纳米科技是过去几十年来世界范围内引起广泛关注的研究领域之一。随着纳米科技应用的增加，特别是在医疗和保健领域，已经使全世界的人民受益。这项技术的兴起促进了用于诊断领域的基于纳米颗粒(NP)的生物传感器的开发。尤其是纸质形式的生物传感器已经进入了人们的日常生活，在纸基生物传感器设备中，最流行的是侧向流免疫层析(LFIA)。LFIA就是通过将不同种类的NP作为标记物，基于免疫标记技术和色谱层析技术的一种新型膜检测技术。NP由于其独特的性质，例如光吸收性，荧光光谱和磁性，可以用作替代标记，同时提高免疫层析技术的灵敏度或检测极限。通过使用基于膜的LFIA，NP与生物分子识别并保持长时间的稳定结合，且不影响两者的特性，完成同时或多次检测。目前研究与应用的热点主要有三种：有色纳米颗粒、发光纳米颗粒、磁性纳米颗粒。

  1. 有色纳米颗粒

  1.1 胶体金纳米颗粒

  胶体金纳米颗粒(Gold Nanoparticles，GNPs)是氯金酸在柠檬酸三钠、柠檬酸三钠一鞣酸混合物或抗坏血酸等还原剂的作用下形成一定大小的金颗粒，由于静电作用而保持胶体的状态。GNPs由于其简单、易于获得等优势是LFIA目前最常用的标记材料。免疫层析时GNP标记物在相应的配体处发生反应而大量聚集，10min左右即可肉眼观察到粉红色或红色的条带，该方法因操作简单、检测快速被广泛用于定性筛选。但是，传统的胶体金免疫层析试纸条的灵敏度相对较低，并且只能满足定性或半定量检测(阴性/阳性)。 此外，视觉观察试纸条上的条带进行结果判读很容易造成人为误判。为了提高试纸条的灵敏度，增强反应信号，研究人员开发出越来越多的基于改造GNPs的信号增强策略(如金纳米花、金铂复合金属纳米材料、表面增强拉曼散射为基础的GNPs、表面修饰银单质的GNPs等)以及基于GNPs的双重信号增强和酶增强策略等。

  1.2 胶体硒纳米颗粒

  胶体硒纳米颗粒(Colloidal Selenium Nanoparticles，SeNPs)是通过抗坏血酸还原H2SeO3制备而成的可以肉眼观察到的锈色颗粒。SeNPs可以很容易在试纸条上产生良好的颜色信号，与胶体金和金银颗粒相比，SeNPs的成本更低，且具有较好的生物相容性，因此可以作为胶体金纳米颗粒的替代标记物。Wang等[1]建立了基于SeNPs的LFIA检测方法，以克仑特罗(CLE)作为目标分析物，对于猪尿样本中CLE的最低检出限(LOD)为3 ng/mL，符合行业标准，且具有与市售CLE检测试剂盒相同的灵敏度，而且该LFIA可以在37 °C下保存60天。但是，由于SeNPs是一种无机纳米粒子，不稳定，容易聚集，导致基于SeNP的LFIA的技术还不够成熟，且发展较慢，因此其应用前景尚无定论。

  1.3 碳纳米颗粒

  碳纳米颗粒(Carbon nanoparticles，CNPs)属于一类有色纳米颗粒标记物，可以通过定性或半定量的方式在视觉上进行检测。CNPs作为标记物具有巨大的潜力，由于其具有良好的化学稳定性，生物相容性和较高对比度，使CNPs作为标记物的检测平台为生物诊断等领域提供了良好的前景。Natpapas等[2]利用碳纳米串作为标记材料开发了检测甲型流感病毒的侧向流免疫层析检测技术，以抗体-抗原-碳纳米标签抗体复合物在测试区域中积累，可以直接可视化分析信号。可以在接种了甲型流感病毒的尿囊液中检测出该病毒，检测限为350 TCID50/mL(即50%组织培养物的感染剂量)，且具有较好的特异性没有发现与其他相关的病毒存在交叉反应。尽管有这些优点，但CNPs在商业LFICS和发表文献中的应用依然有限，这可能是由于CNPs的可用性有待进一步研究。

  1.4 发光纳米颗粒

  1.5 量子点

  量子点(Quantum dots，QDs)是能够产生荧光的半导体纳米晶体材料。具有独特的光学特性，例如量子产率高，摩尔消光系数大，发射波长可调，吸收截面宽和光稳定性强等。QDs优越的光学和电子特性使它们成为生物医学诊断，分子成像和化学分析中有前途的荧光标记物。QDs-LFIA在农业生产和食品安全监测中的应用在不断增加，如玉米中赤霉烯酮的检测和乳制品中的几种抗生素的检测。Ying等[3]开发了一种基于QDs的快速免疫层析检测方法，用于定性和定量检测农业样品中的杀虫剂啶虫脒，结果定性阈值的视觉检测限为1ng/mL，在定量测试中，便携式条带读取器测量荧光强度得到的标准曲线的线性范围为0.098至25ng/mL。研究数据表明，基于QDs的LFIA非常适合需要高灵敏检测的生物标志物及药物残留等方面，且具有克服传统LFIA检测灵敏度不高的巨大潜力，但QDs标记蛋白的技术尚不成熟，在反应过程中的化学性质也不稳定，可能会导致定量分析不准确。因此，一些研究团队开发了一种将QDs掺杂或修饰在纳米珠上的新策略，通过增加每次反应中QDs的数量来获得增强的化学和胶体稳定性从而放大可检测的信号。在及时诊断领域具有较好的应用前景。

