通讯作者：XiujunLi
作者单位：德克萨斯大学埃尔帕索分校化学和生物化学系
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全文简介光热效应在各种生物医学应用中显示出巨大的前景，但在微流控芯片实验室生物检测中却很少被利用。在此，我们在利用光热泵技术进行可视化柱状图微流控免疫检测的基础上，开发了一种集成了传统的3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）探测的酶联免疫吸附试验（ELISA）-like系统的光热柱状图微流控免疫检测芯片。三明治酶联免疫吸附试验系统和光热泵协议都被整合到一个光热条形图芯片中。芯片上免疫捕获的氧化铁纳米粒子催化了发色基质TMB的氧化，产生了敏感的光热和发色双功能探针，即氧化TMB。由于发热和随后在密封的微流控环境中产生的蒸气压升高，探针的片上近红外激光驱动的光热效应作为一种剂量依赖的泵动力，驱动免疫感应信号的多重定量显示为视觉染料柱状图。前列腺特异性抗原作为模型分析物，其检测极限为1.9纳克-毫升-1，低于前列腺癌的临床诊断阈值。这项工作为微流控集成和传统TMB探针ELISA信号的多重定量条形图的可视化提供了一个新的视角，可能是通过一个经济实惠的手持激光指示器在片上实验室的形式。图文简介
方案1.光热条形图微流控免疫系统示意图
a(A)条形图芯片的布局；(B)光热条形图芯片上的多重视觉免疫感应。锯齿形微流控通道的终端可以接触到芯片侧边的空气环境。
图1.片外光热调查。(A)不同致色成分（Fe3O4NPs:0.mg-mL-1）的紫外-可见吸收光谱；(B)6孔PMMA板中的致色成分在激光照射60秒后的热图像（1.1W-cm-2）；（C）不同时间段的辐照后致色成分的温度变化；（D）不同浓度的Fe3O4NP分散体的紫外-可见吸收光谱，有无致色反应；（E）nm处的吸光度与Fe3O4NP浓度的关系；（F）辐照60s后反应溶液的热图像；（G）反应溶液的温度升高值与Fe3O4NP浓度的关系。插图：6孔PMMA板中反应溶液的照片。误差条代表标准偏差（n=3）。
图2.芯片上光热柱状图泵的原理。(A)压力监测平台的示意图；(B)压力监测芯片和平台的照片；(C)在重复激光开启（90秒，1.5W-cm-2）和-关的辐照操作；（D）光热柱状图芯片的工作原理；（E）柱状图芯片在辐照90秒前后装入不同致色成分的照片；（F）柱状图的移动长度。不同的染料指标标志着不同的发色剂成分[即（E,F）中的a-c]。文章中所有条形图芯片的照片中的箭头标志着染料条的终端点。误差条代表标准偏差（n=3）。
图3.光热条形图信号的输出性能。(A)装有不同致色成分（Fe3O4NPs:0.mg-mL-1）的条形图芯片在不同时期激光照射下的照片（1.5W-cm-2）；（B）条形图的移动长度；（C）不同浓度的Fe3O4NP分散体的条形图芯片在不同时间段的辐照后的照片（红色指示灯）和没有（蓝色指示灯）的致色反应；（D）条形图移动长度与Fe3O4NP浓度的函数关系；（E）实现双倍检测能力的策略；（F）两个同心交错的条形图芯片在辐照90s前后的照片（底部芯片。蓝色指示剂，顶部芯片：红色指示剂）；（G）条形图的移动长度。不同的染料指标标志着不同的致色成分[即（A,B）中的a-c]。误差条代表标准偏差（n=3）。
图4.光热柱状图微流控免疫分析法。(A)光热柱状图微流控免疫分析的示意图；(B)从不同浓度的PSA获得的免疫分析溶液的紫外-可见吸收光谱；(C)分光光度法测定PSA的校准图（ΔAbsvslgCPSA）；(D)激光照射秒后柱状图免疫分析芯片的照片（1.5W-cm-2）；（E）条形图芯片测定PSA的校准图（ΔDvslgCPSA）。误差条代表标准偏差（n=3）。
图5.光热条形图免疫感应芯片的选择性。(A）从不同的生物分子（PSA:40ng-mL-1,BSA:μg-mL-1,IgG:μg-mL-1,AFP:ng-mL-1，CEA：ng-mL-1）；（B）nm处的相对吸光度（ΔAbs）；（C）激光照射s（1.5W-cm-2）后条形图免疫分析芯片的照片；（D）相对条形图移动距离（ΔD）。误差条代表标准偏差（n=3）。
结论在利用光热泵技术进行可视化微流控免疫检测的基础上，开发了一种新的光热柱状图微流控免疫检测芯片。传统的类似TMB探针的ELISA系统和光热泵协议都被整合到一个光热柱状图芯片中，从而能够直接输出定量的柱状图免疫感应信号。使用传统的分光光度法进行验证，光热条形图芯片在PSA测定中显示出可接受的免疫感应性能。这项工作为微流控集成和传统TMB探针ELISA信号的多路定量条形图可视化提供了一个新的视角，可能是通过一个经济实惠的手持激光指示器在一个芯片上的实验室。此外，这项工作提供了比片外光热免疫测定更高的可整合性和可传递性的光热测试设置。通过按需修改芯片布局和放大激光光斑的大小，可以在单个芯片中实现对更多样品的复用检测。据我们所知，以前报道的大多数体积条形图芯片目前都不适用于TMB探测的检测系统。与容积式条形图芯片相比，光热式条形图芯片提供了（1）更简单、更低成本的芯片制造（例如。(2)通过远程操作辐照参数，条形图泵的性能更容易控制；以及(3)与使用基于TMB的发色基质的各种商业ELISA试剂盒的兼容性更高（例如，不需要准备额外的特定材料，如催化剂或铂NP结合的抗体）。鉴于TMB是各种生物分析环境中最受欢迎的发色底物之一，（13,37-39）这些传统的生物分析方法可以灵活地引入该平台，以实现多样化的片上实验室生物传感任务。
相关成果以“IntegrationandQuantitativeVisualizationof3,3′,5,5′-Tetramethylbenzidine-ProbedEnzyme-LinkedImmunosorbentAssay-likeSignalsinaPhotothermalBar-ChartMicrofluidicChipforMultiplexedImmunosensing”，发表在国际学术期刊“AnalyticalChemistry”上。
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