85 ℃加熱攪拌和通氮氣情況下持續(xù)反應(yīng)6 h。當反應(yīng)結(jié)束冷卻后，用布氏漏斗抽濾，得到的濾液即為PS-COOH。在50 mL 圓底燒瓶中，加入四氫呋喃和水的混合溶液約25 mL，再加入PS-COOH 5 mL和QM-OH 50 mg，在60 ℃水浴中溶脹包埋6 h 后，得到AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH。

1.3.3 QM-OH@PS-COOH 微球羧基含量的測定在250 mL 的燒杯中，加入100 mL 超純水，稱取1 g熒光微球QM-OH@PS-COOH 分散于水相中，用NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH 約為10。以0.2 mol/L 的稀硝酸溶液進行滴定，每次滴定加入20 μL 稀硝酸，記錄溶液的電導率變化并作圖計算得到QM-OH@PS-COOH熒光微球上的羧基含量。

1.3.4 QM-OH@PS-COOH 和標記抗體偶聯(lián)儲備液的制備 在10 mL 試管中分別加入超純水1.3 mL、磷酸鹽緩沖液（PBS）1 mL、熒光微球QM-OH@PSCOOH 1 mL、標記抗體1.4 mL，在室溫下混和均勻15 min；然后加入1 mL 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（EDC）溶液（10 mg/mL），室溫下繼續(xù)混勻30 min；接著加入2 mL、0.03 g/mL 的牛血清蛋白（BSA）溶液進行封閉，室溫下繼續(xù)混勻30 min；離心除去上清液，向得到的固體中加入2 mL 熒光恢復液，并將其超聲分散，得到單分散的QM-OH@PS-COOH和標記抗體偶聯(lián)的熒光儲備液。

1.3.5 QM-OH@PS-COOH 和標記抗體偶聯(lián)的熒光儲備液檢測SAA 移取SAA 抗原5 μL 加入到1 mL 1.3.4 節(jié)制備的QM-OH@PS-COOH 和標記抗體偶聯(lián)熒光儲備液中，均勻混合1 min，然后滴加0.3 mL 到試紙卡上，放置1 min 后，再將試紙卡插入MAYA 熒光免疫定量分析儀進行讀數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 QM-OH 的核磁波譜及高分辨質(zhì)譜表征

在100 mL 的圓底燒瓶中，分別加入QM（1.2 g，5.1 mmol）和4-羥基苯甲醛（671 mg，5.5 mmol），同時加入30 mL 乙腈溶解固體，磁力攪拌下滴加1 mL 哌啶，氬氣保護下加熱回流反應(yīng)10 h。反應(yīng)過程中，反應(yīng)液逐漸由黃色變?yōu)槌燃t色。反應(yīng)結(jié)束冷卻至室溫，觀察到有大量的橙紅色固體析出。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮有機相，并利用硅膠柱層析分離得到粗產(chǎn)品（硅膠200～300 目（48～74 μm），展開劑二氯甲烷和甲醇的體積比為20∶1），最終得到橘色固體對羥基喹啉腈（985 mg，2.9 mmol），產(chǎn)率 56.6%。1H-NMR(400 MHz, DMSO-d6,δ): 10.05 (s, 1H, -OH), 8.94 (d,J=8.8 Hz, 1H, phenyl-H), 8.10 (d,J= 9.2 Hz, 1H, phenyl-H), 7.92 (t,J= 7.6 Hz, 1H, phenyl-H), 7.69 (d,J= 8.4 Hz,2H, phenyl-H), 7.61 (t,J= 7.6 Hz, 1H, phenyl-H),7.39～7.29 (m, 2H, alkene-H), 7.02 (s, 1H, quinoline-H),6.87 (d,J= 8.4 Hz, 2H, phenyl-H), 4.56 (q,J= 6.8 Hz,2H, -CH2CH3), 1.40 (t,J= 8.0 Hz, 3H, -CH2CH3)。13CNMR (100 MHz, DMSO-d6,δ): 13.63, 24.63, 26.28,43.71, 46.24, 46.53, 106.42, 115.82, 116.58, 118.07,120.60, 124.85, 125.09, 126.04, 130.04, 133.60, 137.84,140.06, 149.68, 152.05, 159.80。 Mass spectrometry(ESI for [M + Na]+): Calcd. for C22H17N3ONa: 362.126 9;found: 362.126 8。

2.2 QM-OH 的紫外-熒光光譜圖

激發(fā)波長（λex）為440 nm 下QM-OH 在水和THF混合體系中的紫外-熒光光譜圖如圖1 所示。在水和THF 的混合溶液中，QM-OH 的紫外吸收光譜在320～500 nm 之間有一組寬的雙重吸收峰（吸收波長（λabs）為365 nm 和440 nm），隨著混合溶劑中水體積分數(shù)（fw，0～95%）的不斷增加，其雙重吸收峰位置沒有發(fā)生明顯變化，相比之下其熒光光譜隨著fw的增加而顯著增強。當fw處于0～70%時，QM-OH 表現(xiàn)為明顯的熒光淬滅效應(yīng)；當fw＞ 70%時，其在550 nm處的熒光強度表現(xiàn)出顯著的增強，并且伴隨著fw的逐漸增大其熒光不斷增強，當fw= 95%時，熒光強度達到最大值。這些結(jié)果表明分子QM-OH 本身具有明顯的AIE 聚集誘導發(fā)光性質(zhì)。

