叉指电极在生物传感器上的应用

更新时间:2015-04-29

        免疫传感器将免疫测定技术与生物传感技术相结合,是一种基于抗原抗体间特异性结合功能的生物传感器,具有特异性好、灵敏度高、检测速度快等特点,在生物分析、环境监测和食品安全等领域有着重要的应用价值以及广阔的应用前景。根据换能器类型的不同,免疫传感器可分为雷竞技网站、光学和压电免疫传感器。其中,雷竞技网站免疫传感器具有敏感、快速、成本低以及适于设计微小型系统的优点。

     阻抗测量中电极的特性对检测具有较大影响。统的阻抗法是将金属棒或金属丝直接浸入电解质中进行阻抗测量,为提高检测灵敏度,设计了不同几何形状的微电极。由于传统电极表面的半无限线性扩散层易使反应物损耗,而微电极表面的球形扩散场能够加快反应物的供给速率。因此,微电极比传统电极具有更高的灵敏度。在各种微电极中,叉指阵列微电极具有阻抗降低、快速建立稳态信号、信噪比高等优点,广泛应用于生物传感器的研究。在阻抗免疫传感器中,传统电极无法实现对生物识别元件引起的微弱阻抗信号的检测,将叉指电极与阻抗测量技术相结合,以叉指电极作为阻抗信号转换器能够显著提高免疫传感器检测灵敏度,便于研制灵敏、快速、特异、小型化、易操作的生物传感设备。

叉指电极的阻抗免疫传感器原理就是将特异性免疫反应与信号转换技术相结合,通过抗原抗体反应引起的信号变化实现对目标分析物的检测。研究表明,物理吸附在电极表面的绝缘蛋白质层和免疫反应复合物层能够有效地封闭电极表面,抑制电极间的电子传递,从而导致电子转移电阻值的增加。
 
 IDAM阻抗免疫传感器的应用
1.食品安全分析
1). 大肠杆菌检测
           以金IDAM为换能器的阻抗型免疫传感器,用于检测肉汤中培养的大肠杆菌K12。首先采用热氧化法在硅表面形成2μm厚的绝缘层,然后将大肠杆菌K12的特异性抗体固定在电极之间的绝缘层上,形成生物传感表面。生物传感器浸入待测溶液后,细菌被抗体捕获至电极表面会引起测量阻抗的变化。在纯培养基样品溶液中,该免疫传感器能够检测大肠杆菌K12的浓度范围为105-107cfu/mL。样品测试过程仅需5 min 。
2). 沙门氏菌检测
 将连接了生物索的沙门氏菌多克隆抗体固定在中性亲和素修饰的IDAM表面,并使用牛血清蛋白防止非特异性吸附。当电极表面的抗体捕获到沙门氏菌后,电极间的相对电容率减小,引起系统阻抗值的变化。实验结果表明,该传感器特异性好,且检出限比酶联免疫吸附法低一个数量级,整个检测过程需要的时间约为5h。
3). 莠去津检测
 将半抗原-蛋白结合物固定于IDAM表面,通过竞争性免疫测量法检测样品中是否含有莠去津。当抗体被电极表面的抗原捕获后,电极间阻抗会发生相应的变化,若待测样品中含有莠去津,部分抗体首先与其发生免疫反应,则捕获至电极表面的抗体将会减少,即样品中目标物浓度与电极表面捕获的抗体量呈反比。因此,系统阻抗信号与莠去津的浓度有关,该传感器的检出限可达(8. 34士1. 37)μg/L.
 2.  临床诊断
1). 微生物检测

         IDAM阻抗免疫传感器在高致病性禽流感病毒H5N1快速检测中有应用,选用50对长4985μm、宽15 μm、间距15 μm的金IDAM作为信号转换器,通过蛋白AH5N1表面抗原HA的多克隆抗体固定在电极上,然后用牛血清蛋白封闭电极表面,以减少检测过程中的非特异性吸附。蛋白A可吸附于金电极表面,形成比较稳定的膜,并且能够与IgG的Fc段结合,使抗体上与抗原决定簇发生结合反应的Fab段远离电极而伸向溶液。因此,以蛋白A为媒介的抗体固定方法不影响免疫反应活性,可以实现高效的免疫反应。当目标病毒H5N1被抗体捕获至电极表面时,IDAM间介质的阻抗会发生变化,采用红细胞作为生物标记,可进一步放大免疫反应引起的阻抗信号,提高系统检测的灵敏度。实验表明,该免疫传感器对样品中灭活H5N1病毒的响应范围为10~10EDI50/ML,非目标病毒(新城疫病毒、传染性支气管炎病毒)对目标病毒检测的干扰非常小,系统具有较好的特异性。