電化學(xué)免疫傳感器在腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)中的應(yīng)用

1、現(xiàn)代科學(xué)儀器Modern Scientific Instruments48第 5期2011年 10月N o. 5 O c t. 2011收稿日期:2011-09-15作者簡(jiǎn)介:朱禎敏 (1983- , 男, 碩士, 助教, 研究方向:生物醫(yī)學(xué)傳感器電化學(xué)免疫傳感器在腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)中的應(yīng)用朱禎敏(上海醫(yī)療器械高等?？茖W(xué)校醫(yī)用電子信息系 上海 200093摘要電化學(xué)免疫傳感器在床邊診斷中扮演很重要的角色?，F(xiàn)代電化學(xué)免疫傳感器有很高的靈敏度,可以用于腫瘤的 早期診斷。電化學(xué)儀器與納米材料的結(jié)合可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)腫瘤標(biāo)志物。電化學(xué)免疫傳感器給提高癌癥診斷和治療檢測(cè)的水 平帶來(lái)了希望。本文綜述了電化學(xué)免疫

2、傳感器在腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)中的研究現(xiàn)狀,對(duì)于最新進(jìn)展、所遇到的挑戰(zhàn)以及今后的發(fā) 展趨勢(shì)也給予了關(guān)注。中圖分類號(hào) Zhu ZhenminAbstract Electrochemical immunosensors have played a significant role in the transition towards point-of-care diagnostic devices. Modern electrochemical immunosensors offer remarkable sensitivity essential for early cancer detection. T

3、he coupling of electrochemical devices with nanoscale materials offers a unique multiplexing capability for simultaneous measurements of multiple tumor markers. The attractive properties of electrochemical immunosensors are extremely promising for improving the ef ciency of cancer diagnostics and th

4、erapy monitoring. This brief review focuses on the current research of immunosensors for tumor markers based on the electrochemical detection with emphasis on recent advances, challenges, and trends.Key words Electrochemical immunosensor; Tumor maker; Detection在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中, 往往伴隨著血液中 腫瘤標(biāo)志物含量的升高。所以, 確定

5、腫瘤標(biāo)志物的 含量, 在腫瘤的診斷、 預(yù)后判斷、 藥物作用監(jiān)測(cè)中有 很大作用 1。定量檢測(cè)腫瘤標(biāo)志物的方法通常是免疫測(cè)定 2。 然而傳統(tǒng)的免疫測(cè)定技術(shù)有耗費(fèi)時(shí)間、準(zhǔn) 確度不高、 難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等缺點(diǎn)。而免疫傳感器 能夠克服這些缺點(diǎn), 具有小型化、 半自動(dòng)、 便攜式等 特點(diǎn)。免疫傳感器可以檢測(cè)抗原與抗體的結(jié)合, 而且 不需要分離和洗滌步驟。免疫傳感器將免疫反應(yīng)的 特異性和物理?yè)Q能器的靈敏性與便捷性結(jié)合在一 起。免疫傳感器可以分為四類:電化學(xué)免疫傳感器、 光學(xué)免疫傳感器、 質(zhì)量免疫傳感器和熱量免疫傳感 器 3。免疫傳感器的進(jìn)展和應(yīng)用已有多篇綜述 4-9。由于電化學(xué)生物傳感器具有便攜、 簡(jiǎn)單、 使用

6、方 便、 價(jià)格合適、 一次性使用等特點(diǎn), 因 此它們可以 用在即時(shí)檢測(cè)儀器中。和傳感器一起使用的電化學(xué) 儀器已經(jīng)小型化到可以放入口袋中, 這樣可以使它 們居家使用或是在手術(shù)中使用。葡萄糖生物傳感器是使用最為廣泛的電化學(xué)生物傳感器的例子。另一個(gè)例子是 i.STAT。它將幾個(gè)電化學(xué)生物傳感器結(jié) 合在單張芯片上, 可以對(duì)臨床樣品的多個(gè)電解質(zhì)和 代謝物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)?；诳乖贵w反應(yīng)的電化學(xué)免 疫傳感器對(duì)早期癌癥診斷, 提供了很好的選擇性和 靈敏度。一系列的電化學(xué)免疫傳感器已投入使用, 這包括電位型、 電流 (安培 型、 電容型、 阻抗型。本 文將綜述電化學(xué)免疫傳感器在腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)中的 應(yīng)用。1 電 化

