納米探針與診斷技術(shù)課件

1、 納米探針與診斷技術(shù)衛(wèi)生部肝膽腸外科研究中心 王自明 納米探針的概念 納米探針是一種能探測(cè)單個(gè)活細(xì)胞的新型超微生物傳感器.探頭尺寸僅為納米量級(jí)(1-100nm)。作為生物傳感技術(shù)領(lǐng)域迅猛發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型傳感器,具有體積小、能在細(xì)胞內(nèi)實(shí)時(shí)測(cè)量、對(duì)細(xì)胞無(wú)損傷或微損傷等諸多特點(diǎn)，是研究單細(xì)胞最基本的技術(shù)。在生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。一、生物傳感器1、概念： 生物傳感器是以生物學(xué)組件為功能性識(shí)別元件,識(shí)別和感知目的被測(cè)量并將其按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為可識(shí)別信號(hào)的器件或裝置。是用生物活性材料（酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、抗原、生物膜等）與物理化學(xué)換能器有機(jī)結(jié)合的一門交叉學(xué)科,也是物質(zhì)分子水平的

2、快速、微量分析方法。(biosensor) 2、組 成： 1、感受器： 分子識(shí)別元件， 由具有分子識(shí)別能力的生物活性物質(zhì)構(gòu)成; 2、換能器： 電化學(xué)或光學(xué)轉(zhuǎn)換元件。 二者組合在一起，用現(xiàn)代微電子和自動(dòng)化儀表技術(shù)進(jìn)行生物信號(hào)的再加工，構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。 3、特 點(diǎn)： （1）選擇性好，專一性強(qiáng)；（只對(duì)特定的底物起反應(yīng),而且不受顏色、濁度的影響。） （2）靈敏度高，分析速度快；（可以在一分鐘得到結(jié)果。） （3）樣品需要量少，準(zhǔn)確度高；（一般相對(duì)誤差可以達(dá)到1） （4）操作系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單 ；（容易實(shí)現(xiàn)微型化及自動(dòng)分析） （5）成本低；（在連續(xù)使用時(shí)，每例測(cè)定僅需要幾分錢人

3、民幣。）4、分 類：（1）按照其感受器中所采用的生命物質(zhì)可分為：DNA傳感器免疫傳感器酶?jìng)鞲衅骷?xì)胞傳感器微生物傳感器等等（2）按照生物敏感物質(zhì)相互作用的類型可分為：親和型代謝型 （3）按照傳感器器件檢測(cè)的原理分類： 認(rèn)為生物傳感器是基于電化學(xué)或光學(xué)傳感的原理,原則上可分為： 電化學(xué)式：包括電位式、電流式、電導(dǎo)式； 光學(xué)式：包括吸光式、反光式、發(fā)光式。二、納米技術(shù)與生物傳感器 納米技術(shù)(nanometer technology）是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。其主要針對(duì)1100之間的尺寸,該尺寸處在原子、分子為代表的微觀世界和宏觀物體交界的過(guò)渡區(qū)域,這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏

4、觀系統(tǒng),突出表現(xiàn)為表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)四大效應(yīng). 納米材料從根本上改變了材料的結(jié)構(gòu),被公認(rèn)為是21世紀(jì)最具有前途的科研領(lǐng)域，是國(guó)際生物技術(shù)領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題,在醫(yī)藥衛(wèi)生,食品生產(chǎn)和監(jiān)控,環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和明確的產(chǎn)業(yè)化前景。 近年來(lái),納米技術(shù)逐步進(jìn)入生物傳感器領(lǐng)域,引發(fā)突破性的進(jìn)展,在疾病的診斷、治療和衛(wèi)生保健方面發(fā)揮重要作用。一）納米顆粒與生物傳感器 1、納米顆粒標(biāo)記 磁性納米顆?？蓸?biāo)記識(shí)別因子,其與腫瘤表面的靶標(biāo)識(shí)別器結(jié)合后,可在體外測(cè)定磁性顆粒在體內(nèi)的分布和位置,從而對(duì)腫瘤的定位。 納米金對(duì)許多生物人分子都有很強(qiáng)的吸附作用,且吸附后不會(huì)使生物分子變性

5、,當(dāng)其與抗體結(jié)合后便可用來(lái)檢測(cè)抗原；DNA經(jīng)硫醇化后可固定于納米金上，一個(gè)顆粒最多可結(jié)合幾百個(gè)DNA分子,將其浸入溶液中便可捕獲待測(cè)液中的靶 DNA 。 2、納米顆粒用作固定載體 納米粒子具有高比表面積,用于生物分子的固定,可以增加固定的分子數(shù)量,從而增強(qiáng)反應(yīng)信號(hào)。 Singh等人用solgel方法合成硅納米顆粒,其直徑為20或200，該納米顆粒用于固定乙酰膽堿脂酶,構(gòu)建有機(jī)磷農(nóng)藥生物傳感器，具有較高的比表活性,結(jié)合離子敏場(chǎng)效應(yīng)管檢測(cè),響應(yīng)迅速(10),靈敏度高,對(duì)Para Oxon殺蟲(chóng)劑的檢測(cè)下限可達(dá)110-6mol/3、智能納米顆粒 通過(guò)摻雜丁二炔單體進(jìn)入兩親性的磷脂納米顆粒小體,在紫外照

