為了解決這些問題，馬薩諸塞大學阿默斯特分校 (University of Massachusetts Amherst) 的吳年強團隊報道了一種整合血漿分離功能與表面拉曼增強探針 (surface-enhanced Raman scattering, SERS) 的側流層析試紙條，僅需要一滴（30 μL）全血，便能直接檢蛋白質標記物。該團隊用此方法檢測了癌胚抗原 (carcinoembryonic antigen, CEA)。如圖1所示，基於鹽促紅細胞聚集的原理，開發了血漿分離單元。該單元由三層濾膜堆疊組成，第一層經氯化鈉處理，在溶液狀態下，氯化鈉能夠遮蔽紅細胞表面的電荷，使細胞皺縮、聚集，從而無法穿過纖維膜；而血漿在毛細力的作用下穿過纖維膜到達第二層；第二層濾膜經表面活性劑處理，促進了血漿流動；進入第三層濾膜後，由於氯化鈉的作用，血液中殘餘的紅細胞進一步被吸附，最終實現血漿分離。此外，為了避免溶液中氯化鈉引起的金奈米拉曼探針的聚集，該課題組製備了具有三明治結構的奈米粒子作為表面拉曼增強探針，即星形金奈米粒子@拉曼訊號分子@二氧化矽 (gold nanostar@Raman Reporter@silica-sandwiched nanoparticles，Au@MBA@Silica) 奈米結構。外層的二氧化矽能夠遮蔽外界高濃度離子的影響，並且有效避免全血中其他生物分子的干擾，提高檢測靈敏度。進一步在SERS探針上修飾羧酸基團，並透過與氨基反應制備帶有檢測抗體的拉曼探針。

血漿分離之後，血漿流入抗體結合區，血漿中的目標蛋白 (如CEA) 與帶有檢測抗體的拉曼探針結合後，繼續流入由纖維素膜中的檢測區，被特異性抗體捕捉，隨後利用行動式拉曼譜儀定量檢測表面拉曼增強訊號強度。該試紙實現了5.0-100.0 ng/mL濃度範圍的CEA全血檢測，且其檢測限低至1.0 ng/mL。此外，由於所製備的SERS探針的穩定性，檢測後的測試紙在4 ℃下存放30天后，SERS訊號強度沒有發生明顯變化。

綜上所述，自帶血漿分離功能的側流層析試紙條能夠在無任何血液預處理情況下實現現場即時指尖採血、全血檢測，突破了以往全血檢測的技術瓶頸；並且透過改變抗體種類，這項測試技術可用於其他蛋白質及毒物的檢測，為癌症、冠狀病毒、艾滋病等疾病提供了在家裡、診所及其它現場、快速簡便的通用型檢測方法。這一成果近期發表在Analytical Chemistry 上。

Enabling Direct Protein Detection in a Drop of Whole Blood with an “On-Strip” Plasma Separation Unit in a Paper-Based Lateral Flow Strip

Xuefei Gao, Jennifer Boryczka, Sujan Kasani, Nianqiang Wu*

Anal. Chem., 2020, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c02555

研究團隊簡介

吳年強 (Nianqaing Wu)，現任職於馬薩諸塞大學阿默斯特分校 (University of Massachusetts Amherst)，Armstrong-Siadat講席教授，電化學學會會士(FECS)，英國皇家化學學會會士(FRSC)。入選全球高被引學者榜單 (Highly Cited Researchers list，Clarivate Analytics, Thomson Reuters)。獲得電化學學會(ECS)感測器傑出成就獎、貝尼頓傑出學者獎、艾麗絲•漢密爾頓職業安全與健康傑出貢獻獎以及西弗吉尼亞大學George B. Berry 講席教授、史泰勒工學院傑出研究員獎。曾擔任電化學學會(ECS)董事會成員和感測器分會主席。

吳教授課題組的主要研究方向包括: (1) 太陽能，光催化和光電化學電池，(2) 鋰離子電池和超級電容器，(3) 生物感測器、微流控、側流層析試紙、即時檢測技術與光動力學治療。近年來致力於電化學、表面等離激元電荷與能量轉移機理研究及其在上述三方面的應用，首次提出了等離激元引發共振能量轉移(PIRET)理論模型, 闡述了氧化石墨烯發光的巨紅稜機制 (Giant Red-edge Effect)，開發了基於表面增強拉曼光譜的免疫測定生物晶片，研發了用於指尖採血、即時檢測的側流層析試紙。吳教授撰寫或合著了190篇期刊論文、3篇專著章節、1部專著《Biosensors Based on Nanomaterials and Nanodevices》。其論文被引用超過23000次，H指數70。

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