7、學(xué)免疫傳感器在腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)中的 應(yīng)用1.1電位型免疫傳感器電位型免疫傳感器是基于測(cè)量抗體、 抗原免疫 反應(yīng)后指示劑與參比電極之間的電位變化來(lái)進(jìn)行免 疫分析的 10。 Purvis 等報(bào)道了一種電位型免疫傳感 器, 在聚吡咯修飾的絲網(wǎng)印刷電極表面檢測(cè)酶標(biāo)免 疫復(fù)合物 11。梁茹萍等 12利用戊二醛交聯(lián) CA15-349第 5期2011年 10月抗體的電位型免疫傳感器用于乳腺癌 CA15-3的檢 測(cè), 獲得了良好的檢出限 (5 U/mL 和穩(wěn)定性 (30 d。Fu 等 13制備了 40 nm 的氧化鐵納米柱修飾碳 糊電極, 用于固定 CEA, 建立了測(cè)定 CEA 的電位型 免疫傳感器。其線性范圍

8、為 1.580g/L, 檢出 限為 0.9g/L。對(duì)臨床血液樣本的檢測(cè)結(jié)果與酶 聯(lián)免疫法相符合。Zhou 等 14將納米金吸附在溶于 PVC 的鄰苯二胺的氨基上, 制備了一種增塑的 PVC 膜的電位傳感器用于 -AFP響應(yīng)時(shí)間短 (4 min、 檢出限低 /L 。 1.2電流型免疫傳感器自 1979年 Aizawa 等 15人絨毛膜促性腺激素 (hCG來(lái),具有高敏感性, 在恒電位條件下測(cè)量通過(guò)電化學(xué)池 的電流, 待測(cè)物通過(guò)氧化還原反應(yīng)在傳感電極上產(chǎn) 生的電流與電極表面的待測(cè)物濃度成正比 (比電位 測(cè)量式系統(tǒng)中的對(duì)數(shù)相關(guān)性更易換算 , 結(jié)合酶的催 化作用, 可具有更高的靈敏度, 是免疫傳感分析中

9、發(fā) 展最快的領(lǐng)域。電流型免疫傳感器測(cè)量一般包括兩 個(gè)步驟:首先通過(guò)一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)或夾心式的免疫反應(yīng)將 酶標(biāo)記物結(jié)合在傳感器表面, 用一步或多步清洗步 驟洗去傳感器表面上沒(méi)有特異性結(jié)合的物質(zhì), 以消 除非特異性吸附的影響, 然后通過(guò)一個(gè)酶催化反應(yīng), 檢測(cè)免疫反應(yīng)所引起的電流變化進(jìn)行測(cè)定。Wilson 等 16采用雙電極的免疫傳感器同時(shí)采用安培法測(cè)定 了 CEA 和 AFP, 獲 得 了 1g/L 的 低 檢 出 限, 并 有 效抑制了交叉干擾。1.3電容型免疫傳感器電容型免疫傳感器是建立于免疫反應(yīng)所產(chǎn)生 或者消耗離子引起的溶液導(dǎo)電性的變化, 是一種高 靈敏免標(biāo)記型免疫傳感技術(shù)。電容型免疫傳感器同 其他

10、生物傳感器一樣, 敏感膜的制備技術(shù)尤為重要。 首先要求在金屬電極或者半導(dǎo)體表面形成一層電絕 緣層, 電容型免疫傳感器的成功與否在很大程度上 取 決 于 這 一 電 絕 緣 層。Fernandez-Sanchez 等 17研制了可以用于檢測(cè) PSA 的免疫傳感器。他們將對(duì) pH 敏感的聚合物附著在電化學(xué)傳感器的表面, 用于 快速而靈敏地檢測(cè)免疫反應(yīng)過(guò)程中的電容及阻抗變 化, 實(shí)現(xiàn)了對(duì) PSA 的靈敏檢測(cè)。Quershi 等 18在納 米晶鉆 ( NCD -interdigitated gold( GID 電極 表面固載抗體, 進(jìn)而通過(guò)電容法測(cè)定心血管標(biāo)記物 CRP。結(jié)果表明, 電容器的靈敏度表現(xiàn)