6、射下聚合,形成穩(wěn)定的微組裝結(jié)構(gòu)。在聚丁二炔的頭端修飾上具有特異識(shí)別功能的生物分子,在溶液狀態(tài)下,待測(cè)分子的結(jié)合拉動(dòng)聚丁二炔納米顆粒的結(jié)構(gòu)變化,從而產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的藍(lán)-紅顏色變化,結(jié)合紫外檢測(cè),結(jié)果更為靈敏,該方法有可能發(fā)展成一種簡(jiǎn)單、方便的新型智能生物傳感器。二）多孔納米結(jié)構(gòu)與生物傳感器 1、納米微管用于生物分子的固定 如：聚吡咯納米微管固定法： Miao等利用化學(xué)或電化學(xué)方法使吡咯單體在模板孔隙中生長(zhǎng),以得到與模板相應(yīng)結(jié)構(gòu)的納米管。這種微管具有統(tǒng)一直徑,上下連通,管壁多孔的特點(diǎn)。它具有較大的比表面積,能容納大量的酶分子,并減少反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散障礙,有效地提高酶電極的性能。 2、納米多孔硅薄膜

7、 對(duì)單晶硅進(jìn)行電化學(xué)腐蝕可以得到具有納米孔徑的多孔硅,這種材料具有室溫可見(jiàn)發(fā)光和高比表面積(5002/3)特性, 增加了可固定敏感分子的數(shù)量,從而提高了靈敏度。 在多孔硅的表面固定抗體或者等敏感分子,通過(guò)檢測(cè)光干涉和折射率的變化,從而構(gòu)建了一種新型的免疫標(biāo)記生物傳感器,用于 的檢測(cè),靈敏度可達(dá)194.2/。三）納米器件與生物傳感器 1、納米電線 Rakitin等人的研究發(fā)現(xiàn)鋅、鎳、鈷等離子能夠并入的雙螺旋的中心,在高值等基本條件下,可以穩(wěn)定含有金屬離子的狀態(tài),獲得了導(dǎo)電的電線。并且,此類金屬化的仍然保持選擇性結(jié)合其它分子的能力。利用該特點(diǎn),可以開(kāi)發(fā)遺傳畸變探測(cè)生物傳感器。2、手持式納米生物傳感

8、器 （悉尼海灣的一粒方塘） 澳大利亞有限公司悉尼實(shí)驗(yàn)室研制出一種手持式納米生物傳感器，通過(guò)模擬細(xì)胞膜,形成具有開(kāi)關(guān)功能的離子通道,當(dāng)敏感膜與樣本中的受體結(jié)合,引起離子通道的關(guān)閉,從而影響導(dǎo)電性能。這種納米檢測(cè)儀非常靈敏,可檢測(cè)分子的下限相當(dāng)于悉尼海灣里溶解的一粒方糖。其用途非常廣泛,一個(gè)拇指甲大小的傳感器能在幾分鐘內(nèi),可從病人的體液中確認(rèn)病因。3、納米微懸梁生物傳感器 公司和瑞典Basel大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)一種新型的納米微懸梁生物傳感器,利用分子的雙螺旋機(jī)構(gòu),作為分子特異性識(shí)別能力的模型。 器件的核心是硅懸梁天平陣列,長(zhǎng)500,寬100,厚度為1。由于生物分子的結(jié)合,從而引起懸梁臂的彎曲,通過(guò)

9、激光反射技術(shù),該器件能夠檢測(cè)到1020的彎曲。在懸梁天平陣列表面固定具有不同識(shí)別性的分子,構(gòu)成陣列式生物傳感器,可以同時(shí)檢測(cè)多項(xiàng)指標(biāo)。三、半導(dǎo)體量子點(diǎn)熒光探針 是基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)(quantum dots , QD)發(fā)展起來(lái)的生物親和性多功能納米熒光探針.具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，能在活體內(nèi)或活細(xì)胞生理?xiàng)l件下對(duì)多種活細(xì)胞和活細(xì)胞內(nèi)多種生物分子“編碼”標(biāo)記后，同時(shí)進(jìn)行多組分、多色彩的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)研究，在醫(yī)學(xué)研究和診斷技術(shù)的開(kāi)發(fā)中有廣闊的應(yīng)用前景。一）基本組成結(jié)構(gòu)及光學(xué)特征1、組成結(jié)構(gòu)： 半導(dǎo)體量子點(diǎn)或稱為半導(dǎo)體納米微晶體(scmiconductor nanocrystal )，它是由一族元素(如CdSe,

