[发明专利]一种基于表面增强拉曼散射的SARS-CoV-2病毒检测探针及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种基于表面增强拉曼散射的SARS‑CoV‑2病毒检测探针及其制备方法与应用。所述基于表面增强拉曼散射的SARS‑CoV‑2病毒检测探针由内至外依次包括：金纳米星或/和金纳米棒衬底、第一报告分子层、介孔二氧化硅层、第二报告分子层，以及修饰在第二报告分子层表面的SARS‑CoV‑2病毒核衣壳蛋白抗体。

技术领域

本发明涉及纳米材料设计和SARS-CoV-2病毒检测技术，具体涉及一种基于表面增强拉曼散射的SARS-CoV-2病毒检测探针及其制备方法与应用，属于病毒检测领域。

背景技术

自新冠疫情爆发以来，已经导致全球数百万人死亡。核酸检测作为一种具有较高可靠性的检测金标准，有效遏制了疫情的进一步恶化。但是，核酸检测往往耗时较长(≥2h)，而且需要专业的设备、人员以及昂贵的化学试剂。其它检测方法，如抗体检测和抗原检测，虽然能在一定程度上起到筛查的作用(检测时间15-30min)，但是在使用时也面临着不足，如灵敏度比PCR核酸检测差两个数量级(相当于PCR核酸检测CT值26)，在患者感染早期难以准确诊断。尤其是急诊患者在医院紧急就医时，及时的核酸报告是一项巨大的难题。因此，迫切需要一种可以快速、高灵敏的检测手段，以在短时间内完成病毒检测。

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏度光谱分析方法，可以无损检测和识别特征分子的化学结构，具有检测单个生物细胞的能力。自新冠疫情大爆发以来，中国、美国、韩国和新加坡率先开展了SERS检测新冠病毒的技术研发。2021年美国杰克逊州立大学报道采用抗体检测SARS-CoV-2病毒，检测限达到1000copies/mL。清华王大奕团队报道了医疗污水中采用SERS方法检测新冠病毒的工作，其准确性达到93.33％。韩国中央大学报道了采用适体修饰的SERS传感器检测SARS-CoV-2病毒，时间快于15分钟，检测限优于10PFU/mL。2022年新加坡南洋理工大学研究团队日前设计出一款基于SERS的呼气分析模组。美国新冠研究权威机构约翰斯霍普金斯大学利用大面积纳米压印光刻技术开发一种基于表面增强拉曼光谱方法的新冠病毒传感器，利用机器学习技术，可同时提高准确性和检测速度，适用于大规模群体检测。

然而，COVID-19患者的体液中含有大量的其他蛋白质和生物大分子，使表面增强拉曼光谱信号遭受来自其他杂质的干扰，导致信噪比很差。安徽农业大学HaifengLiu团队开发了基于SERS方法的侧流免疫层析SARS-CoV-2IgM/IgG抗体的快速超灵敏检测技术，并应用于新冠病毒临床检测，其检出限相比传统的侧流免疫层析方法检测SARS-CoV-2IgM/IgG抗体好800倍。厦门大学通过新冠病毒SARS-CoV-2S蛋白免疫磁珠捕获纳米粒子与S蛋白发生特异性免疫之后，与免疫金信号纳米粒子孵育，构筑成三明治夹心结构，然后通过拉曼光谱仪，可直接测出其SERS信号，在5分钟内特异性检测出新冠病毒SARS-CoV-2蛋白，其灵敏度可达5*10⁵Tu/mL。

但是，目前SERS结合侧流免疫层析方法多采用球形金纳米颗粒，其问题在于表面等离子体共振峰远离生物大分子拉曼信号最佳激发波长785nm，导致灵敏度较低、检测性能差。有报道采用Au包裹SiO₂纳米颗粒、再包裹Ag纳米壳，实现等离子共振峰向785nm红移，从而提高检测灵敏度，但是Ag层稳定性较差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于表面增强拉曼散射的SARS-CoV-2病毒检测探针及其制备方法与应用。通过制备表面等离子体共振峰位于785nm附近的金纳米星(AuNSs)/纳米棒(AuNRs)材料，并对其进行介孔SiO₂包裹，然后进一步制备出SARS-CoV-2病毒拉曼免疫层析试纸条，通过SERS标签技术与免疫层析技术相结合，进行病毒检测。本发明通过提高材料比表面积增加抗体的结合位点，从而解决了新冠病毒检测灵敏度低、检测时间长的问题。本发明提供的试纸条灵敏度高、特异性强、使用方便快捷，在临床快速诊断中具有较大的推广和应用价值。