技術(shù)文章
Technical articles基于抗體抗原“特異性結(jié)合"的免疫分析已被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室研究和臨床診斷中。其中,酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)是一種經(jīng)典且功能強(qiáng)大的生化傳感技術(shù),可通過生物酶反應(yīng)和化學(xué)比色法對超低濃度分析物進(jìn)行定量。ELISA已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷、環(huán)境分析和食品安全等領(lǐng)域。然而,在傳統(tǒng)ELISA檢測中,抗原或抗體被包覆到多孔板(例如,96孔板)的孔壁上,這導(dǎo)致了三個(gè)主要缺點(diǎn):(ⅰ) 由于所有步驟都在同一槽內(nèi)進(jìn)行,因此在每步反應(yīng)前后需要多次清洗,以去除未結(jié)合的殘留試劑和非特異性相互作用的分子,這給檢測人員造成了繁重的體力勞動(dòng);(ⅱ) 此外,由于操作中存在的差異性也可能為檢測結(jié)果帶來誤差。(ⅲ)檢測物與抗原抗體是通過被動(dòng)的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)結(jié)合,因此傳統(tǒng)的ELISA檢測需要較長的孵育時(shí)間。以上原因都造成了傳統(tǒng)ELISA檢測效率低的問題。
近日,哈爾濱工業(yè)大學(xué)馬星課題組提出了棒狀磁驅(qū)動(dòng)納米機(jī)器人(MNR)作為可操作的免疫分析探針,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)高效的ELISA分析方法,稱為納米機(jī)器人激活ELISA(nR-ELISA)。為了制備MNR,研究人員利用外部磁場輔助實(shí)現(xiàn)Fe3O4磁性顆粒的自組裝以及在其表層原位生長一層剛性氧化硅(SiO2)。緊接著將捕獲抗體(Ab1)通過法學(xué)法修飾到其表面,最終成功制備了磁性可操作免疫分析探針(MNR-Ab1)。通過數(shù)值模擬研究了微尺度下MNR周圍的流體速度分布,并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了主動(dòng)旋轉(zhuǎn)MNR能夠提高混合效率。為了使傳統(tǒng)的ELISA檢測過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,研究人員通過三維打印設(shè)計(jì)并使用面投影微立體光刻技術(shù)(nanoArch P150, 摩方精密)制造了一個(gè)由三個(gè)功能槽組成的檢測單元。MNR-Ab1在外部磁場的作用下,通過微通道實(shí)現(xiàn)在不同的功能槽間運(yùn)動(dòng),參與不同的階段的生化反應(yīng)。主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的MNR-Ab1s可以在微尺度下,通過加速物質(zhì)交換實(shí)現(xiàn)抗原/抗體與待檢測物的快速結(jié)合,從而達(dá)到縮短培養(yǎng)時(shí)間的目的。該工作實(shí)現(xiàn)了ELISA檢測的自動(dòng)化。在未來,為了實(shí)現(xiàn)ELISA的高通量檢測,研究人員擬采用亥姆霍茲線圈來替代目前磁場發(fā)生器。并且通過數(shù)值模擬的方法證明了:亥姆霍茲線圈不僅可以提供足夠大的操作空間,同時(shí)空間內(nèi)的磁場偏差較小(<1.6%),是未來發(fā)展高通量自動(dòng)化ELISA檢測理想的選擇。該工作將磁性微/納米機(jī)器人應(yīng)用到自動(dòng)高效ELISA的檢測中,不僅在未來的即時(shí)檢測(POCT)中具有巨大的潛力,而且將具有自驅(qū)能力的微/納米機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用擴(kuò)展到分析化學(xué)領(lǐng)域。相關(guān)研究結(jié)果以“Magnetic Nano-Robots as Maneuverable Immunoassay Probes for Automated and Efficient Enzyme Linked Immunosorbent Assay"為題發(fā)表于《ACS Nano》。
圖1 磁性納米機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和高效的ELISA(nR ELISA)分析示意圖。
圖2 MNR的制備和運(yùn)動(dòng)特性表征。
圖3 MNRs實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化ELISA檢測。采用摩方精密P150面投影微立體光刻技術(shù)打印了檢測單元。如圖b所示,微通道的狹縫寬度為200 μm,狹縫間距為300 μm。