免疫傳感器研究進(jìn)展

艾 民，張文艷

(1.長(zhǎng)春大學(xué) 特殊教育學(xué)院，長(zhǎng)春 130022;2.吉林省婦幼保健院，長(zhǎng)春 130061)

免疫傳感器研究進(jìn)展

艾 民1，張文艷2

(1.長(zhǎng)春大學(xué) 特殊教育學(xué)院，長(zhǎng)春 130022;2.吉林省婦幼保健院，長(zhǎng)春 130061)

免疫傳感器是將高靈敏的傳感技術(shù)與特異性免疫反應(yīng)結(jié)合起來(lái)，用以監(jiān)測(cè)抗原抗體反應(yīng)的生物傳感器，具有快速、靈敏、選擇性高、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用在臨床各個(gè)領(lǐng)域。隨著傳感器的發(fā)展，出現(xiàn)了壓電免疫傳感器、脂質(zhì)體免疫傳感器、表面等離子體共振免疫傳感器、光導(dǎo)纖維免疫傳感器等新型免疫傳感器。近年來(lái)，納米技術(shù)逐步進(jìn)入電化學(xué)免疫傳感器領(lǐng)域，并引發(fā)突破性的進(jìn)展。納米材料因其具有獨(dú)特的性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于研制和發(fā)展具有超高靈敏度、超高選擇性的免疫傳感器。本文就新型免疫傳感器及其臨床應(yīng)用做一綜述。

免疫傳感器;臨床;生物傳感器

1 壓電免疫傳感器

自從1972年，Shons等［1］首次在石英晶體表面涂覆一層塑料薄膜以吸附蛋白質(zhì)，成功制備了用于測(cè)定牛血清白蛋白抗體的壓電晶體免疫傳感器，從而使壓電現(xiàn)象用于免疫測(cè)試的想法成為現(xiàn)實(shí)。壓電免疫傳感器作為一種新型生物免疫檢測(cè)系統(tǒng)，因其具有高特異性、高靈敏度、響應(yīng)快、小型簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，，得到了飛速的發(fā)展，人們已經(jīng)用它對(duì)多種抗原或抗體進(jìn)行快速的定量測(cè)定及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究。

Shen等［2］研制了直接檢測(cè)癌胚(CEA)的壓電免疫傳感器，為提高傳感器的靈敏度，將蛋白A用定向固定化方法與免疫反應(yīng)催化劑聚乙烯二醇(PEG)結(jié)合來(lái)放大傳感器頻率信號(hào)。CEA的檢測(cè)線性范圍為66.7～466.7nmol/I。Zeng等［3］研制出用于急性白血病臨床免疫分型的壓電免疫陣列，白血病單克隆抗體通過(guò)納米金，蛋白A固定在晶體表面，傳感器能在5min內(nèi)檢測(cè)出白血病樣品，并能動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)免疫反應(yīng)過(guò)程，與熒光免疫分析方法比較，兩者無(wú)顯著差異。

Minunni等［4］將人免疫缺陷病毒(HIV)某抗原表位的人工合成肽固定于石英晶體電極表面，檢測(cè)體液標(biāo)本中的HIV抗體。

Yao C等［5］研制了一種新型的壓電石英微陣列免疫傳感器，可用于乙肝病毒的測(cè)定。這種微陣列傳感器的檢測(cè)速率快，能在50分鐘內(nèi)完成檢測(cè)，而且抗干擾能力強(qiáng)，臨床特異性達(dá)到94.44，對(duì)乙肝病毒的檢測(cè)極限為 8.6 pg/L。

Thomas W等［6］研制了壓電免疫傳感器用于流感病毒的直接檢測(cè)，檢測(cè)線為4 virus particles/mL。Y Ding等［7］發(fā)展了檢測(cè)甲胎蛋白的新型壓電免疫傳感器，檢測(cè)限15.3－600.0ng/ml。筆者應(yīng)用循環(huán)伏安研究了水相中琉基苯并咪哇的電化學(xué)氨化過(guò)程，并應(yīng)用電化學(xué)石英晶體微天平監(jiān)測(cè)了此氧化成膜的過(guò)程。

