多色彩可视化半定量检测方法用于COVID-19患者治疗过程中抗体浓度变化的快速监测

doi:10.7503/cjcu20210363

高等学校化学学报 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (11): 3509.doi: 10.7503/cjcu20210363

多色彩可视化半定量检测方法用于COVID-19患者治疗过程中抗体浓度变化的快速监测

陈仲辉¹, 李金秋¹, 林伟¹, 俞柳敏¹, 涂海健¹, 陈宇¹, 蔡宗苇³, 林振宇²

^1.莆田学院附属医院, 莆田 351100
^2.食品安全与生物分析教育部重点实验室, 福州大学化学学院, 福州 350116
^3.香港浸会大学环境与生物分析国家重点实验室, 香港 999077

收稿日期:2021-05-26 出版日期:2021-11-10 发布日期:2021-11-10
基金资助:
国家重点研发计划项目(2019YFC1604701);国家自然科学基金(21675028);福建省自然科学基金(2021J011370);福建省卫生健康科技计划项目(2019-ZQN-93);福建省中青年教师教育科研项目(JAT200504)

Multicolor Immunodiagnostic for Semiquantitative Visual Detection Syndrome Coronavirus 2 Specific Antibody： A Prospect Strategy for On-site COVID-19 Therapeutic Process Monitoring

CHEN Zhonghui¹, LI Jinqiu¹, LIN Wei¹, YU Liumin¹, TU Haijian¹, CHEN Yu¹(), CAI Zongwei³, LIN Zhenyu²()

^1.Affiliated Hospital of Putian University，Putian 351100，China
^2.Key Laboratory for Analytical Science of Food Safety and Biology，Ministry of Education，Department of Chemistry，Fuzhou University，Fuzhou 350116，China
^3.State Key Laboratory of Environmental and Biological Analysis，Department of Chemistry，Hong Kong Baptist University，Hong Kong 999077，China

Received:2021-05-26 Online:2021-11-10 Published:2021-11-10
Contact: CHEN Yu,LIN Zhenyu E-mail:ptyychenyu@163.com;zylin@fzu.edu.cn
Supported by:
the National Key Research and Development Program of China(2019YFC1604701);the National Natural Science Foundation of China(21675028);the Natural Science Foundation of Fujian Province, China(2021J011370);the Fujian Provincial Health Technology Project, China(2019?ZQN?93);the Fujian Provincial Education and Technology Project, China(JAT200504)

摘要/Abstract

摘要：

现场快速定量检测新型冠状病毒(SARS-CoV-2)抗体对于监测新型冠状病毒感染的肺炎患者治疗过程具有重要作用. 目前, 大多数抗体检测采用基于金纳米粒子的免疫层析定性检测，但该方法仅表现出一种颜色变化, 无法实现现场快速定量检测. 本文采用特异性刻蚀金纳米棒(Au NRs)的方法, 实现了SARS-CoV-2抗体多色彩可视化的现场快速定量检测. 首先, 将SARS-CoV-2重组抗原固定在96孔酶标板上; 随后, 将辣根过氧化物酶标记的酶标抗体与待测抗体结合, 形成抗原-待测抗体-酶标抗体的复合三明治结构, 且酶标抗体与待测抗体浓度呈正相关; 由于酶标抗体可与3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)发生特异性反应, 生成TMB²⁺, 而TMB²⁺可选择性刻蚀Au NRs, 使得溶液产生丰富多彩的颜色, 即可通过观察溶液颜色变化实现SARS-CoV-2抗体浓度半定量检测. 在最佳条件下, 该方法对SARS-CoV-2 IgM抗体在5.00~200 IU浓度范围内呈良好线性关系, 检出限为1.29 IU, 并具有较高的灵敏度和特异性. 上述方法成功用于COVID-19患者治疗过程中SARS-CoV-2 IgM抗体浓度半定量快速检测.

