電容型免疫傳感器

電容型免疫傳感器

測定原理
電化學(xué)免疫傳感器是免疫傳感器中研究較早、種類較多的一個(gè)分支。它將免疫技術(shù)和各種電化學(xué)
技術(shù)耦聯(lián),顯著提高了免疫傳感器的靈敏度。近十幾年來隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,一些新型的電化學(xué)
免疫傳感器相繼涌現(xiàn)。其中電容型免疫傳感器便是其中較為引人注目的一種[ 46 ] 。
電容型免疫傳感器是以測定界面電容變化作為分析和研究的手段。當(dāng)電極插入溶液中,電極/溶液
界面的行為近似為一平行板電容器,在給定的電勢下其雙層電容C表示:
C =εε0A / d (5)
ε為平板電容器中介質(zhì)的介電常數(shù),ε0 為真空介電常數(shù), A 為平板的面積, d為平板間距。在免疫分析
中,當(dāng)ε、ε0、A 視為恒定的前提下,由于在傳感器界面上形成了抗原抗體復(fù)合物,相應(yīng)的生物敏感膜厚度
d值增大,導(dǎo)致被測定的膜電容下降,由此可以建立目標(biāo)物的定量檢測方法。

生物膜的構(gòu)建和應(yīng)用
同其它傳感器一樣,生物敏感膜的構(gòu)建是電容型免疫傳感器識(shí)別免疫分子最為重要的部分。但與
其他免疫傳感器不同的是構(gòu)建電容型免疫傳感器的關(guān)鍵在于生物敏感膜必須處于充分的絕緣狀態(tài),否
則會(huì)由于溶液中的離子直接傳遞到電極表面而發(fā)生短路現(xiàn)象,導(dǎo)致傳感器測不到所需要的響應(yīng)信號(hào)。
通常制作電容型免疫傳感器的基底是金屬或半導(dǎo)體,免疫分子可通過半導(dǎo)體氧化物、金屬氧化物、自組
裝單層分子或聚合物等耦聯(lián)在電極表面。Bataillard等[ 47 ]報(bào)道了能分別測定甲胎蛋白和IgE濃度的電容型免疫傳感器。首先通過水合作用在硅表面形成硅醇基,再用42氨丁基二甲基甲氧基硅烷處理硅醇
基,最后通過戊二醛將硅表面和抗體分子的氨基共價(jià)的連接起來,這樣通過測定抗原與固定在電極表面
的抗體反應(yīng)前后的電容變化,就能達(dá)到測定相應(yīng)抗原濃度的目的。此外利用金屬氧化物耦連免疫分
子[ 48, 49 ] ,也能用于相應(yīng)抗原和抗體的檢測,但由于通過這些方法構(gòu)建的傳感器得到的響應(yīng)信號(hào)較弱[ 47 ] ,所以近些年來已較少被采用。為提高電容型免疫傳感器的靈敏度、穩(wěn)定性、選擇性并降低檢出限,尋找新的方法構(gòu)建生物膜是解決這些問題的關(guān)鍵。
隨著自組裝單層膜的研究不斷深入和成熟,該技術(shù)被越來越多地應(yīng)用到電容型免疫傳感器的研制
中。Taira等[ 50 ]將末端含有二硝基苯的長鏈二烴基二硫化物自組裝在金電極表面構(gòu)建了能用于測定抗二硝基苯抗體的電容型免疫傳感器。Rickert等[ 51 ]為了得到絕緣性更好、穩(wěn)定性更高的傳感器,將口蹄疫病毒的衣殼蛋白VP1中的135～154氨基酸序列修飾在ω2羥基十巰醇上,然后將這個(gè)新合成的化合物與ω2羥基十巰醇混合共同自組裝在金電極表面。所制備的傳感器與單獨(dú)使用新合成化合物構(gòu)建的傳感器相比,在傳感器測定的穩(wěn)定性上有了大幅度提高。Berggren 等[ 52, 53 ]通過引入短鏈巰基化合物———巰辛酸自組裝方法構(gòu)建了能在大約1 ng/L～1μg/L范圍內(nèi)對(duì)生物分子進(jìn)行測定的電容型免疫傳感器。這種傳感器成功地對(duì)白介素22、白介素26、人絨毛促性腺激素和人血清白蛋白進(jìn)行了測定,而且電極的非特異性吸附很小,這為免疫分子的超微量直接電容檢測提供了新的思路,有關(guān)的研究成果對(duì)電容性免疫傳感器的發(fā)展具有重要意義。Dijksma等[ 54 ]通過自組裝乙?；陌腚装彼針?gòu)建了γ干擾素電容性免疫傳感器,將γ干擾素的檢出限降至10- 18 mol/L (約0. 02 pg/L) ,以如此低的檢出限對(duì)生物分子進(jìn)行檢測和分析是其他方法所無法企及的。
本課題組也先后嘗試了用巰基化合物自組裝的方法構(gòu)建了能用于層膠粘蛋白[ 55 ] 、透明質(zhì)酸結(jié)合蛋
白[ 56 ] 、水蛭素[ 57 ] 、C反應(yīng)蛋白和轉(zhuǎn)鐵蛋白等生物分子測定的電容型免疫傳感器,為實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用電容型免疫傳感器提供了一定的參考。由于自組裝單分子層的有序性、穩(wěn)定性、絕緣性和可調(diào)控性,使通過這種方法所構(gòu)建的電容型傳感器在研究中體現(xiàn)出了很多優(yōu)越性[ 58 ] 。但是,目前這些研究大多還停留在實(shí)驗(yàn)室階段,原因之一是受制作工藝的限制,通過自組裝方法制備的傳感器尚無法進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn);另外通過這種方法所構(gòu)建的電容型免疫傳感器再生使用不理想,在不破壞自組裝單層膜的絕緣結(jié)構(gòu)前提下,有效地對(duì)已結(jié)合的抗原抗體進(jìn)行分離的方法還不成熟。因此,要使這種傳感器能廣泛的應(yīng)用于常規(guī)分析還需要解決電極穩(wěn)定性、再生性等諸多問題。

SPR型免疫傳感器、QCM型免疫傳感器和電容型免疫傳感器的共同的突出特點(diǎn)是直接免疫分析測
定,而且樣品的預(yù)處理簡單或者不需要預(yù)處理就能對(duì)生物分子進(jìn)行分析測定和研究。3種免疫傳感器
中報(bào)道最多的、商品化程度最高的是SPR型免疫傳感器,但是綜合考慮傳感器的靈敏度、檢出限以及儀
器的經(jīng)濟(jì)性,電容型免疫傳感器無疑是很有發(fā)展前途的。與此同時(shí),測定中存在的非特異性吸附現(xiàn)象是
無標(biāo)記型免疫傳感器的共有問題。如何進(jìn)一步提高這類傳感器的性能,使無標(biāo)記型免疫傳感器能更多
地從實(shí)驗(yàn)室研究應(yīng)用到更廣闊的實(shí)際領(lǐng)域是有關(guān)研究者面臨的主要挑戰(zhàn)。