2 脂質(zhì)體免疫傳感器

脂質(zhì)體免疫傳感器(LIS)是將脂質(zhì)體應(yīng)用于免疫傳感器而建立起來(lái)的一類(lèi)新型生物傳感器。不僅保持了傳統(tǒng)免疫傳感器高度的專一性和高效性的優(yōu)點(diǎn)，并且極大地增強(qiáng)了響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)抗原(或抗體)與脂質(zhì)體結(jié)合后，傳感器只對(duì)抗原與抗體的特異性吸附進(jìn)行檢測(cè)，避免了非特異性吸附的干擾，從而提高了脂質(zhì)體傳感器的靈敏度。脂質(zhì)體免疫傳感器為臨床診斷學(xué)提供了一種新型的、快速的、高效的分析技術(shù)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

將脂質(zhì)體應(yīng)用于免疫傳感器，利用其包埋的大量信號(hào)物質(zhì)放大免疫響應(yīng)信號(hào)，可以極大提高傳感器的靈敏度并使免疫傳感器免受非特異性連接干擾。目前已開(kāi)發(fā)出各類(lèi)新型的脂質(zhì)體免疫傳感器，如脂質(zhì)體電化學(xué)免疫傳感器、脂質(zhì)體熒光免疫傳感16－17器、脂質(zhì)體石英晶體微天平免疫傳感器等。Viswanathan等［9］利用Nation和MWCNTs修飾電極，有效改善了電極的導(dǎo)電性，增強(qiáng)了傳感器的靈敏度.Ho等［10］發(fā)展了一種脂質(zhì)體免疫傳感器，用于胰島素測(cè)定。檢測(cè)線性范圍10 pM－10 nM，總的分析時(shí)間不到30分鐘。隨后他們又研究了基于脂質(zhì)體和PEDOT功能化的碳納米管共修飾的霍亂毒素免疫傳感器，首次將包覆PEDOT的多壁碳納米管(MWCNTs)作為固定抗霍亂毒素抗體的載體基質(zhì)用于構(gòu)建霍亂毒素電位型免疫傳感器。

3 表面等離子體共振免疫傳感器

自從1982年Nylander等首次將SPR技術(shù)用于免疫傳感器領(lǐng)域以來(lái)，由于具有靈敏度高、免標(biāo)記及檢測(cè)快速、可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)物分子之間的相互作用等特點(diǎn)，表面等離子體免疫傳感器得到了深入研究和廣泛的應(yīng)用。

Lee等研究了超靈敏的等離子體免疫傳感器檢測(cè)β淀粉樣肽(1－40)，用于阿爾茨海默病的診斷，檢出限達(dá)1 fg/ml。

Siriwan等比較了表面等離子體共振免疫傳感器和電容免疫傳感器測(cè)定人血清樣本CA125，SPR檢測(cè)限是0.1 U/ml，電容免疫傳感器檢測(cè)限為0.05 U/ml。結(jié)果表明，兩個(gè)系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果具有高度的一致性。

Dudak等綜述了表明等離子體共振生物傳感器在細(xì)菌檢測(cè)中的應(yīng)用。

Park等發(fā)展了自組裝表面等離子體生物傳感器檢測(cè)SARS病毒。

近年來(lái)，SPR型免疫傳感器的研究方向逐漸由單一的抗原抗體檢測(cè)分析深入到了對(duì)生物分子的結(jié)合動(dòng)力學(xué)、生物分子的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系以及抗原決定簇(表位)庫(kù)的研究和應(yīng)用中，并且向小型化、自動(dòng)化、多樣化、與相關(guān)技術(shù)聯(lián)用等方向發(fā)展，用于遺傳分析，也將會(huì)使SPR進(jìn)入一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。

4 基于納米材料的免疫傳感器

納米材料由于具有比表面積大，表面活性位點(diǎn)多，以及優(yōu)良的光電特性和較強(qiáng)的生物親和性，可加快響應(yīng)界面電子傳導(dǎo)或催化電極表面化學(xué)反應(yīng)，作為載體吸附和支撐免疫分子，有效改善傳感器各方面性能。因此，被大量應(yīng)用于免疫傳感器研究。

