1、研究背景

痕量待测物的超灵敏、快速定量分析对于食品安全监管、环境监控以及医疗诊断具有重要意义。基于抗原抗体特异性识别的免疫分析方法因其具有特异、准确、灵敏等优势在低浓度待测物的检测中发挥着重要作用。传统免疫学分析方法检测待测物主要涉及特异性的分子识别、待测物与捕获分子的结合以及可检测分子识别事件的信号转导。因此，理论上实现高效的分子识别和高灵敏的信号转导是构建高性能免疫学分析方法的关键所在。然而，由于受限于纳/微信号探针的尺寸效应和反应动力学，传统基于纳/微信号探针的分子识别与信号增敏之间存在相互制约的瓶颈，导致现有免疫学检测方法的灵敏度受到限制。因此，如何规避二者之间的矛盾是进一步提升免疫学分析方法检测灵敏度所面临的主要挑战。

2、研究背景

近日，南昌大学春华秋实课题组熊勇华和黄小林研究员团队首次提出了基于“识别和信号时空分离”的免疫学检测新思路，通过使用M13噬菌体辅助免疫识别和信号输出时空分离，结合原位金生长策略成功构建了超灵敏光散射免疫分析新方法。具体而言，通过噬菌体展示技术在M13噬菌体pIII蛋白上表达纳米抗体或模拟表位以实现待测物的特异性识别，进一步借助生物素-链霉亲和素体系实现M13噬菌体对链霉亲和素化金纳米粒子的高效负载，然后结合原位金生长策略实现金纳米粒子光散射信号的可控增敏和输出。得益于M13噬菌体介导的杠杆效应和金生长的协同作用以及信号增敏和免疫识别的时空分离，本研究所构建的光散射免疫新方法可在50 min内实现痕量待测物的超灵敏快速定量检测，检出限低至fM水平，其检测灵敏度较传统噬菌体ELISA提高了约4个数量级。以赭曲霉毒素A（OTA）和甲胎蛋白（AFP）作为模式分析物，证实了本研究方法的可行性和实用性。总之，本研究所提出的M13噬菌体介导的杠杆效应协同原位金生长增敏的光散射信号免疫传感策略，为痕量待测物的超灵敏定量检测开辟了新的方向。

图1 基于M13噬菌体辅助识别和信号时空分离的光散射免疫分析策略

图2 M13噬菌体介导的杠杆效应

图3 原位金生长策略增敏胶体金光散射信号输出

图4 基于竞争型M13噬菌体辅助识别和信号时空分离光散射免疫检测玉米中OTA

图5 基于双抗体夹心型M13噬菌体辅助识别和信号时空分离光散射免疫测定血清中AFP

图6 生物素-链霉亲和素级联增敏竞争型M13噬菌体光散射免疫测定SARS-CoV-2 S蛋白

3、工作的亮点、新颖性和意义

本研究提出了一种基于M13噬菌体辅助识别和信号时空分离的通用型传感新策略，以实现待测物的超灵敏、快速光散射免疫检测。该免疫分析方法将M13噬菌体展示技术与原位金生长策略相结合，实现了靶标分子结合事件的光散射信号高效转导和转化。通过结合传统竞争和夹心免疫分析模式，本研究方法在食品安全检测和临床诊断领域展现了通用性和实际应用潜能。更重要的是，该方法可在50min内实现fM水平痕量待测物的超灵敏快速定量检测，其灵敏度和检测时间均较传统ELISA明显改善。此外通过整合生物素-链霉亲和素级联信号增敏体系，该方法的检出限进一步降低至aM水平。总之，本研究为使用M13噬菌体介导的杠杆效应协同原位金生长增敏光散射信号转导实现待测物的超灵敏定量提供了新思路。