2.3 AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH 的結(jié)構(gòu)表征和分析

首先由粒徑儀測試得到AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH 的粒徑約為100 nm 左右。然后利用掃描電子顯微鏡（SEM）對熒光微球QM-OH@PS-COOH進行結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果如圖2 所示，該熒光微球呈現(xiàn)出規(guī)則的球狀形貌。在體外診斷試劑中通常采用球形熒光微球作為修飾材料，通過微球表面修飾羧基后與抗體偶聯(lián)達到最佳效果，有利于提升檢測準確性。圖2 插圖是AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH的乳液圖片，通過肉眼可以清晰地觀察到該AIE 熒光微球是亮黃色的，其吸光度變化便于體外診斷過程中的定性判斷。

2.4 AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH 的密度、固含量及羧基含量的測定

圖1 λ ex =440 nm 下QM-OH 在水和THF 混合體系（不同水體積分數(shù)）中的紫外吸收光譜圖（a）和熒光光譜圖（b）Fig. 1 Ultraviolet absorption (a) and fluorescence (b) spectra of QM-OH in H2O/THF mixtures with different volume fractions of water (fw)under λex = 440 nm

圖2 QM-OH@PS-COOH 的TEM 圖（插圖是QM-OH@PS-COOH 的乳液圖片）Fig. 2 TEM image of QM-OH@PS-COOH (Illustrated by emulsion image of QM-OH@PS-COOH)

在干凈的小稱量杯（質(zhì)量3.132 1 g）中，加入1 mL制備的熒光微球QM-OH@PS-COOH，稱量得到兩者總質(zhì)量為4.135 1 g，然后放入70 ℃的烘箱中烘6 h，將水分烘干，稱取質(zhì)量為3.232 9 g。經(jīng)計算，熒光微球QM-OH@PS-COOH 的密度為1.003 g/mL，固含量（質(zhì)量分數(shù)）為10.08%。

根據(jù)文獻[33]，對合成的微球進行電導率滴定，具體操作見1.3.3 節(jié)。溶液的電導率隨著稀硝酸溶液加入體積的不同呈現(xiàn)如圖3 所示的變化。羧基含量（DC）的計算公式如下；

其中：c為滴定稀硝酸的濃度；V為所用稀硝酸的體積；m為滴定中微球的質(zhì)量。

熒光微球的表面羧基密度（PA）計算公式為：

其中：ρ為該批次微球密度；d為微球粒徑。

圖3 中AB 段示出了過量堿滴定時的電導率變化；BC 段示出了對微球上羧基滴定引起的電導率變化；CD 段示出了過量的稀硝酸溶液引起的電導率變化。經(jīng)計算，BC 段所用稀硝酸的物質(zhì)的量為5.6×10-5mol，微球的羧基含量為0.056 meq/g，PA 值為177.3。

2.5 QM-OH@PS-COOH 在熒光免疫層析中對SAA 的檢測

在對AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH 的結(jié)構(gòu)進行表征后，將該AIE 熒光微球用于熒光免疫層析中，對病毒感染中產(chǎn)生的SAA 抗原進行一系列的相關(guān)檢測，其原理如圖4 所示。首先將QM-OH@PSCOOH 與SAA 標記抗體偶聯(lián)，得到熒光標記抗體（熒光液）；然后待測樣本在流動相的作用下先與熒光標記抗體結(jié)合，并在硝酸纖維素(NC)膜的層析作用下到達檢測線再與涂層抗體結(jié)合，形成雙抗夾心的“三明治”型。檢測線處的信號變化采用與設(shè)計配套的熒光儀器進行定量測定，其熒光強度變化與樣品中SAA 質(zhì)量濃度呈正相關(guān)。通過檢測線上的熒光液和質(zhì)控線進一步獲取檢測到的熒光信號，利用檢測儀器放大信號，得到SAA 質(zhì)量的具體數(shù)值，從而實現(xiàn)對病毒感染患者的體外快速診斷。

SAA 更適用于小兒感染性疾病的診斷，是病毒感染早期檢測的靈敏指標。因此，對于病毒感染標志物SAA 來說，高靈敏度的檢測至關(guān)重要。首先，使用AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH 標記的抗體熒光液對SAA 質(zhì)控品進行定標，得到如表1 所示的數(shù)據(jù)。表中數(shù)據(jù)1 和數(shù)據(jù)2 分別是2 次的儀器熒光測試值，當SAA 測試值高于50 mg/L 時，適用于定標的A 線；反之，適用于定標的B 線。對應(yīng)的A、B 定標曲線如圖5 所示，由圖可見，當SAA 質(zhì)量濃度從0 升高到216 mg/L 時，熒光強度與質(zhì)控品中SAA 質(zhì)量濃度呈正相關(guān)，說明AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH 標記的抗體熒光液對SAA 質(zhì)控品進行了有效定標，其中A 線相關(guān)系數(shù)為0.992 1，B 線的相關(guān)系數(shù)為0.984 0，體現(xiàn)了良好的線性關(guān)系。

