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                叉指電極在生物傳感器上的應用

                更新時間:2015-04-29

                ??????? 免疫傳感器將免疫測定技術與生物傳感技術相結合,是一種基于抗原抗體間特異性結合功能的生物傳感器,具有特異性好、靈敏度高、檢測速度快等特點,在生物分析、環境監測和食品安全等領域有著重要的應用價值以及廣闊的應用前景。根據換能器類型的不同,免疫傳感器可分為電化學、光學和壓電免疫傳感器。其中,電化學免疫傳感器具有敏感、快速、成本低以及適于設計微小型系統的優點。

                ???? 阻抗測量中電極的特性對檢測具有較大影響。統的阻抗法是將金屬棒或金屬絲直接浸入電解質中進行阻抗測量,為提高檢測靈敏度,設計了不同幾何形狀的微電極。由于傳統電極表面的半無限線性擴散層易使反應物損耗,而微電極表面的球形擴散場能夠加快反應物的供給速率。因此,微電極比傳統電極具有更高的靈敏度。在各種微電極中,叉指陣列微電極具有阻抗降低、快速建立穩態信號、信噪比高等優點,廣泛應用于生物傳感器的研究。在阻抗免疫傳感器中,傳統電極無法實現對生物識別元件引起的微弱阻抗信號的檢測,將叉指電極與阻抗測量技術相結合,以叉指電極作為阻抗信號轉換器能夠顯著提高免疫傳感器檢測靈敏度,便于研制靈敏、快速、特異、小型化、易操作的生物傳感設備。

                叉指電極的阻抗免疫傳感器原理就是將特異性免疫反應與信號轉換技術相結合,通過抗原抗體反應引起的信號變化實現對目標分析物的檢測。研究表明,物理吸附在電極表面的絕緣蛋白質層和免疫反應復合物層能夠有效地封閉電極表面,抑制電極間的電子傳遞,從而導致電子轉移電阻值的增加。
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                ?IDAM阻抗免疫傳感器的應用
                1.食品安全分析
                1).?大腸桿菌檢測
                ?????????? 以金IDAM為換能器的阻抗型免疫傳感器,用于檢測肉湯中培養的大腸桿菌K12。首先采用熱氧化法在硅表面形成2μm厚的絕緣層,然后將大腸桿菌K12的特異性抗體固定在電極之間的絕緣層上,形成生物傳感表面。生物傳感器浸入待測溶液后,細菌被抗體捕獲至電極表面會引起測量阻抗的變化。在純培養基樣品溶液中,該免疫傳感器能夠檢測大腸桿菌K12的濃度范圍為105-107cfu/mL。樣品測試過程僅需5 min 。
                2).?沙門氏菌檢測
                ?將連接了生物索的沙門氏菌多克隆抗體固定在中性親和素修飾的IDAM表面,并使用牛血清蛋白防止非特異性吸附。當電極表面的抗體捕獲到沙門氏菌后,電極間的相對電容率減小,引起系統阻抗值的變化。實驗結果表明,該傳感器特異性好,且檢出限比酶聯免疫吸附法低一個數量級,整個檢測過程需要的時間約為5h。
                3).?莠去津檢測
                ?將半抗原-蛋白結合物固定于IDAM表面,通過競爭性免疫測量法檢測樣品中是否含有莠去津。當抗體被電極表面的抗原捕獲后,電極間阻抗會發生相應的變化,若待測樣品中含有莠去津,部分抗體首先與其發生免疫反應,則捕獲至電極表面的抗體將會減少,即樣品中目標物濃度與電極表面捕獲的抗體量呈反比。因此,系統阻抗信號與莠去津的濃度有關,該傳感器的檢出限可達(8. 34士1. 37)μg/L.
                ?2.? 臨床診斷
                1).?微生物檢測

                ???????? IDAM阻抗免疫傳感器在高致病性禽流感病毒H5N1快速檢測中有應用,選用50對長4985μm、寬15 μm、間距15 μm的金IDAM作為信號轉換器,通過蛋白AH5N1表面抗原HA的多克隆抗體固定在電極上,然后用牛血清蛋白封閉電極表面,以減少檢測過程中的非特異性吸附。蛋白A可吸附于金電極表面,形成比較穩定的膜,并且能夠與IgG的Fc段結合,使抗體上與抗原決定簇發生結合反應的Fab段遠離電極而伸向溶液。因此,以蛋白A為媒介的抗體固定方法不影響免疫反應活性,可以實現高效的免疫反應。當目標病毒H5N1被抗體捕獲至電極表面時,IDAM間介質的阻抗會發生變化,采用紅細胞作為生物標記,可進一步放大免疫反應引起的阻抗信號,提高系統檢測的靈敏度。實驗表明,該免疫傳感器對樣品中滅活H5N1病毒的響應范圍為10~10EDI50/ML,非目標病毒(新城疫病毒、傳染性支氣管炎病毒)對目標病毒檢測的干擾非常小,系統具有較好的特異性。

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