题目：Molecular Engineering and Confinement Effect Powered Ultrabright Nanoparticles for Improving Sensitivity of Lateral Flow Immunoassay
期刊：ACS Nano
影响因子：17.1
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c10427
汇报人：弓巍婕 2023 级硕士
基于传统应用侧流免疫分析的金纳米粒子来测量目标化学物质的痕量检测通常具有挑战性，本研究中，开发了一种基于分子工程和纳米颗粒空间限制的综合策略，获得聚集诱导发射荧光纳米颗粒的超高量子产率，并将其用于高灵敏度 LFIA平台上检测T-2毒素，TCPEME是一种AIE发光体，采用分子工程设计来降低能隙，实现更高的量子产率（26.26%）。随后，TCPEME掺杂的荧光纳米粒子（TFNPs）实现了高达84.55%的超高QY，经超快电子动力学验证，这是由于NP态的强烈限制而产生的，有效抑制非辐射弛豫通道。在 LFIA 平台上，设计的基于TFNP 的LFIA，检测 T-2 毒素的灵敏度分别比 AuNP-LFIA 和 TPENP-LFIA 的灵敏度高 10.4 倍和 4.3 倍。此外，TFNP-LFIA检测样品中的T-2毒素显示出令人满意的回收率（79.5%至122.0%）和CV（1.49%至11.75%），这表明TFNP-LFIA具有良好的应用潜力。
由于粮食作物在收获前后以及在不利条件下的运输和储存过程中很容易受到真菌污染，进而引发食品安全问题，备受全球的关注。T-2毒素源自各种镰刀菌属物种，尤其广泛分布在许多粮食作物和谷类产品中，并通过食物链对人类健康构成威胁，因此，监测农产品中T-2毒素残留非常重要。然而，目前分析T-2毒素的仪器大多比较昂贵，侧流免疫分析（LFIA）越来越受到学术界和工业界的关注。
传统的基于金纳米粒子的LFIA灵敏度低，其应用受到限制，提高 LFIA 灵敏度的一个关键因素是通过提高报告者的表现来实现。最近，荧光报道分子，例如无机量子点，上转换纳米颗粒，和时间分辨荧光微球，已被广泛开发并表现出比金纳米粒子更敏感的信号变化。不幸的是，这些荧光材料的固有特性（聚集引起的猝灭）由于高浓度猝灭而极大地限制了荧光强度。相反，聚集诱导发射（AIE）当发光体在聚集体形成时被诱导显示出明亮的发射时，就会发生这种情况，这源于分子内运动的限制。特别地，AIE发光体（AIEgens）可以通过工程供体-受体（D-A）来设计，以实现光子的高捕获效率，有利于提高荧光性能。此外，通过将AIEgens加载到纳米系统中，可以合成超亮AIE荧光纳米粒子，其中AIE效应完美显现，并且将大量荧光分子集成在单个纳米粒子中。
在这项研究中，通过引入酯基团，利用精确的分子工程简单地设计了既具有高量子产率又具有优异溶解性的AIEgens，表现出低能隙和自由能溶剂化能，表明设计的 AIEgens 在合成荧光纳米粒子方面表现出优异的潜力。随后，通过将 TCPEME 整合到NP 中制备 TCPEME 掺杂荧光纳米粒子，可防止非辐射衰变途径并促进强发射途径。具有超亮荧光的 TFNP 可作为灵敏检测 T-2 毒素的理想报告基因，这将为 LFIA 在食品安全领域带来创新前景。
1. TPE、TCPE 和 TCPEME 的理论计算和荧光特性
图1 (a) 化学结构和 (b) HOMO-LUMO分布。 (c) AIEgen 的溶剂化自由能。 (d) 固体 AIEgen 的荧光发射光谱。 (e) AIEgen 的量子产率
2. 具有激发态电子动力学的TFNP和TCPEME的荧光性能
图2 (a) 纳米颗粒内部分子内运动 (RIM) 限制的示意图。 (b) TFNPs (NPs-50, 蓝线) 和 TCPEME (50 mg mL –1DMF 中，绿线）。插图：TFNP 和 TCPEME 的 QY。 (c) TFNP 和 TCPEME 的荧光寿命。 (d) TCPEME 在 326 nm 激发下的飞秒 TA 图。 (e) 326 nm 激发下 TFNP 的飞秒 TA 图。 (f) 474 nm 附近的选定动力学衰减及其从 TCPEME TA 图的全局拟合中提取的相应拟合线。 (g) 483 nm 附近的选定动力学衰减及其从 TFNP TA 图的全局拟合中提取的相应拟合线。 (h) TFNP 和 TCPEME 的激发态电子动力学示意图。
3. 用于 T-2 毒素分析的 TFNP-LFIA 示意图
图3 (a) 从滴铸有不同浓度的 TFNP、TPENP 和 AuNP 的硝酸纤维素膜获得的数码照片。 TFNP、TPENP 和 AuNP 的原始浓度为 1 × 10 12颗粒 mL –1。 (b) TFNP@mAb 合成示意图。 (c) TFNP 和 TFNP@mAb 的大小分布。 (d) 用于检测 T-2 毒素的 TFNP-LFIA 示意图。
4. 使用 T-2 毒素测试条对探针进行分析评估
图4 (a) TFNP-LFIA 对不同浓度 T-2 毒素的响应（插图：T 线强度与 T-2 毒素浓度的标准曲线）。 (b) TPENP-LFIA 对不同浓度 T-2 毒素的响应（插图：T 线强度与 T-2 毒素浓度的标准曲线）。 (c) AuNP-LFIA 对不同浓度 T-2 毒素的响应（插图：T 线强度与 T-2 毒素浓度的标准曲线）。 (d) 用于检测 T-2 毒素的 TFNP、TPENP 和 AuNP 的 LoD 比较。 (e) TFNP-LFIA 检测 T-2 毒素的特异性结果。 (f) 用于检测 TFNPs-LFIA 中 T-2 毒素的测试条的稳定性。值表示为平均值±SD，n= 3。
5. TFNP-LFIA、TPENP-LFIA 和 AuNP-LFIA 检测样品中T-2毒素的实际应用
图5 (a) 探针实际应用示意图。 (b) 每种 TFNP-LFIA 浓度（0 ng mL –1、0.5 ng mL –1和 1.0 ng mL –1）的 15 个样品的荧光强度。 (c) 每种 TPENP-LFIA 浓度（0 ng mL –1、1.0 ng mL –1和 2.5 ng mL –1）的 15 个样品的荧光强度。 (d) 每种 TFNP-LFIA 浓度（0 ng mL –1、1.0 ng mL –1和 2.5 ng mL –1）的 15 个样品的荧光强度。使用单向方差分析进行统计分析：“*”表示p< 0.05 和“***”表示p < 0.001。
