免疫傳感器研究進展

艾 民，張文艷

(1.長春大學 特殊教育學院，長春 130022;2.吉林省婦幼保健院，長春 130061)

免疫傳感器研究進展

艾 民1，張文艷2

(1.長春大學 特殊教育學院，長春 130022;2.吉林省婦幼保健院，長春 130061)

免疫傳感器是將高靈敏的傳感技術與特異性免疫反應結合起來，用以監(jiān)測抗原抗體反應的生物傳感器，具有快速、靈敏、選擇性高、操作簡便等特點，已廣泛地應用在臨床各個領域。隨著傳感器的發(fā)展，出現(xiàn)了壓電免疫傳感器、脂質體免疫傳感器、表面等離子體共振免疫傳感器、光導纖維免疫傳感器等新型免疫傳感器。近年來，納米技術逐步進入電化學免疫傳感器領域，并引發(fā)突破性的進展。納米材料因其具有獨特的性質，被廣泛應用于研制和發(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，成功制備了用于測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)象用于免疫測試的想法成為現(xiàn)實。壓電免疫傳感器作為一種新型生物免疫檢測系統(tǒng)，因其具有高特異性、高靈敏度、響應快、小型簡便等特點，，得到了飛速的發(fā)展，人們已經(jīng)用它對多種抗原或抗體進行快速的定量測定及反應動力學進行研究。

Shen等［2］研制了直接檢測癌胚(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催化劑聚乙烯二醇(PEG)結合來放大傳感器頻率信號。CEA的檢測線性范圍為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納米金，蛋白A固定在晶體表面，傳感器能在5min內(nèi)檢測出白血病樣品，并能動態(tài)地監(jiān)測免疫反應過程，與熒光免疫分析方法比較，兩者無顯著差異。

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，檢測體液標本中的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定。這種微陣列傳感器的檢測速率快，能在50分鐘內(nèi)完成檢測，而且抗干擾能力強，臨床特異性達到94.44，對乙肝病毒的檢測極限為 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，檢測線為4 virus particles/mL。Y Ding等［7］發(fā)展了檢測甲胎蛋白的新型壓電免疫傳感器，檢測限15.3－600.0ng/ml。筆者應用循環(huán)伏安研究了水相中琉基苯并咪哇的電化學氨化過程，并應用電化學石英晶體微天平監(jiān)測了此氧化成膜的過程。

2 脂質體免疫傳感器

脂質體免疫傳感器(LIS)是將脂質體應用于免疫傳感器而建立起來的一類新型生物傳感器。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，并且極大地增強了響應信號。當抗原(或抗體)與脂質體結合后，傳感器只對抗原與抗體的特異性吸附進行檢測，避免了非特異性吸附的干擾，從而提高了脂質體傳感器的靈敏度。脂質體免疫傳感器為臨床診斷學提供了一種新型的、快速的、高效的分析技術，具有十分廣闊的應用前景。

將脂質體應用于免疫傳感器，利用其包埋的大量信號物質放大免疫響應信號，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。目前已開發(fā)出各類新型的脂質體免疫傳感器，如脂質體電化學免疫傳感器、脂質體熒光免疫傳感16－17器、脂質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電性，增強了傳感器的靈敏度.Ho等［10］發(fā)展了一種脂質體免疫傳感器，用于胰島素測定。檢測線性范圍10 pM－10 nM，總的分析時間不到30分鐘。隨后他們又研究了基于脂質體和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用于構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技術用于免疫傳感器領域以來，由于具有靈敏度高、免標記及檢測快速、可以實時監(jiān)測反應物分子之間的相互作用等特點，表面等離子體免疫傳感器得到了深入研究和廣泛的應用。

Lee等研究了超靈敏的等離子體免疫傳感器檢測β淀粉樣肽(1－40)，用于阿爾茨海默病的診斷，檢出限達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定人血清樣本CA125，SPR檢測限是0.1 U/ml，電容免疫傳感器檢測限為0.05 U/ml。結果表明，兩個系統(tǒng)檢測結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菌檢測中的應用。

Park等發(fā)展了自組裝表面等離子體生物傳感器檢測SARS病毒。

近年來，SPR型免疫傳感器的研究方向逐漸由單一的抗原抗體檢測分析深入到了對生物分子的結合動力學、生物分子的結構和功能的關系以及抗原決定簇(表位)庫的研究和應用中，并且向小型化、自動化、多樣化、與相關技術聯(lián)用等方向發(fā)展，用于遺傳分析，也將會使SPR進入一個嶄新的領域。

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，表面活性位點多，以及優(yōu)良的光電特性和較強的生物親和性，可加快響應界面電子傳導或催化電極表面化學反應，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合材料由于其特殊的結構層次，具有較強的吸附能力、良好的定向能力和生物兼容性，為生物傳感器的研究和應用開辟了一個廣闊的天地。

Du等用納米金和碳糊成功構建了能在2－30 U/mL范圍內(nèi)對血清中CA19－9含量進行測定的電流型免疫傳感器。Xu等結合微電子和自組裝技術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納米柱的復合膜上，充分利用金納米線的直接電傳導能力和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合物(CdSeNCs/CNTCHIT composite)修飾在金電極表面，形成具有高電化學發(fā)光強度和良好生物相容性的穩(wěn)定復合物界面;采用APS(3-aminopropyl-triethoxysilane)作為交聯(lián)劑與復合物界面共價結合，再通過GLD(utaricdialdehyde)固定抗體，得到靈敏度高、穩(wěn)定性好、檢測速度快，線性范圍寬(0.02 ng/mL～200 ng/mL)的HIgG電化學發(fā)光免疫傳感器。

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

Liang等通過修飾高導電能力的功能化納米金于玻碳電極表面，形成比表面大、吸附性能強且高導電能力的功能化納米金層，并進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、定量檢測前列腺特異性抗原(PSA)。鼠單克隆抗體(5G6)被固定于旋轉圓盤上，前列腺特異性抗原與鼠單克隆抗體和辣根過氧化物酶標記的二抗反應，過氧化氫作為催化劑，電化學檢測在1分鐘內(nèi)完成，整個檢測過程30分鐘。

筆者對 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)進行了改進合成，用溶液—凝膠技術制備了FePD/碳陶瓷雜化材料電極。FePD/碳陶瓷雜化材料電極對碘酸鹽的電化學還原較高的催化活性，故被用作食鹽中碘酸鹽測定的電化學傳感器。

5 結論與展望

綜上所述，隨著抗體制備技術的進步、光導技術和信號放大技術的改進、免疫傳感器與微流控或分離等技術聯(lián)用，以及納米材料在免疫傳感器中的應用，為各種新型免疫傳感器的研究開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，同時也向微型化、陣列化方向發(fā)展。多通道實時檢測是未來免疫傳感器的發(fā)展方向。

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

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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，吉林長春人，副教授，碩士，主要從事臨床教學與研究。

責任編輯:鐘 聲