SAA 是反映感染性疾病早期炎癥的敏感指標，有助于炎癥診斷、評估、監(jiān)控及治療。因此在對SAA 質(zhì)控品進行有效定標后，使用AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH 標記的抗體熒光液對病毒感染的血液樣本進行測試。10 份血液樣本來自上海中醫(yī)藥大學附屬龍華醫(yī)院。所有的測試均在MAYA 熒光免疫定量分析儀和SAA 樣板條上測定，如圖6 所示。將使用AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH 標記的抗體熒光液測試的10 份血液樣本的測試數(shù)值與龍華醫(yī)院的測試數(shù)值進行了對比，結(jié)果如表2 所示。臨床上，當SAA 質(zhì)量濃度低于10 mg/L 時為正常水平；當SAA 質(zhì)量濃度高于10 mg/L 時預示感染；當SAA質(zhì)量濃度高于50 mg/L 時為陽性高值樣本。由表2可知，有4 份陰性樣本和6 份陽性樣本，其中陽性樣本有2 份陽性高值樣本。該AIE 熒光微球標記的體系能夠有效區(qū)分血液樣本中的陰性和陽性樣本，與龍華醫(yī)院測試值一致。同時，該體系測試值與龍華醫(yī)院的測試值偏差在±15%之內(nèi)，符合測試要求。

圖3 QM-OH@PS-COOH 的表面羧基電導率滴定變化圖Fig. 3 Surface carboxyl electric conductivity titration of QMOH@PS-COOH

SAA 樣本條上有質(zhì)控線（C 線）和檢測線（T 線）兩條。檢測合格有效的樣本條必須滿足以下條件：（1）C 線處有顏色和熒光呈現(xiàn)；（2）陰性樣本在T 線處無顏色且無熒光呈現(xiàn)，陽性樣本在T 線處有顏色和熒光呈現(xiàn)。

如圖6(b)所示，在日光下，可以看到SAA 的陰性樣本在樣板條上的T 線處沒有顏色；陽性低值則在T 線處呈現(xiàn)淡黃色；而SAA 的陽性高值樣本在T 線處有較為明顯的黃色。在紫外燈下，如圖6(c)所示，SAA 的陽性高值（115.14 mg/L）樣本在T 線處有較為明顯的黃色熒光；SAA 的陽性低值（23.73 mg/L）樣本在T 線處呈現(xiàn)較弱的黃色熒光；SAA 的陰性樣本則沒有熒光呈現(xiàn)。肉眼可見的判定適用于對SAA 的定性分析。熒光數(shù)值可以通過MAYA 熒光免疫定量分析儀放大處理得到，適用于對SAA 的定量分析。

目前市面上的體外診斷自測試劑（如新冠自測試紙條）主要是膠體金法和彩色微球法，以定性檢測為主，實驗結(jié)果顯示基于AIE 熒光微球的檢測SAA試紙條既可以定性檢測，還能借助MAYA 熒光儀器來定量檢測。該AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH標記的抗體熒光液對SAA 具有良好的檢測效果，在體外診斷領(lǐng)域尤其是自測試劑方面具有一定的潛在應(yīng)用價值。

表1 SAA 質(zhì)控品定標的數(shù)據(jù)Table 1 SAA quality control product calibration data

圖4 喹啉腈AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH 熒光免疫層析檢測SAA 原理示意圖Fig. 4 Schematic diagram of quinoline-malononitrile AIE fluorescent microsphere QM-OH@PS-COOH for SAA detection in fluorescent immunochromatography

3 結(jié) 論

選取AIE 熒光染料QM-OH，通過簡單的溶脹包埋方法，得到了能夠用于熒光免疫層析的AIE 熒光微球QM-OH@PS-COOH。該AIE 熒光微球大小均一、形狀規(guī)整，其密度、固含量、羧基含量等與市售熒光微球基本一致，同時與SAA 抗體具有優(yōu)異的偶聯(lián)效果，且穩(wěn)定性好。該AIE熒光微球QM-OH@PSCOOH 作為熒光免疫層析中的主要載體，能夠有效區(qū)分臨床樣本中SAA 的陰性和陽性樣本，不僅可以肉眼定性判斷，還可以對SAA 定量分析得到準確數(shù)值，具有潛在的應(yīng)用價值。

表2 本文和龍華醫(yī)院臨床測試樣本SAA 測值比較Table 2 Comparation of SAA value between this study and Longhua Hospital

圖5 SAA 質(zhì)控品定標的曲線Fig. 5 Calibration curve of SAA quality control product

圖6 MAYA 熒光免疫定量分析儀（a）；日光燈下陰性、陽性低值、陽性高值樣本的檢測條（b）；熒光燈下陰性、陽性低值、陽性高值樣本的檢測條（c）Fig. 6 MAYA fluorescence immunoquantitative analyzer(a); Test strips for negative, low positive and high positive samples under daylight lamps(b); Test strips for negative, low positive and high positive samples under fluorescent lamps(c)