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免疫分析探針磁性奈米機器人用於自動化和高效酶聯免疫吸附檢測

釋出時間◕·:2022-09-09      點選次數◕·:435



基於抗體抗原“特異性結合"的免疫分析已被廣泛用於實驗室研究和臨床診斷中│₪╃₪。其中│◕•,酶聯免疫吸附試驗(ELISA)是一種經典且功能強大的生化感測技術│◕•,可透過生物酶反應和化學比色法對超低濃度分析物進行定量│₪╃₪。ELISA已廣泛應用於醫療診斷╃╃◕╃☁、環境分析和食品安全等領域│₪╃₪。然而│◕•,在傳統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│◕•,這導致了三個主要缺點◕·:(ⅰ) 由於所有步驟都在同一槽內進行│◕•,因此在每步反應前後需要多次清洗│◕•,以去除未結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;(ⅱ) 此外│◕•,由於操作中存在的差異性也可能為檢測結果帶來誤差│₪╃₪。(ⅲ)檢測物與抗原抗體是透過被動的擴散來實現結合│◕•,因此傳統的ELISA檢測需要較長的孵育時間│₪╃₪。以上原因都造成了傳統ELISA檢測效率低的問題│₪╃₪。


近日│◕•,哈爾濱工業大學馬星課題組提出了棒狀磁驅動奈米機器人(MNR)作為可操作的免疫分析探針│◕•,實現自動高效的ELISA分析方法│◕•,稱為奈米機器人啟用ELISA(nR-ELISA)│₪╃₪。為了製備MNR│◕•,研究人員利用外部磁場輔助實現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矽(SiO2)│₪╃₪。緊接著將捕獲抗體(Ab1)透過法學法修飾到其表面│◕•,最終成功製備了磁性可操作免疫分析探針(MNR-Ab1)│₪╃₪。透過數值模擬研究了微尺度下MNR周圍的流體速度分佈│◕•,並透過實驗結果驗證了主動旋轉MNR能夠提高混合效率│₪╃₪。為了使傳統的ELISA檢測過程實現自動化│◕•,研究人員透過三維列印設計並使用面投影微立體光刻技術(nanoArch P150, 摩方精密)製造了一個由三個功能槽組成的檢測單元│₪╃₪。MNR-Ab1在外部磁場的作用下│◕•,透過微通道實現在不同的功能槽間運動│◕•,參與不同的階段的生化反應│₪╃₪。主動旋轉的MNR-Ab1s可以在微尺度下│◕•,透過加速物質交換實現抗原/抗體與待檢測物的快速結合│◕•,從而達到縮短培養時間的目的│₪╃₪。該工作實現了ELISA檢測的自動化│₪╃₪。在未來│◕•,為了實現ELISA的高通量檢測│◕•,研究人員擬採用亥姆霍茲線圈來替代目前磁場發生器│₪╃₪。並且透過數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│◕•,同時空間內的磁場偏差較小(<1.6%)│◕•,是未來發展高通量自動化ELISA檢測理想的選擇│₪╃₪。該工作將磁性微/奈米機器人應用到自動高效ELISA的檢測中│◕•,不僅在未來的即時檢測(POCT)中具有巨大的潛力│◕•,而且將具有自驅能力的微/奈米機器人的實際應用擴充套件到分析化學領域│₪╃₪。相關研究結果以“Magnetic Nano-Robots as Maneuverable Immunoassay Probes for Automated and Efficient Enzyme Linked Immunosorbent Assay"為題發表於《ACS Nano》│₪╃₪。



圖1 磁性奈米機器人實現了自動化和高效的ELISA(nR ELISA)分析示意圖│₪╃₪。



圖2 MNR的製備和運動特性表徵│₪╃₪。



圖3 MNRs實現了自動化ELISA檢測│₪╃₪。採用摩方精密P150面投影微立體光刻技術列印了檢測單元│₪╃₪。如圖b所示│◕•,微通道的狹縫寬度為200 μm│◕•,狹縫間距為300 μm│₪╃₪。




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