水辅助钙钛矿：高稳定性纳米复合材料赋能荧光免疫分析

　　研究背景

　　麦谷蛋白(Gliadin)是小麦的主要过敏原，也是导致乳糜泻的主要原因。它能引发过敏、不耐受和自身免疫反应(如乳糜泻)，对敏感人群有害。因此，精确定量麦谷蛋白对食品标签标注至关重要，以防止对消费者造成伤害。由于麦谷蛋白具有独特的疏水性氨基酸序列，这使得其检测较为复杂。荧光免疫层析因较高的灵敏度成为理想的检测方式，但传统荧光材料存在聚集诱导猝灭现象，限制了其实际应用。铯铅卤化物(CsPbX₃)钙钛矿量子点因其优异的发光性能(如高光致发光量子产率、窄半高宽和可调谐发射光谱)受到关注，但其化学稳定性较差。通过在CsPbX₃表面包覆二氧化硅(SiO₂)层来提高其稳定性，但传统的包覆方法存在涂层不稳定、颗粒聚集和自荧光猝灭的问题。

　　研究思路

　　本研究开发了具有双重保护的CsPbBr₃@MSN@PbBr(OH)(CsM-H)纳米复合材料，以解决钙钛矿的固有不稳定性问题。研究采用原位生长策略，将钙钛矿材料封装在介孔硅纳米模板(MSNs)中(CsM)，通过高温煅烧形成封闭外壳，显著提高了稳定性。然后通过水触发的碱性辅助反应形成PbBr(OH)，有效封堵未密封的介孔，进一步保护钙钛矿纳米晶体(CsM-H)。然后通过功能化引入羧基基团，将抗体偶联到CsM-H纳米复合材料上制备免疫探针，并基于制备的免疫探针开发了一种荧光测流免疫层析方法用于麦谷蛋白的高灵敏度检测。如图1.当目标分析物存在时，样品中的分析物首先特异性结合试纸条共轭垫上的捕获抗体，形成抗原抗体复合物。然后在毛细作用的驱动下，这些复合物向吸收垫迁移。在迁移过程中，复合物与T线上的捕获抗体以及C线上的山羊抗小鼠抗体结合，导致CsM-H在T线和C线上聚集，在365nm波长的紫外线下可以观察到两个视觉上不同的荧光带。

　　图1(A)CsM-H合成过程的示意图;(B)基于CsM-H的FICA试纸条的结构;(C)基于CsM-H的FICA用于醇溶蛋白检测示意图。

　　研究内容及结果

　　（1）CsM-H纳米复合材料的制备与表征（图2）：采用原位合成方法。透射电子显微镜(TEM)显示CsM-H保留了MSNs的规则球形形态，结合高分辨率TEM图像显示的晶格条纹，证实CsPbBr₃纳米晶体成功形成于MSNs的介孔通道内。能量色散光谱(EDS)元素分布图以及X射线衍射(XRD)图谱进一步证实了CsM的构建。比表面积分析表明CsM-H的比表面积从764.15 m²/g显著降低到17.95 m²/g，证明介孔结构在CsPbBr₃纳米晶体生长后坍塌，封装后的纳米晶体被有效保护免受外界环境因素的影响。

　　图2 (A)MSNs的TEM图像;(B)CsM-H纳米复合材料的TEM图像;C)Si、O、Cs、Pb和Br的HAADF-STEM图像和元素映射剖面，标尺：100 nm;(D)MSNs和CsM-H纳米复合材料的N2吸附-解吸曲线;(E)MSNs、CsM和CsM-H纳米复合材料的XRD图谱;(F)CsM和CsM-H纳米复合材料的激发和发射光谱;G)自然光(RL)和365 nm紫外光(UV)下CsM和CsM-H粉末的图像。

　　（2）CsM-H纳米复合材料的性能评估：CsM-H纳米复合材料在510 nm处显示出尖锐的光致发光峰，半高宽仅为29.5 nm，背景干扰小，适合多通道检测应用。CsM-H的发射强度为8307.8.是CsM(1108.6)的7.5倍，量子产率从4.3%提高到74.7%。

　　（3）荧光测流免疫检测的条件优化：通过单因素条件优化，得到捕获抗体浓度为1 mg/mL，CsM-H浓度为1 mg/mL，检测抗体浓度为50 μg/mL，检测时间为12分钟，使用3% PEG20000作为表面活性剂的重悬液时，检测方法表现出最高的信号强度和最大的T/C比值。

　　（4）方法分析性能评估价（图3）：使用相同的检测和捕获单克隆抗体(mAb)制备了基于胶体金的ICA和基于时间分辨荧光的ICA，以评估CsM-H基FICA的灵敏度。随着目标抗原浓度的增加，两种ICA的T线信号强度均增加，表明T线信号值与目标抗原浓度呈正相关。CsM-H基FICA的视觉检测限为20 ng/mL，显著优于胶体金ICA(200 ng/mL)和时间分辨荧光微球ICA(100 ng/mL)。这表明CsM-H基FICA在灵敏度和性能上优于传统方法，定量检测限可达3.62 ng/mL。方法对8种常见过敏原检测结果证明其具有较好的特异性。此外，试纸条在干燥条件下(湿度低于40%)室温储存180天后，测试阳性样本时T线和C线的亮度仍清晰可见，表明亮度随时间无显著变化，加速老化测试表明试纸条的稳定性良好，在室温下可储存至少6个月。

　　图3 CsM-H基FICA检测麦谷蛋白的分析性能。A)CsM-H基FICA、时间分辨FICA和基于胶体金的ICA的图像。B)FICA试纸条的T/C比值与麦谷蛋白浓度的关系，插图显示了低浓度范围内R/G比值的浓度依赖性;(C)CsM-H基FICA检测的特异性(1、2、3、4、5、6、7、8、9和10分别代表200 ng/mL的麦谷蛋白、500 ng/mL的β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、Arah1、牛血清白蛋白、卵清蛋白、阴性样本、酪蛋白、大豆球蛋白和谷蛋白);在(D)室温和(E)45°C下储存CsM-H基FICA试纸条的稳定性;(F)CsM-H基FICA膜的显微照片(右侧)和扫描电子显微镜图像(左侧)，用于阳性样本和阴性样本(P：阳性样本，N：阴性样本)。

　　（5）实际样品应用：牛奶和牛肉加标样本的回收率范围为90.2%-110.0%，变异系数(CV)在3.3%至7.4%之间。总的来说，CsM-H基FICA试纸条的检测结果与商业化ELISA试剂盒的结果具有良好的一致性，证明了开发的FICA方法具有较高的实用性。

　　研究结论

　　本研究通过原位生长和水辅助策略，成功合成了具有MSN(介孔硅纳米模板)和PbBr(OH)双重保护的钙钛矿纳米复合材料。合成的材料具有高光致发光量子产率(PLQY)，均匀的形态和良好的分散性，同时在水中表现出优异的稳定性，适合生物传感应用。基于制备的钙钛矿纳米复合材料开发的荧光免疫分析方法在灵敏度和稳定性方面优于传统方法，并在实际样本检测中表现出良好的准确性和可靠性。该技术为食品安全、环境监测和临床诊断等领域提供了新的解决方案。

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159861