文章导读

随着对女性健康的关注增加，早期检测和管理女性生殖系统的感染变得尤为重要。侵入性真菌感染，如阴道念珠菌感染，是一种常见的健康问题，通常难以早期发现。现有的检测方法可能复杂且不便，因此迫切需要一种便捷、实时的监测工具。金纳米颗粒 (AuNP) 因其独特的光学特性和灵敏的检测能力，成为了检测病原体的一个有前景的选择。

Nam-Trung Nguyen教授及其团队在Micromachines 期刊发表了文章，提出了关于开发一种可穿戴的女性卫生平台，用于检测侵入性真菌病原体。该检测方法依赖于AuNP的聚集，提供了一种实时监测和早期检测真菌感染的新方法。

关键点

传统外阴阴道念珠菌病 (VVC) 检测存在价格昂贵，速度慢，检测结果不一定准确的缺陷。作者创建了一种潜在可穿戴、快速、肉眼可视的比色法，结合金纳米颗粒进行阴道液中的白色念珠菌的检测，该方法提供了一种概念验证，阳性结果为容易察觉的“蓝色”变化，阴性结果为“粉色”。

• 可穿戴平台概念

提议的平台旨在集成到女性卫生产品中，如卫生巾或护垫。目的是提供一种方便且非侵入性的方法，通过这些卫生产品直接监测潜在的感染情况。

• 金纳米颗粒聚集

利用金纳米颗粒的独特光学特性，颗粒在聚集时会发生变化。金纳米颗粒的聚集导致颜色变化，这种变化可以被轻松检测和解释。

• 检测机制

检测依赖于真菌病原体与功能化金纳米颗粒之间的相互作用，并使用特定的配体或抗体将真菌病原体结合到金纳米颗粒上。这种结合会导致金纳米颗粒聚集，从而产生颜色变化，指示病原体的存在。

结果与讨论

1. 检测原理：

将阴道液样本添加到可穿戴样品垫中；将纳米颗粒凝胶添加到样品垫中，然后添加运行缓冲液；根据纳米颗粒的聚集状态获得比色结果 (如图1所示)。

图1

2. 缓冲液和基底选择

• 缓冲液选择

作者评估了平台中各种运行缓冲液的性能，以确定哪种缓冲液能够最好地区分阳性和阴性样本。运行缓冲液前，将制备好的金纳米颗粒 (5 μL) 分配到含有100 μL先前浸泡过的阴道液体模拟溶液的基质上，在加入运行缓冲液之前，纳米颗粒仍被限制在凝胶基质中，不会分散到整个基质上 (如图2所示)。

图2

图3为运行缓冲液的比对结果。图a从左到右分别是SDS缓冲液，硼酸钠/蔗糖/NaCl/吐温/叠氮化钠缓冲液，Tris-HCl/MgCl2 /NaCl和乙醇缓冲液，硼酸钠/KCl/吐温缓冲液，磷酸盐缓冲液，Tris-HCL缓冲液，HEPES缓冲液；图b显示所有缓冲液在阳性测试中显示的红色通道亮度强度都较低。缓冲液 (iv) 在阳性和阴性结果之间显示的红色通道亮度强度差异最大，后续实验选择硼酸钠/KCl/吐温缓冲液，其能以肉眼明显区分阳性样本和阴性样本。

图3

• 基底选择

基底选择对于阴性结果显著于阳性结果起重要作用。本文测试了五种基质，包括纱布拭子、纤维素纤维样品垫、卫生巾、色谱纸和玻璃纤维垫。选择这些基质是因为它们易于获得，而且成本低、吸水性好 (用于阴道液样本)、重量轻、价格低廉、灵活且可穿戴。由于玻璃纤维在区分阳性“蓝色”测试和阴性“粉色”测试方面表现出色，因此在所有后续实验中均选择了玻璃纤维 (如图4所示)。