新型納米材料的合成為發(fā)展新型電化學(xué)免疫傳感器提供了新的途徑。納米材料，尤其是新型的納米生物材料和納米復(fù)合材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)層次，具有較強(qiáng)的吸附能力、良好的定向能力和生物兼容性，為生物傳感器的研究和應(yīng)用開(kāi)辟了一個(gè)廣闊的天地。

Du等用納米金和碳糊成功構(gòu)建了能在2－30 U/mL范圍內(nèi)對(duì)血清中CA19－9含量進(jìn)行測(cè)定的電流型免疫傳感器。Xu等結(jié)合微電子和自組裝技術(shù)制備了甲胎蛋白免疫傳感器。該電極具有高的選擇性和再生性，對(duì)微型免疫傳感器的發(fā)展具有一定的意義。

Yang等將甲胎蛋白固定在金納米線/ZnO納米柱的復(fù)合膜上，充分利用金納米線的直接電傳導(dǎo)能力和ZnO納米柱良好生物相容性，發(fā)展了基于金納米線與ZnO納米柱共修飾的電流型甲胎蛋白免疫傳感器。

朱俊杰等將CdSe納米晶體(NCs)與殼聚糖包覆的碳納米管制備得到的納米復(fù)合物(CdSeNCs/CNTCHIT composite)修飾在金電極表面，形成具有高電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度和良好生物相容性的穩(wěn)定復(fù)合物界面;采用APS(3-aminopropyl-triethoxysilane)作為交聯(lián)劑與復(fù)合物界面共價(jià)結(jié)合，再通過(guò)GLD(utaricdialdehyde)固定抗體，得到靈敏度高、穩(wěn)定性好、檢測(cè)速度快，線性范圍寬(0.02 ng/mL～200 ng/mL)的HIgG電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器。

Singh等在導(dǎo)電聚TTCA膜表面電沉積納米金顆粒，通過(guò)共價(jià)鍵合固載單克隆(OPG)抗體，構(gòu)建了檢測(cè)線性范圍為2.5pg/mL－25 pg/mL，檢測(cè)下限2 pg/mL的OPG免疫傳感器。Dianping Tang等基于金納米線，研制了檢測(cè)腫瘤相關(guān)抗原CA125的壓電免疫傳感器。

Liang等通過(guò)修飾高導(dǎo)電能力的功能化納米金于玻碳電極表面，形成比表面大、吸附性能強(qiáng)且高導(dǎo)電能力的功能化納米金層，并進(jìn)一步吸附甲胎蛋白抗體，將其固定到電極表面，從而制得甲胎蛋白抗原免疫傳感器。結(jié)果表明，該免疫傳感器的線性范圍為1.25－200.0 ng/mL，線性相關(guān)系數(shù)為0.9983，檢出限為0.23ng/mL。

Panini N V等用多壁碳納米管修飾玻碳電極，研究出免疫傳感微流控集成系統(tǒng)，用于在人血清樣本中，快速、靈敏、定量檢測(cè)前列腺特異性抗原(PSA)。鼠單克隆抗體(5G6)被固定于旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上，前列腺特異性抗原與鼠單克隆抗體和辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的二抗反應(yīng)，過(guò)氧化氫作為催化劑，電化學(xué)檢測(cè)在1分鐘內(nèi)完成，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程30分鐘。

筆者對(duì) 01，10-菲咯林 －5，6-二酮(PD)和六氟磷酸三(1，10-菲咯林 －5，6-二酮)含鐵(II)(FePD)進(jìn)行了改進(jìn)合成，用溶液—凝膠技術(shù)制備了FePD/碳陶瓷雜化材料電極。FePD/碳陶瓷雜化材料電極對(duì)碘酸鹽的電化學(xué)還原較高的催化活性，故被用作食鹽中碘酸鹽測(cè)定的電化學(xué)傳感器。

