免疫层析 (Lateral flow immunoassay，LFIA) 是一项经典的即时检测（Point-of-care-testing，POCT）技术，也是确定疾病的病因和病变部位，或是确定机体免疫状态是否正常的重要途径。相比于传统免疫检测手段，LFIA具有操作简单、检测快速、成本低廉等独特优势。然而，在当今医疗市场上，大多数LFIA产品存在如下两个缺点：（1）受生物内源性荧光干扰严重，影响检测结果的准确性；（2）信号定量检测成本较高，仪器难便携，导致难以应用于居家自测等场景。因此，迫切需要开发同时具有准确定量，低/无背景干扰和低成本的新一代LFIA，以满足未来POCT广阔的家庭市场。
近期，上海交通大学医学多模态感知研究所所长郭劲宏教授课题组，联合哈尔滨工业大学（深圳）马星教授团队、南京工业大学安众福教授团队及电子科技大学郭九川博士后，成功研制了具有长寿命余辉发光的亲水性有机磷光纳米颗粒（UOP nanoparticle），并将其作为探针用于新一代LFIA中；并进一步开发了超小型化传感装置，用于余辉信号的快速定量测定。相关成果以“Afterglow Nanoprobe-Enabled Quantitative Lateral Flow Immunoassay by a Palm-Size Device for Household Healthcare”为题发表在国际化学权威杂志Analytical Chemistry上。
该研究报道了一种基于有机超长磷光，也即有机长余辉（UOP）纳米探针的定量免疫层析系统，该系统主要由负载了UOP探针及免疫蛋白的纸基试剂，以及超小型化便携式传感器件构成，极其适用于居家检测等家庭医疗场景。如图1a所示，UOP探针具有长达秒级的余辉寿命，可几乎规避生物内源性荧光及激发光的背景干扰，大幅增强了传感器的重复性和灵敏度。此外，研究人员提出了一种具有普适性的表面亲水改性策略，完成了UOP纳米颗粒的研制，进一步通过纳米自组装技术完成了纳米颗粒表面羧基功能化修饰，随后通过抗体偶联等过程获得了共三种UOP探针（图1b）。在信号处理方面，如图1c，研究人员首先通过关闭激发光引导UOP产生余辉信号，进而采用时间序列积分策略计算余辉信号强度，并利用二级放大电路实现信号放大。由于余辉信号不受生物内源性荧光及激发光干扰，在设计传感器件的过程中，可省去复杂的滤波系统和昂贵的光电元件，从而最大限度地简化了检测光路，同时降低了制造成本（图1d）。研究人员选择炎症标志物C反应蛋白（CRP）作为分析物，在完成传感系统构建后用真实血液样本进行了可行性验证，结果表明该长余辉免疫层析系统具有优异的检测灵敏度和准确性；此外，由于排除了生物内源性干扰，该传感系统具有突出的稳定性和重复性。
研究人员对所制备的UOP纳米探针（PDBCz@PVP@CMC）进行了全面表征。如图2a所示，所制备的PDBCz@PVP@CMC纳米颗粒水溶液在紫外光激发下表现出约2秒的余辉效应。如图2b，纳米颗粒的直径为245 ± 8 nm（N = 100），分散系数（PDI）为0.118。此外，选区电子衍射（SAED）图及X射线衍射（XRD）图证明了所制备的纳米颗粒具有良好的结晶结构。PDBCz@PVP@CMC的磷光特性如图2e和f所示。可以观察到，在365 nm 紫外光激发下，UOP纳米颗粒在548 nm和592 nm处显示两个发射峰，相应的磷光寿命分别为294.8 ms和203.1 ms。其表面修饰结果通过傅立叶变换红外光谱（FTIR）和zeta电位图进行表征，结果证明羧基官能团成功地修饰在探针表面。
研究人员进一步研制了基于UOP纳米探针的LFIA系统。该传感系统对CRP的检测灵敏度为0.54 ng/mL，线性范围0.7 ~ 250 ng/mL。如图3所示，所构建的UOP传感器件易于操作并且尺寸小型化。在CRP检测性能验证中，该UOP传感系统的检测一致性与现有主流化学发光（LIA-12）和免疫荧光（M-100）等免疫检测手段相比达到96%以上。研究人员进一步将血液样本中常见的甘油三酯（TG）、胆红素（BR）、类风湿因子（RF）和血红蛋白（HGB）作为干扰物质验证传感器的检测特异性，同时将CRP阳性样本作为对照组。图3e所示的结果表明，在仅添加干扰物质的情况下，检测信号强度与背景值几乎持平，证明传感器具有优异的检测特异性。
在完成性能验证后，研究人员利用真实临床样本评估了其检测准确性。图4c所示结果证明，该UOP传感系统对CRP阳性样本的检出值与医院赋值高度一致，相关系数R²高于0.98，证明了该系统在CRP检测上具有极高准确性。为更好应用于家庭健康检测场景，研究人员进一步设计了嵌入式蓝牙模块，使其能够与智能手机互联，以实现医疗物联网（IoMT）应用。结果表明，测试数据可以被安全地传输到智能手机APP上。用户不仅可以下载检测结果长期保存，还可以将检测结果上传到云端进行在线诊断。该成果对于CRP家庭检测，尤其是患有感冒或发烧的婴幼儿至关重要。
研究人员研制了基于长余辉纳米探针的小型化LFIA传感系统，用于CRP快速定量检测。研究人员首先研制了具有长寿命余辉发光的亲水性UOP纳米颗粒（PDBCz@PVP@CMC），并将其作为探针引入LFIA中。在此基础上，自研了一种超小型化、低成本的UOP传感器件，可通过时序积分策略，对试纸检测区域的余辉信号进行快速定量测定。结果表明，该UOP传感系统可在9分钟内实现CRP定量检测，检测灵敏度为0.54 ng/mL，同时具有突出的检测特异性和重复性；真实血液样本检测结果证明，该传感系统具有极高准确性，满足临床诊断要求；在集成了远程通信模块后，有望为新一代便携式居家健康检测提供解决方案。
