前列腺癌是全球男性中第二大常见恶性肿瘤，早期筛查对降低死亡率至关重要。侧向流免疫层析试纸条因其操作简单、快速、成本低廉，已成为即时检测的主流技术。然而，传统的金纳米颗粒试纸条通常只能提供定性或半定量结果，其信号对比度低，难以对“灰色地带”的细微浓度变化进行精确分辨。虽然研究人员开发了酶放大、荧光、拉曼散射等策略来提升灵敏度和实现定量，但这些方法要么需要复杂仪器，要么在将多参数检测结果转化为直观、清晰的视觉信号方面面临挑战。

基于色度识别的侧向流免疫试纸条通过颜色的变化进行定量，能提供比传统亮度读取更精细的视觉分辨率。但现有的色度识别系统仍面临三大瓶颈：1）依赖染料掺杂微球或水溶性量子点，导致发射光谱宽、色纯度低，限制了可区分的色阶数量和微小浓度变化的分辨能力；2）在低分析物浓度下，色度变化过于细微，肉眼难以识别；3）难以在单一试纸条上实现针对不同目标、具有不同灵敏度的多种色度变化。因此，开发一种具有高色纯度、可产生明显色阶变化、并能适应不同浓度范围检测需求的新型色度识别平台，对于实现前列腺癌的现场精准诊断具有重要意义。

研究内容

图1.SQA纳米球的合成与表征

SQA是一种在硅球内部负载红色发光CdSe/CdS/ZnS量子点、表面生长金纳米颗粒的复合纳米材料。合成采用逐步法：首先制备具有中心辐射状孔道的树枝状介孔二氧化硅模板，通过巯基-金属配位将疏水性红色量子点封装入孔道内，然后沉积二氧化硅壳进行密封，最后通过静电吸附和原位生长在表面修饰金纳米颗粒。透射电镜、扫描电镜、STEM-EDS元素Mapping和XPS等表征证实了SQA的成功合成，其平均直径约320纳米，内部量子点分布均匀，表面金纳米颗粒负载良好。SQA保持了红色量子点的荧光特性（发射峰625nm）和金纳米颗粒的等离子体吸收特性（最大吸收525nm）。水接触角和X射线衍射分析进一步支持了各合成步骤。

图2.高色纯度参考纳米球的构建与视觉可分辨性验证

光谱分析表明，它们保持了近乎本征的QD发光特性。将gSQS/bSQS与SQA按不同比例混合，其混合溶液的实际颜色与基于CIE1931色度图坐标模拟的颜色高度一致，且相邻颜色间界限清晰。对19名志愿者的视觉评估显示，绿-红系统和蓝-红系统的平均识别准确率分别高达97.65%和96.78%。相比之下，使用商业荧光微球混合的颜色饱和度低，模拟色与实际色差异大，识别准确率仅约50%。

图3.双色响应系统的构建与内在机理研究

与使用固定参考信号的常规比率法不同，该系统在一个阳性检测格式中实现了两种相反的荧光信号变化：SQA的红色荧光增强，而gSQS或bSQS的绿/蓝荧光被淬灭。实验表明，蓝-红系统的色变（从蓝到红）发生在更低的SQA颗粒数量范围，显示出比绿-红系统（从绿到橙红）更高的灵敏度。机制研究表明，供体（gSQS/bSQS）与受体（SQA）在免疫复合物中的距离远大于福斯特共振能量转移或纳米表面能量转移的特征距离，且荧光寿命无显著变化，排除了这两种能量转移机制。因此，荧光衰减更可能归因于SQA纳米球的内滤效应，包括对激发光的竞争性吸收和对发射光的再吸收。

图4.DHLFIA试纸条的构建与检测性能

将偶联了t-PSA或f-PSA检测抗体的SQA探针分别预载于两个试纸条的标记垫，将偶联了t-PSA捕获抗体的gSQS和bSQS分别固定在T1线和T2线。检测时，t-PSA在T1线形成夹心免疫复合物，导致颜色从绿变为橙红；f-PSA在T2线形成复合物，导致颜色从蓝变为粉红。随着抗原浓度增加，T1线和T2线均呈现清晰的颜色梯度变化，特别是t-PSA在4-10ng/mL的“灰色地带”内，颜色从黄绿渐变为橙色，可实现肉眼半定量区分。通过智能手机App提取色相值和RGB值进行定量分析。R/G比值与t-PSA浓度在0-20ng/mL范围内线性良好，检出限为1.04ng/mL；R/B比值与f-PSA浓度在0-10ng/mL范围内线性良好，检出限为0.26ng/mL，灵敏度约为t-PSA的4倍。

图5.临床样本验证与诊断效能评估

试纸条可通过三种方式解读结果：1）视觉判读：直接根据T1线颜色（绿/黄/红）和T2线颜色进行风险分层，简单直观；2）色相值分析：提取T线色相值进行更精细的区分；3）浓度定量：通过R/G和R/B比值计算t-PSA浓度和f-PSA/t-PSA比值，以0.16为截断值进行准确风险分层。结果显示，浓度定量法与化学发光法结果的一致性最高，诊断准确率达到96.7%。

本研究成功设计并构建了一种用于前列腺癌诊断的双色可识别侧向流免疫层析试纸条。该平台的核心创新在于开发了高亮度、高色纯度的SQA（红）、gSQS（绿）、bSQS（蓝）纳米球，并基于内滤效应构建了具有差异化灵敏度的绿-红和蓝-红双比率荧光色变系统。DHLFIA试纸条能够将t-PSA和f-PSA浓度的细微变化转化为肉眼可清晰区分的颜色梯度，特别是实现了对临床关键“灰色地带”（t-PSA:4-10ng/mL）的直接可视化。同时，结合智能手机的色相与RGB分析，可实现对两种抗原的准确定量（检出限分别达1.04ng/mL和0.26ng/mL）及f-PSA/t-PSA比值的计算。临床样本验证显示其诊断准确率高达96.7%，媲美化发光法，但显著提升了检测速度和操作便捷性。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c19650