图4

• 半定量念珠菌酵母细胞检测

图5a中的i-v分别展示了五种不同浓度的白色念珠菌细胞模拟阴道液，以及与空白溶液(vi)的对比。这些结果在20分钟后被记录。图b揭示了在对不同浓度及重复实验的图像处理后，随着白色念珠菌细胞浓度的降低，红色通道的亮度强度因纳米颗粒聚集的减少而增加。图5c对比了每个浓度与空白测试的红色通道亮度强度差异，表明白色念珠菌细胞浓度越高，其红色通道亮度强度与空白溶液的差异越显著。图5c中的结果为图5b中每个独立浓度的平均值。

图5

• 纳米颗粒特异性和干样品检测：

结合作者之前的研究，使用其他可用的含葡聚糖物质——100 μL相应的溶液 (含淀粉、葡聚糖或灰霉病)。进行了三次单独的重复实验 (1、2 和 3)。图6a结果显示在20分钟的显影时间后，每种含非特定葡聚糖的物种与空白样品相比都显示出相似的“粉红色”结果。图6b表示每个实验三次重复实验的平均值，在红色通道亮度强度方面，阳性“蓝色”测试与空白“粉红色”阴性测试有显著差异。灰霉病、葡聚糖和淀粉与空白样品的红色通道亮度强度差异都很小。图6c显示了每个测试样品与空白样品之间红色通道亮度强度的差异。结果表明，在这些特异性测试条件下，纳米粒子没有显著的非特异性聚集。这意味着该平台仅对检测白色念珠菌BDG分子具有高度特异性。

图6

3.平台稳定性测试

为了评估平台稳定性 (图7a)，在不同的pH条件下以及在复杂的生物环境 (人体血浆) 中测试了纳米颗粒凝胶溶液。如果纳米颗粒凝胶溶液在测试条件下没有非特异性聚集 (变成深蓝色或紫色)，则认为它们是坚固且稳定的。

• pH测试：

正常的阴道pH值范围是3.8至5.0，但在阴道感染期间阴道pH值可能高达7.5。实验将阴道液模拟物溶液 (pH值范围为2.0至8.0) 加入样品垫。

• 复杂的生物介质测试：

使用未稀释的人类血浆样本代替阴道液模拟物样本。结果表明与空白样品 (VF) 相比，pH 2.0样品测试结果显示红色通道亮度强度略有下降，pH 3.0至8.0的测试以及血浆样品的测试在红色通道亮度强度方面与VF相似，含有白色念珠菌的阳性样品之间的红色通道亮度强度存在很大差异。在这个测试阶段，纳米颗粒凝胶部分的轻微不明原因的聚集似乎并没有影响平台的整体比色结果。即对于所有阴性测试，仍然观察到明亮的粉红色/红色。图7d显示，使用连续稀释的白色念珠菌真菌细胞样品测试平台的比色结果在一个月内肉眼可见。然而，在真菌细胞浓度较低时，这些结果不如使用新鲜白色念珠菌样品测试那么明亮。

• 优化：

作者认为需要进行优化和进一步调查以确认阴性测试样品垫中间凝胶部分内纳米颗粒聚集的原因。

图7

结论与展望

• 平台的优势

独立操作、高灵敏度、高特异性、经济实惠且检测速度快；

高灵敏度：利用金纳米颗粒增强检测的灵敏度，有助于及早发现感染。

• 平台优化

减少手动操作过程中的错误；

深入研究不同的缓冲液组合和浓度，以提升平台的灵敏度和特异性；

与临床医生合作，调整平台的灵敏度以满足实际需求。

• 潜在影响

方便女性主动监测自身健康状况；

提早进行感染检测和治疗，降低严重真菌感染的风险。

原文出自 Micromachines 期刊：https://www.mdpi.com/2864562

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/micromachines

Micromachines 期刊介绍

主编：

Ai-Qun Liu, Nanyang Technological University, Singapore; The Hong Kong Polytechnic University, China;

Nam-Trung Nguyen, Griffith University, Australia;

Mehmet Remzi Dokmeci, Terasaki Institute for Biomedical Innovation, USA;

Igor Medintz, US Naval Research Laboratory, USA

期刊研究内容涉及微/纳米结构、材料、器件、系统及与微纳技术相关的基础研究和应用。

2023 Impact Factor：3.0

2023 CiteScore：5.2

Time to First Decision：17.7 Days

Acceptance to Publication：2.5 Days