5 結(jié)論與展望

綜上所述，隨著抗體制備技術(shù)的進(jìn)步、光導(dǎo)技術(shù)和信號(hào)放大技術(shù)的改進(jìn)、免疫傳感器與微流控或分離等技術(shù)聯(lián)用，以及納米材料在免疫傳感器中的應(yīng)用，為各種新型免疫傳感器的研究開(kāi)辟了廣闊的探索空間，免疫傳感器正朝著集成化、智能化和商品化的發(fā)展，同時(shí)也向微型化、陣列化方向發(fā)展。多通道實(shí)時(shí)檢測(cè)是未來(lái)免疫傳感器的發(fā)展方向。

總之，隨著免疫傳感器技術(shù)的不斷成熟和完善，各種新型免疫傳感器的不斷涌現(xiàn)，免疫傳感器將會(huì)成為醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域廣泛使用的新型檢測(cè)手段。

［1］ Shons A，Dorman F，Najarian I.An immunospecific microbalance［J］.Biomed Mater Res，1972;6(6):565 －570.

［2］ Sen G Y，Wang H，Deng T.A novel piezoelectric immunosensor for detection of carcinoembryonic antigen［J］.Talanta，2005;67(15):217 －220.

［3］ Zeng H，Wang H，Chen F P.Development of quartz-crystal-microbalance-based array for clinicalimmunophenotyping of acute leukemias［J］.Analytical Bio-chemistry，2OO6;351(1):69.

［4］ Minunni M，Tombelli S，Gullotto A，et al.Development of biosensors with aptamers as bio-recognition element:the case of HIV-1 Tat protein［J］.Biosensors and Bioelectronics，2004;20(6):1149 －1156.

［5］ Yao C.，Zhu T.，Tang J，et al.Hybridization assay of hepatitis B virus by QCM peptide nucleic acid biosensor［J］.Biosens Bioelectron，2008;23(6):879－85.

［6］ Owen，TW，Al-Kaysi，RO，Bardeen，CJ et al.ChristopherMicrogravimetric immunosensor for direct detection of aerosolized influenza A virus particles［J］.Sensors and Actuators B，2007;126(2):691 －699.

［7］ Y Ding，J Liu，H Wang et al.A piezoelectric immunosensor for the detection of alpha-fetoprotein using an interface of gold/hydroxyapatite hybrid nanomaterial［J］ .Biomaterials，2007;28(12):2147 －54.

［8］ 許博，朱果逸，張文艷.分析化學(xué)［J］.2000，28(9):1129 －1132.

［9］ Viswanathan S，Wu L C，Huang M R，et al.ElectrochemicalImmunosensor for Cholera Toxin Using Liposomes and Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)-Coated Carbon Nanotubes［J］.Anal.Chem，2006，78(4):1115 －1121.

［10］ Ho J A，Zeng S C，Huang M R.Development of liposomal immunosensor for the measurement of insulin with femtomole detection［J］.Analytica chimica acta，2006，556(1):127 －132.

The research progress of immunosensors

AI Min1，ZHANG Wen-yan2

(1.Special Education College，Changchun University，Changchun 130022，China;2.Maternity and Child Healthcare Service Center of Jilin Province，Changchun 130061，China)

Immunosensors，with the features of rapid，sensitive，high selectivity and simple operation，combining highly sensitive sensor technology with specific immune response，are biological sensors used to monitor the antigen-antibody reaction and are widely used in clinical areas.With the development of sensors，there have been new types of immunosensors such as piezoelectric immunosensors，liposome immunosensors，surface plasmon resonance immunosensors and optical fiber immunosensors.In recent years，nano-technology gradually enters the field of electrochemical immunosensors and gets a disruptive progress.Because of the unique properties of nanomaterials，they are widely applied to research and develop immunosensors with high sensitivity and high selectivity.This paper reviews a new type of immuneosensor and its clinical applications.

immunosensor;clinical;biosensor

TP212.2

A

1009－3907(2011)06－0083－03

2010-03-14

艾民(1968-)，女，吉林長(zhǎng)春人，副教授，碩士，主要從事臨床教學(xué)與研究。

責(zé)任編輯:鐘 聲