  1.6 上转换荧光纳米颗粒

  上转换发光纳米颗粒(Up-converting phosphor nanoparticles，UCPs)是一种具有特殊发光特性的新型荧光材料，可以将低能红外辐射上转换并发射高能可见光，因为UCPs自然情况下不会发生上转换，从而极大地减少了样品自发荧光的干扰。此外，作为无机惰性材料，UCPs可以避免荧光猝灭衰减，与荧光染料和量子点纳米颗粒相比，UCPs具有高化学稳定性，高光稳定性和低细胞毒性。目前，已经开发了UCNP-LFIA测定法检测食源性病原体，细胞因子，疾病相关蛋白和核酸。Zhao等[4]开发了一种基于竞争性上转换荧光粉技术的侧向流测定法，用于快速检测农作物中的黄曲霉毒素B1，检测灵敏度可以达到0.03 ng/mL，其检出限低于我国设定的黄曲霉毒素B1的最大残留量(MRL)。由于背景信号比高和发光寿命长，UCPs是较为理想的荧光标记物。但在小分子污染物检测方面的UCNP-LFIA报道一直较少，可能存在一些技术挑战。

  1.7 荧光染料

  荧光染料作为荧光报告基团在生物成像和分析方面应用广泛，荧光染料同样可以掺入到一些纳米材料中形成荧光微球来进一步提高LFIA方法的灵敏度，例如二氧化硅纳米颗粒、脂质体和聚苯乙烯纳米颗粒，每个颗粒中都会嵌入大量染料分子，从而显著增强信号强度并实现超灵敏检测。Khreich等[5]使用荧光免疫脂质体筛选受污染食品中的葡萄球菌肠毒素B，与传统免疫层析方法相比，灵敏度提高了15倍，检测限约为20 pg/mL，保存6个月后仍没有出现明显的信号衰减。

  1.8 其他荧光纳米颗粒

  荧光信号可以提高LFIA的灵敏度，因为其较传统胶体金和磁性纳米粒子有更好的信号强度。近年来多种荧光纳米材料被开发用于免疫层析检测技术中，成为目前LFIA标记物研究的热点方向之一。除上述荧光纳米材料外，还有一些其他荧光纳米颗粒，例如时间分辨荧光纳米颗粒(镧系元素)、持久发光纳米粒子等，尽管如此基于荧光标记物的LFIA的灵敏度仍然是局限性，难以检测样品中一些痕量目标物。为了降低检出限，今后的研究重点应该集中在以下两个方面：1.提高探针荧光强度的同时降低背景噪声;2.与高灵敏度和高分辨率的信号输出设备结合使用。

  2. 磁性纳米颗粒

  磁性纳米颗粒(Magnetic Nanoparticles，MNPs)是一种具有生物相容性的新型非传统纳米材料， MNPs的表面积/体积比较大，易于聚集和吸附目标分析物。通过用聚乙二醇(PEG)对颗粒表面进行改造可以最大程度增强其生物相容性。Huang等[6]采用多种尺寸和类型的磁铁矿设计MNPs-PEG-mAb偶联物，用于侧向流免疫测定三聚氰胺，结果表明，检测限主要由MNPs-PEG-mAb共轭物的大小决定，磁纳米颗粒越小，检测时间越短，视觉放大效果越显著。使用Fe2O3-PEG-mAb三聚氰胺检出限为0.4 ppm，比Fe3O4-PEG-mAb(2.2 ppm)低近5倍。与传统的光学LFIA相比，磁性LFIA通过读取可以被设备完全捕获的磁信号来实现定量测量，从而提高了LFIA的灵敏度。

  LFIA技术不断发展，新型的标记材料的出现使其从定性分析，半定量向定量检测过渡，从而促进了即时诊断技术的研究和发展。未来随着定量检测的推广和普及，侧向流免疫层析将达到高度敏感的时代。

  参考文献：

  [1] Zhizeng W , Jing J , Yangguang R , et al. Preparation and application of selenium nanoparticles in a lateral flow immunoassay for clenbuterol detection[J]. Materials Letters, 2019,234(1):212-215.

  [2] Suárez-Pantaleón, Celia, Wichers J , Abad-Somovilla A , et al. Development of an immunochromatographic assay based on carbon nanoparticles for the determination of the phytoregulator forchlo rfenuron[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2013, 42:170-176.

  [3] Taranova N A, Berlina A N, Zherdev A V, et al. ‘Traffic light’ immunochromatographic test based on multicolor quantum dots for the simultaneous detection of several antibiotics in milk[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2015, 63:255-261.

  [4] Zhao Y, Liu X, Wang X, et al. Development and evaluation of an up-converting phosphor technology-based lateral flow assay for rapid and quantitative detection of aflatoxin B1 in crops[J]. Talanta, 2016, 161:297-303.

  [5] Khreich N, Lamourette P, Hervé Boutal, et al. Detection of Staphylococcus enterotoxin B using fluorescent immunoliposomes as label for immunochromatographic testing[J]. Analytical Biochemistry, 2008, 377(2):182-188.

  [7] Huang W C, Wu K H, Hung H C, et al. Magnetic nanoparticle-based lateral flow immunochromatographic strip as a reporter for rapid detection of melamine[J]. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2018, 18(10):7190-7196.