关键词: 新型冠状病毒, 抗体, 多色彩比色, 治疗过程监测

Abstract:

Rapid detection of body fluid severe acute respiratory syndrome coronavirus 2（SARS-CoV-2） antibody is an effective strategy for infection therapeutic effect of coronavirus disease（COVID-19）. Most detection methods require relatively large equipment， which limited their on-site application. Lateral flow immunoassay（LFIA） can be used to qualitative antibody detection based on the aggregation of gold nanoparticles （Au NPs）， which exhibits just one-color change and cannot realize rapid quantitative detection without the help of additional equipment. In this study， a high-resolution multicolor colorimetric strategy was developed and applied to assessing antibody concentration at a glance based on etching of gold nanorods（Au NRs）. Firstly， SARS-CoV-2 recombinant antigen was immobilized on the surface of the 96-wells. Then， horseradish peroxidase（HRP）-labeled second antibody combined with antibody to form an antigen-antibody-secondary antibody complex on the well surface， which has direct relationship with antibody concentration in the sample and can be used to oxidize 3，3′，5，5′-tetramethylbenzidine（TMB） to form TMB²⁺ at the presence of HRP. The generation of TMB²⁺ efficiently etch Au NRs to produce multicolor solution. The etching result in vivid color changes in the system has a relationship with the amount of SARS-CoV-2 IgM antibody. Under the optimal conditions， the proposed strategy exhibited a linear response in the 5.00―200 IU concentration range， and a detection limit of 1.29 IU for SARS-CoV-2 IgM antibody， with high sensitivity and specificity. This assay is prospective for the on-site semi-quantitative visual detection of SARS-CoV-2 IgM antibody concentration in the COVID-19 therapeutic process.

Key words: Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2（SARS-CoV-2）, Antibody, Multicolor colorime-tric strategy, Therapeutic process monitoring

中图分类号:

O657

TrendMD:

陈仲辉, 李金秋, 林伟, 俞柳敏, 涂海健, 陈宇, 蔡宗苇, 林振宇. 多色彩可视化半定量检测方法用于COVID-19患者治疗过程中抗体浓度变化的快速监测. 高等学校化学学报, 2021, 42(11): 3509.

CHEN Zhonghui, LI Jinqiu, LIN Wei, YU Liumin, TU Haijian, CHEN Yu, CAI Zongwei, LIN Zhenyu. Multicolor Immunodiagnostic for Semiquantitative Visual Detection Syndrome Coronavirus 2 Specific Antibody： A Prospect Strategy for On-site COVID-19 Therapeutic Process Monitoring. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(11): 3509.

图/表 6

Fig.1 UV?Vis spectra(A―D) and corresponding TEM images(A′―D′) of Au NRs with addition of different concentrations of SARS?CoV?2 IgM antibodyIgM antibody concentration/IU: (A, A′) 0; (B, B′) 10.0; (C, C′) 60.0; (D, D′) 100. Insets in (A)―(D) show the relative solution color change.

Fig.2 Effects of CTAB concentration(A), HCl concentration(B), the HRP?Ab capture reaction time(C) and TMB liquid substrate system reaction time(D) on the LSPR peak blue shift of Au NRs

Fig.3 Plasmonic method color change with SARS?CoV?2 antibody concentration increased(A), UV?Vis spectra change of Au NRs in the oxidation etching process with different SARS?CoV?2 antibody concentrations presented(B) and the linear relationship between Δλ and SARS?CoV?2 antibody concentration(C)The SARS?CoV?2 concentrations of a―h(A) and a―h(B)/IU: 0, 1.00, 5.00, 10.0, 30.0, 60.0, 100, 200.

Fig.4 Selectivity of the developed multicolor assay detection of SARS?CoV?2 IgM antibodya, a′. Target; b, b′. blank; c, c′. H5N1Ag; d, d′. H7N9Ag; e, e′. HBsAb; f, f′. HCVAb. Error bars represent the standard error derived from three repeated measurement. The inset images exhibit the color of the corresponding solutions.

Table 1 Detection of SARS-CoV-2 IgM antibody between healthy volunteers and COVID-19 patients by the proposed method

Sample source	Detected concentration/（IU， mean±SD）	RT?PCR result
Healthy volunteer 1	0.53±0.16	Negative
Healthy volunteer 2	0.71±0.08	Negative
Healthy volunteer 3	0.28±0.12	Negative
COVID?19 patient 1	17.3±2.8	Positive
COVID?19 patient 2	6.30±1.41	Positive
COVID?19 patient 3	26.8±3.0	Positive

Table 2 Detection of a typical COVID-19 patient SARS-CoV-2 IgM antibody concentration change in therapeutic and convalescent processes by the proposed method

Days after symptom onset	Detected concentration/（IU， Mean±SD）	LFIA result
5	2.95±0.81	+/-
8	7.43±1.39	++
12	27.3±2.4	+++
20	44.43±3.6	+++
30	22.3±2.2	+++
45	14.7±1.1	++
60	3.87±0.55	+

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多色彩可视化半定量检测方法用于COVID-19患者治疗过程中抗体浓度变化的快速监测

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