免疫生物传感技术研究进展及其在医学检验中的应用

摘要：免疫生物传感技术是以抗原-抗体为基本原理，经过生物医学、化学、物理、电子等多个领域的相互融合与渗透而形成的一门新兴高科技术。免疫生物传感器是利用特异性识别抗原或抗体的分子和能够反应被检测物的含量的信号导体共同作用而形成的一种新型的检测仪器。而与之相对应的，基于特异性抗原-抗体相互作用的蛋白生物芯片技术，具有高通量的特性，而基于免疫生物传感技术的高选择性、高灵敏度、快速、低成本、可在复杂条件下进行实时性、持续性的实时监控，在医疗检测等多方面有着广阔的发展空间。

关键词：医学检验；标本；分析；质量控制；综述

引言

免疫生物传感技术是一种基于特定分子的识别作用和相应的信号转化作用而形成的一种新型的生物检测体系。该方法以其高特异性、高灵敏度、低成本、微型化和简单快速等优势，已逐渐被广泛应用于临床疾病诊断、生物医药研究、环境食品监测和生物化学监测等方面。免疫生物传感是基于抗原抗体结合免疫反应原理基础上的生物传感器技术。本文综述了国内外免疫生物传感技术研究进展及其在医学中的应用。

1免疫生物传感器研究现状

目前，免疫生物传感技术的发展大致可分为3个时期。第1阶段，为无反应性基板薄膜，其上附着有抗体或抗原物质，并与之相结合形成电化学电极；第2阶段，是在传感器的表面上，直接对抗体或抗原组分进行或与之共价键合，而不需要使用没有反应能力的基底膜，检测时不需要再添加其他的试剂；第3阶段，是将具有免疫功能的分子与器件相连接，实现生物识别和信号转换处理的有机融合。从20世纪70年代开始，针对细菌抗原的电流型和电位型测定微生物传感器先后问世。90年代以来，在国家范围内进行了比较大型的免疫生物传感技术的研发，尽管在部分领域已经走在了世界前列，但是到现在为止，还没有一种具有商业价值的免疫生物传感技术投入市场，其整体研发程度与国外相比仍有一定的差距。随着硅基、高分子和光通信等技术的发展，人们对抗体检测的新材料和新方法的研究越来越关注。以此为基础，本项目拟采用一类具有自主知识产权的智能高分子，将其作为一类新型的智能聚合物聚丁二炔免疫生物传感器，通过与其表面的抗体分子进行相互作用，诱导其分子结构的改变，从而使其在紫外线下具有很高的灵敏度。表面等离子共振（SPR） 免疫生物传感器是根据光在金膜表面产生的表面等离子现象， 建立对抗原或抗体生物分子的实时免疫标记分析方法。将免疫生物传感技术与计算机信息技术进行了密切的联系，实现了对数据的自动化采集和处理，并将其与芯片技术进行了密切的联系，从而实现了检测系统的集成化，降低了产品的成本，提高了灵敏度和稳定性，延长了使用时间。

2免疫生物传感器种类及其研究进展

2.1可携式的电流型免疫生物传感器

可携带的电流型免疫生物传感器，主要应用于甲胎蛋白（AFP），其运用原理是葡萄糖氧化酶标记甲胎蛋白（AFP）抗体结合丝网印刷电极（SPE）。本项目拟采用葡萄糖溶液为核心，以 AFP为靶标，通过对其进行靶标修饰，并与靶标 AFP进行竞争吸附，然后与靶标基因修饰的葡萄糖糖氧化酶（Glucose）进行反应，并将其与靶标蛋白（AFP）相互作用后，将其抽离至电极底部，以葡萄糖为底物，通过微电脑操控，在室温下对所产生的信号进行定量，从而实现对目标信号的准确测量。当被测样本中的 AFP水平较高时，非绑定的 AFP水平较高，其在反应溶液中的电位也较高。本方法对高含量的样品进行测定，具有较高的准确率，特别是满足了临床的需求。

2.2脂质体免疫传感器

脂质体免疫传感技术是指将多种信号物质和其他生物识别小分子包裹在脂质体中，与传感器相连，实现对样品中痕量污染物的直接检测。针对目前基于生物分子识别的生物分子识别方法存在识别信号微弱、检测灵敏度不高、非特异识别等问题，采用基于生物分子的新型生物分子识别技术能够保留生物分子识别系统的高特异性、高效率、显著提高生物分子识别能力。在此基础上，利用脂质体与抗原（抗体）的相互作用，实现对其的快速、准确、灵敏度高的分析。

2.3压电式免疫生物传感器

压电现象是一种晶体材料，当它沿着一定的方向受到压力时，会发生极化，从而导致其表面出现电荷，其电荷量的大小与压力强度成比例。其中，以硅氧烷、陶瓷为代表的压电体是最受关注的一类新型压电体。压电免疫生物传感器首先将抗体或抗原标记在石英晶体表面，在液相中，如果被测的抗原或抗体出现，那么它就是与石英晶体表面的对应的抗体或抗原，此时，石英晶体表面会出现质量的变化，同时受到压力也会发生变化。在交变激发电压作用下，石英晶体发生振荡频率的改变，其改变的强度与石英晶体表面固定的抗体，当相应的抗原或抗体结合导致其表面质量的变化时，可以通过检测石英晶体的振荡频率的改变，来计算被测抗原或抗体的含量。

3医疗检测中的免疫生物传感技术

各种微生物、体内多种蛋白和多肽物质都是抗原类物质，把它们的抗体作为免疫识别分子，固定在敏感载体上，利用它们的特异性识别并结合待测抗原，从而引起各种信号的变化，就可以实现对多种微生物和体内待测物质的检测。如果人体中出现了一种特定的抗体，通常表明人体中与或者曾经与相应的抗原分子有过接触，因此，对人体中与病菌产生的相应的抗体进行检测，对于确诊感染性疾病也是很有帮助的。当前免疫生物传感器在免疫学检验中的应用倍受关注。目前，该技术已经被用于对多种细菌，病毒，以及它们的毒素（例如：炭疽杆菌，鼠疫耶尔森菌，肉毒杆菌类毒素等）进行监测。目前，利用免疫生物传感技术进行防治医药领域的研究已取得了一定进展，主要集中在农药、工业废水等方面。近年来，随着可进行床旁诊断的便携免疫探针越来越受重视，这不但给病人带来了极大的便利，还能提高病人的诊断速度，有助于病人的疾病发生和发展。

结语

综上所述，免疫生物传感器开发依赖于生物技术、生物电子学和微电子学不断发展，虽然免疫生物传感器具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力， 但是到目前为止商品化的生物传感器种类有限，免疫生物传感器主要存在灵敏度低和非特异性吸附信号干扰的问题，与传统免疫检测方法相比，生物传感器有待于不断完善，提高灵敏度和重复性，降低干扰信号，简化操作，延长使用寿命。

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