《Biosensors and Bioelectronics》：MAAN-eLFA: A Portable Electrical Lateral Flow Assay Enabled by Cooperative MXene@Au–Ag Nanowires Networks for H1N1 Detection
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基于導電納米材料構建的MAAN-eLFA平臺通過整合銀納米線網絡與MXene@Au探針，實現了抗原檢測的電子信號量化輸出，檢測靈敏度達0.124 ng/mL，較傳統膠體金法提升80倍，且與RT-PCR結果高度吻合。
朱仁龍|林坤璐|蘇俊華|熊仁杰|童子金|趙啟龍|王亞杰|肖瑞
北京大學第三醫院臨床實驗室，北京大學，北京100015，中國
摘要
側向流動免疫測定（LFA）是一種快速且低成本的即時檢測技術；然而，傳統的光學讀數方法在定量可靠性方面存在局限性。本文提出了一種結構重新設計的電學LFA平臺（MAAN-eLFA），該平臺具有內置的導電結構，用于定量抗原檢測。與傳統LFA不同，MXene（Ti?C?T?）-金（MXene@Au）納米探針作為信號轉換元件，預先集成在硝酸纖維素膜上，實現了全局電子傳輸。抗原識別會誘導探針在測試線處的積累，激活多個并行的導電路徑，從而產生可測量的電流輸出。這種架構可以使用價格低于10美元的便攜式讀數設備進行直接電學讀數。所得電信號表現出穩定的歐姆行為和優異的濃度依賴性。以H1N1抗原為模型，該檢測方法的檢測限達到0.124 ng/mL，比傳統的膠體金LFA靈敏度高約80倍。該平臺具有良好的重復性（RSD < 8%）、高特異性，并在15個臨床樣本的初步驗證中與RT-PCR結果完全一致。這項工作展示了一種基于網絡工程的低成本電學LFA策略，適用于可擴展的定量即時診斷。
引言
快速準確地檢測傳染病對于臨床診斷和公共衛生防控具有重要意義（Fleming等人，2021年）。由于操作簡便、檢測迅速且成本低廉，側向流動免疫測定（LFA）已被廣泛用于即時檢測和大規模篩查（Mina等人，2020年；Sena-Torralba等人，2022年）。然而，傳統的膠體金LFA主要依賴視覺解讀，無法實現準確定量。近年來，雖然引入了熒光、量子點和SERS等信號檢測方法，但這些方法通常需要復雜且昂貴的光學儀器，限制了其在初級和現場檢測中的應用（Khlebtsov和Khlebtsov，2020年；Parolo等人，2020年；Wood等人，2019年）。
電信號具有易于集成、數字化、成本低廉以及適合便攜式設備讀數的優點（Gao等人，2016年；Liu和Zhao，2020年；Singh等人，2024年）。將電讀數技術引入LFA被認為是實現定量檢測的重要方向。然而，硝酸纖維素（NC）膜的絕緣性質和導電網絡的不連續性導致現有電學LFA通常存在信號穩定性不足和設備間一致性差的問題（Abarintos等人，2025年；Liu等人，2007年）。Ti?C?Tx（MXene）作為一種高導電性的二維材料，具有優異的電子傳輸能力和豐富的表面官能團（Anasori等人，2017年；Ghidiu等人，2014年；Shahzad等人，2016年）。MXene@Au復合結構與金納米顆粒結合后，不僅可以進一步提高導電性，還能為生物分子偶聯提供穩定的界面（Elumalai等人，2020年；Rakhi等人，2016年）。同時，銀納米線（Ag納米線）具有優異的一維導電性和網絡形成能力，有望在NC膜表面形成連續穩定的透明導電網絡，確保電信號的可靠傳輸（De等人，2009年；Guan等人，2024年；Li等人，2019年）。
在本研究中，我們構建了一種基于MXene@Au和銀納米線的電學側向流動檢測方法（MAAN-eLFA），用于H1N1的定量免疫層析檢測。MXene@Au和銀納米線共同形成導電網絡，增強電子傳輸。通過在NC膜上構建連續的銀納米線導電網絡，并使用兼具高導電性和免疫識別能力的MXene@Au作為信號探針，抗原-抗體特異性結合驅動MXene@Au在測試線處的積累。積累的MXene@Au與銀納米線網絡形成多個電接觸點，增加并行導電路徑的數量，降低局部等效電阻，放大電流信號（Hu等人，2004a；Zhang等人，2018年）。樣品加載后，可以在恒定電壓下通過自制的便攜式電流采集設備進行視覺或電學讀數，ΔI/I?作為定量分析指標。我們進一步系統研究了導電網絡在干燥和濕潤條件下的形成行為和歐姆特性，并使用標準抗原和真實臨床樣本驗證了該平臺的檢測性能和可靠性。這項研究為構建低成本、定量且可現場部署的電學免疫層析診斷平臺提供了一種經濟環保的新技術方法。
MAAN-eLFA的設計
如圖1a所示，通過原位將金納米顆粒加載到單層MXene上并對其進行抗體修飾，制備了兼具免疫識別能力和優異導電性的MXene@Au抗體探針。MXene提供了連續的二維電子傳輸框架，而表面的金屬金納米顆粒為生物分子偶聯和界面電子傳輸提供了穩定位點，構成了電信號的基礎
結論
本研究解決了傳統LFA需要光學讀數系統進行定量分析的長期問題，從而導致整體系統成本較高。我們提出了一種基于材料設計的低成本電學LFA平臺（MAAN-eLFA），并以H1N1流感抗原作為模型目標進行了驗證。該平臺利用了合理設計的導電結構：在NC膜上構建了連續的銀納米線網絡，以實現長距離電子傳輸
試劑和儀器
單層MXene（Ti?C?T?）從Xianfeng Nano購買（型號：XFK41-2），銀納米線（直徑約40 nm）也從Xianfeng Nano購買（型號：XFJ160）。還購買了四水合氯金酸（HAuCl?·4H?O）、N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）、N-(3-二甲氨基丙基)-N′-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（EDC）、2-(N-嗎啉基)乙烷磺酸（MES）、11-巰基十一烷酸（MUA）、牛血清白蛋白（BSA）、Tween-20、磷酸鹽緩沖鹽水（PBS，pH 7.4）等試劑CRediT作者貢獻聲明
王亞杰：監督。趙啟龍：方法學研究。肖瑞：監督、資源協調。林坤璐：研究、方法學研究、驗證。蘇俊華：數據分析、數據管理、概念構思。朱仁龍：撰寫初稿、數據可視化、驗證、項目管理、方法學研究、資金申請、數據分析、概念構思。童子金：方法學研究。熊仁杰：方法學研究。
數據可用性聲明
支持本研究結果的數據可在本文的正文和支持信息中找到。如有需要，可向通訊作者索取更多數據。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益沖突或個人關系可能影響本文的研究結果。
致謝
作者感謝首都兒科研究所的醫務人員在臨床樣本收集和驗證方面提供的幫助。