11、在兩個(gè)方面, 一是當(dāng)抗體與抗原結(jié)合后, 極化常數(shù)和弛豫時(shí)間常 數(shù)明顯增大, 二是傳感器的靈敏度與抗體濃度及施 加頻率緊密相關(guān)。1.4阻抗型免疫傳感器近年來(lái)阻抗型傳感器獲得了很多關(guān)注, 原因是 它們被歸類為免標(biāo)記的傳感器。阻抗型免疫傳感器 以小振幅的交流信號(hào)為擾動(dòng)信號(hào), 通過(guò)檢測(cè)修飾電 極的界面特性來(lái)檢測(cè)樣品中抗體 (抗原 目標(biāo)物。這 使 同時(shí)也一些研究組致 -抗 原相互作用的應(yīng)用研究 19, 20。Lasseter 等 19利用 電化學(xué)阻抗譜研究結(jié)合在工作電極上的蛋白質(zhì)自身 的電化學(xué)響應(yīng)。利用金、 硅、 玻碳電極上的生物素單 層膜來(lái)結(jié)合親和素, 無(wú)需輔助的氧化還原物質(zhì), 用電 化學(xué)阻抗譜可以檢

12、測(cè)納摩爾的親和素, 促進(jìn)了無(wú)標(biāo) 記電化學(xué)免疫傳感器的發(fā)展。Zhu 等 21報(bào)道了一種 在玻碳電極表面修飾金納米粒子, 進(jìn)而吸附 CEA 抗 體, 用鐵探針離子的阻抗特性來(lái)檢測(cè) CEA, 獲得了良 好的檢出限和靈敏度。Rajesh 等 22在 ITO 修飾電 極上利用自組裝膜固定 -CRP, 利用電化學(xué)阻抗 法檢測(cè) -CRP抗體與抗原的親和作用, 其檢出限 達(dá)到 3.5g /L。1.5與納米技術(shù)聯(lián)用納米技術(shù)的飛速發(fā)展為納米材料在化學(xué)與生 物傳感器中的應(yīng)用開(kāi)辟了新的方向, 由于納米材料 獨(dú)特的物理、 化學(xué)性質(zhì), 使其在化學(xué)與生物傳感方面 具有廣闊的應(yīng)用前景。納米材料在電化學(xué)免疫傳感 器中的應(yīng)用包括

13、納米粒子、 納米線、 碳納米管等 7。 Tang 等 23用磁性納米粒子對(duì)分析質(zhì)進(jìn)行分離和預(yù) 富集, 可以放大檢測(cè)信號(hào)。這個(gè)免疫傳感器可以同 時(shí) 檢 測(cè) AFP, CEA, CA 125, and CA 15-3四 個(gè)腫瘤標(biāo)志物, 檢測(cè)限低于 0.5g/L。Ramgir 等 24報(bào)道了用硅納米線作為模板對(duì)肺癌標(biāo)志物白細(xì)胞介 素 -10和骨橋蛋白進(jìn)行實(shí)時(shí)伏安檢測(cè)。Okuno 等 25用 SWNT(Single-walled carbon nanotube 修 飾的微電極陣列制作了免標(biāo)記的電化學(xué)免疫傳感 器, 對(duì) tPSA 進(jìn)行檢測(cè)。朱禎敏 :電化學(xué)免疫傳感器在腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)中的應(yīng)用Modern

14、Scientific Instruments50N o. 5O c t. 20112 結(jié)論與展望目前用于臨床腫瘤診斷的標(biāo)志物較多 , 但往往 因?yàn)槊舾行浴?特異性不夠理想 , 在腫瘤的篩查、 輔助 診斷中存在一些局限性。電化學(xué)免疫傳感器是集生 物學(xué)、 物理學(xué)、 化學(xué)及醫(yī)學(xué)為一體的一種新型傳感技 術(shù), 在生物醫(yī)學(xué)研究和臨床應(yīng)用上具有很大的應(yīng)用 前景。雖然現(xiàn)在電化學(xué)免疫傳感器在實(shí)際臨床診斷 方面還存在抗干擾能力弱、 多目標(biāo)檢測(cè)物同時(shí)檢測(cè) 能力差等缺點(diǎn), 但近年來(lái)電化學(xué)、 分子生物學(xué)、 材料 科學(xué)及電子學(xué)等多學(xué)科的融合與交叉,疫傳感器在生物醫(yī)學(xué)上的研究與應(yīng)用提供了很大的 發(fā)展空間。電化學(xué)免疫傳感器正

15、向高通量、 微型化、 商業(yè)化、 相 電揮重要作用。參考文獻(xiàn)1 H AYES D F, B AST R C, D ESCH C E, et al. Tumor marker utility grading system: a framework to evaluate clinical utility of tumor markersJ. J Natl Cancer Inst, 1996, 88(20: 1456-662 L OWE C R. Analytical biotechnologyJ. Curr Opin Biotechnol, 1996, 7(1: 1-33 L UPPA P B,

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