Colorimetric/chemiluminescent vertical flow immunoassay based on multifunctional cobalt–gold bimetallic nanoclusters for Brucella antibody detection and deep learning- assisted semiquantitative analysis
本研究提出了一种利用谷胱甘肽保护的钴-金双金属纳米簇作为多功能催化探针，用于实现布鲁氏菌抗体灵敏检测的比色/化学发光垂直流免疫分析法，并通过基于深度学习的半定量分析进一步增强，从而在临床样本中实现高准确度和标准化解读。
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疾病检测通常依赖于寻找人体自身防御蛋白（即抗体）的微量痕迹，这些抗体出现在免疫系统对抗感染的过程中。对于一种名为布鲁氏菌病的严重细菌性疾病（这种疾病从动物传播给人类，并引起发热和关节疼痛），快速发现这些抗体至关重要。传统方法可能需要数天时间，或者需要在偏远地区无法获得的复杂实验室设备。科学家们长期以来一直寻求一种方法，使这些测试既能像验孕棒一样简单，又能像高科技实验室机器一样灵敏。挑战在于，当感染刚刚开始或抗体含量较低时，如何观察到极其微弱的信号，因为测试条本身的背景噪音很容易掩盖答案。
一个研究小组开发出了一种新型快速检测方法，通过将一种特殊材料与智能计算机程序相结合解决了这一问题。他们创建了一种垂直流检测法，其中液体是向上穿过纸条而非横向移动，从而实现了更好的反应控制。该系统的核心是极小的、由金和钴组成的金属原子簇，并包裹在一个保护壳内。这些团簇具有双重用途：它们既能粘附在测试正在寻找的特定抗体上，又可以作为化学催化剂，触发两种不同类型的光信号。一种信号是在加入某种化学物质后出现的可见蓝色，另一种则是无需外部灯具即可看到的微弱荧光。
研究人员发现，这种金属团簇材料在放大微弱信号方面表现得异常出色。当测试条捕捉到抗体时，金属团簇会在特定位置聚集。如果抗体含量非常少，团簇的数量就会很少，产生的颜色可能会太淡，肉眼难以察觉。然而，当加入化学溶液时，金属团簇会加速一种反应，使透明液体变为蓝色。这个过程使微弱的信号变得更强且更容易被观察到。更有用的是第二种信号——一种化学发光，发生在金属团簇与另一种化学物质发生反应时。这种光非常稳定且持续时间很长，能在黑暗背景下提供清晰的图像。由于这种发光不依赖于外部光线，它能揭示蓝色颜色可能遗漏的细节，尤其是在测试结果处于临界点时。
为了确保人们在阅读测试结果时不会去猜测一个模糊的点是阳性还是阴性，该团队训练了一个计算机程序来分析图像。他们训练了一种人工智能来观察测试条，并以极高的精度测量彩色斑点的尺寸和亮度。与其让肉眼去判断一个点是否足够大，不如让计算机计算测试点与对照点之间的精确比例。这种方法消除了人为误差，并允许将测试结果分为四个强度等级，从阴性到强阳性。计算机能够几乎在所有情况下都与金标准实验室测试的结果相匹配，能够高精度地识别阳性样本。
在一项使用来自患者真实血液样本的小规模试验中，这种新测试的表现非常出色。使用蓝色颜色的版本正确识别了95%的感染样本，而使用发光版本的测试则识别了95%的感染样本和100%的健康样本。这意味着在该组实验中，发光方法没有产生任何假警报。该测试还证明了其稳定性，在冰箱中储存至少一个月仍能保持其有效性。研究人员强调，虽然研究结果令人鼓舞，但该研究是在样本数量有限的情况下进行的，需要更大规模的测试来确认这些发现是否适用于不同的人群。
这项工作表明，构建一个能够提供多种读取方式（从快速视觉检查到高灵敏度的自发光测量）的单一简单设备是可能的。通过将这些物理信号与智能计算机分析相结合，研究人员创造了一种工具，可以将高质量的疾病检测带到缺乏先进实验室的地方。这种方法表明，将先进材料与数字智能相结合，可以使医疗检测更加可靠，尤其是在疾病迹象微弱且难以观察的情况下。
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