HIV感染是全球公共卫生挑战，准确监测HIV病毒载量对疾病管理至关重要。目前常用的病毒载量检测方法，像逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）和数字PCR，虽灵敏度高，但存在设备昂贵、操作复杂、需专业人员及样本易污染等缺点，难以满足资源有限地区即时检测需求。光学生物传感器凭借实时、无标记、低成本和便携优势，为现场快速检测提供可能；其中，光子晶体（PhC）因具有独特的光学特性，如光子带隙，在生物传感领域备受关注。其对周围环境折射率变化敏感，当目标生物分子与固定在光子晶体表面的生物识别元件结合时，会改变光子晶体表面的折射率，进而引起光子带隙移动，通过检测这种光学信号变化，就能实现对目标生物分子的检测。近年来，基于光子晶体的生物传感器在生物医学领域展现出巨大潜力，可用于检测多种生物标志物和病原体。不过，将光子晶体生物传感器用于HIV病毒载量检测的研究仍处于起步阶段，亟需深入探索以提升其检测性能，使其满足临床检测需求。

基于此背景，Saturnin Ombinda-Lemboumba等人设计并评估了一种以抗HIV-gp120抗体功能化的光子晶体光学传感芯片，用于对HIV-1假病毒进行灵敏、快速的定量检测。该检测系统以“光子晶体+抗体+金纳米颗粒”三明治结构为核心，其工作原理可以概括为：将抗HIV-gp120抗体固定在一维（1D）光子晶体表面；当含病毒的样本流过芯片时，病毒表面的gp120蛋白与抗体特异性结合，病毒被捕获并锚定在晶体表面。随后加入已用同一抗体修饰的60 nm金纳米颗粒（AuNPs-Ab）。纳米颗粒通过抗体-病毒-抗体桥接，进一步结合到已被捕获的病毒上，形成“晶体-病毒-纳米颗粒”三明治复合物，该结构可显著放大局部折射率变化信号。用宽带LED垂直照射光子晶体，实时采集透射光谱。病毒及纳米颗粒的加载改变晶体表面有效折射率，引起光子带隙位置（共振波长）向长波方向移动（红移）。通过测量该波长位移量，可线性反推出病毒浓度（图1）。共振波长随病毒浓度降低而呈规律性蓝移，最低可检测浓度为0.99 ×10^-³ TCID₅₀/mL，芯片对病毒载量具有高度灵敏且可定量的响应（图2）。

总的来说，本研究首次将抗HIV-gp120抗体功能化的一维光子晶体与金纳米颗粒信号放大技术联用，构建出无需标记、可在两小时内完成检测的病毒载量现场检测平台，为资源受限地区提供了新的技术路线。其核心创新在于双重设计：一是利用光子带隙位移直接量化病毒，实现无标记检测；二是通过“晶体-病毒-纳米颗粒”三明治结构显著提升检测灵敏度。然而，该平台目前存在三方面局限：仅使用HIV-1假病毒验证，尚未评估临床样本（如血浆）复杂基质的干扰；检测下限仍受芯片本身折射率分辨能力限制；此外，HIV病毒gp120蛋白突变可能导致抗体识别失败，进而产生假阴性结果。后续研究需扩大临床样本类型与病毒突变株测试范围，并优化微流控集成设计以简化操作流程，方能推动该技术真正走向临床与现场应用。

图1  光子晶体生物传感芯片在不同处理及不同浓度HIV-1假病毒作用下的透射光谱。图中涉及到多个实验组，各组共振波长变化如下：i）裸芯片：共振波长645.07 nm。ii）经GPTMS硅烷化：共振峰移至 647.08 nm（+2.01 nm）。iii）固定抗gp120抗体：峰位达649.08 nm（累计+4.01±0.22 nm）。iii）加入未稀释病毒：峰位显著红移至660.47 nm（+15.4±0.57 nm）。iv）依次加入稀释病毒：D1→658.28 nm（+13.21±0.45 nm）；D2→655.08 nm（+10.01±0.30 nm）；D3→653.48 nm（+8.41±0.22 nm）。

图2  HIV-1假病毒浓度与共振波长位移之间的线性关系。随病毒浓度升高，位移呈线性增加（红移），拟合直线R²=0.91，表明芯片可凭波长位移定量病毒载量。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.sbsr.2025.100827