10、CdS等)或一V族元素(如InP, InAs)組成的尺寸小于1OOnm的半導(dǎo)體納米微晶體。 當(dāng)這些半導(dǎo)體納米微晶體的直徑小于其玻爾直徑( lOnm)時(shí)，這些半導(dǎo)體納米微晶體由于受到量子尺寸效應(yīng)和介電限域效應(yīng)的影響，表現(xiàn)出其獨(dú)特的光學(xué)特征。2、光學(xué)特性 激發(fā)光波長(zhǎng)范圍寬且連續(xù)分布，而發(fā)射波長(zhǎng)的范圍窄且呈對(duì)稱分布，斯托克斯位移大，不同半導(dǎo)體材料的量子點(diǎn)或同一材料不同粒徑大小的量子點(diǎn)在同一光源照射下發(fā)射出不同顏色的光. 具有嚴(yán)格的量子尺寸效應(yīng)，通過(guò)改變量子點(diǎn)粒徑大小可獲得從紫外到近紅外范圍(即從藍(lán)色到紅色波長(zhǎng)范圍)內(nèi)任意點(diǎn)的光譜。 量子點(diǎn)的這些光特征十分適合于醫(yī)學(xué)研究中常常需要在活細(xì)胞體系或活體內(nèi)同

11、時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)多種細(xì)胞間的相互作用或細(xì)胞在受到某種內(nèi)外刺激時(shí)其細(xì)胞內(nèi)多種生物分子的變化情況。 半導(dǎo)體量子點(diǎn)熒光量子產(chǎn)率高，發(fā)光度強(qiáng)，光化學(xué)穩(wěn)定性好，不易被光解或漂白。 核一殼結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體量子點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度比目前用的有機(jī)熒光染料分子強(qiáng)20倍，光化學(xué)穩(wěn)定性則提高了100倍以上，這有利于對(duì)標(biāo)記物進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的觀察研究。 二）生理?xiàng)l件下在惡性腫瘤中的研究 目前通過(guò)在量子點(diǎn)表面包覆一層親水性的物質(zhì)或在其表面修飾上親水性的官能基團(tuán)，使半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有水溶性和生物相容性，同時(shí)利用量子點(diǎn)表面親水性包覆層或修飾的親水性官能團(tuán)，通過(guò)靜電引力、化學(xué)鍵結(jié)合、抗原抗體結(jié)合、受體配體結(jié)合和生物素結(jié)合等方法實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)熒光探針與靶細(xì)

12、胞或細(xì)胞內(nèi)研究的對(duì)象生物分子特異性地結(jié)合。1、對(duì)腫瘤細(xì)胞同時(shí)進(jìn)行多通道、長(zhǎng)時(shí)間的觀察 Wu等用鏈酶親合素(streptavidin)與不同粒徑的量子點(diǎn)連接，制備了量子點(diǎn)一鏈酶親合熒光探針(QDs-streptavidin )，分別連接抗體和生物素，通過(guò)抗原一抗體結(jié)合法和生物素法分別同時(shí)特異性地標(biāo)記乳腺癌細(xì)胞膜上Her2受體蛋白、細(xì)胞質(zhì)中微管蛋白和細(xì)胞核中核抗原蛋白，在同一光源照射下，觀察到不同顏色、極易區(qū)別的熒光，達(dá)到了對(duì)活細(xì)胞內(nèi)多種蛋白分子的直接“閱讀”。 Jaswal等用兩種方法分別對(duì)HeLa細(xì)胞用量子點(diǎn)標(biāo)記，首先用二氫葉酸包裹量子點(diǎn)，然后通過(guò)內(nèi)吞作用將量子點(diǎn)標(biāo)記在HeLa細(xì)胞的囊泡內(nèi)，標(biāo)

13、記的量子點(diǎn)第12天仍穩(wěn)定存在于細(xì)胞中;另外通過(guò)量子點(diǎn)與生物素連接而成的量子點(diǎn)一生物素(QDs-avidin )熒光探針，對(duì)表面生物素化的HeLa細(xì)胞膜進(jìn)行特異性的標(biāo)記，結(jié)果表明:標(biāo)記的半導(dǎo)體量子點(diǎn)在活細(xì)胞內(nèi)能連續(xù)承受激發(fā)光(5Omw,488nm laser)照射14小時(shí)而熒光強(qiáng)度不發(fā)生明顯的減退，在12天后細(xì)胞內(nèi)仍能檢測(cè)到可見(jiàn)熒光。2、對(duì)生物分子的運(yùn)動(dòng)、分布及信號(hào)傳導(dǎo)的研究 Lidke等用量子點(diǎn)聯(lián)合熒光蛋白技術(shù)對(duì)人表皮癌細(xì)胞A431的HER家族e(cuò)rbB介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)進(jìn)行可視化的研究.他們先將人表皮癌細(xì)胞A431的erbBl ,erbB2分別與綠色熒光蛋白和黃色熒光蛋白融合，得到穩(wěn)定的表達(dá)后，將

14、量子點(diǎn)與表皮生長(zhǎng)因子(EGF)連接而成量子點(diǎn)一表皮生長(zhǎng)因子熒光探針( QDs-EGF)，直接可視化觀察了QDs-EGI與erbB受體的相互作用以及這些信號(hào)分子受刺激后它們的運(yùn)動(dòng)情況。3、非侵入性活體成像 Kim等用量子點(diǎn)熒光探針研究乳腺癌的前哨淋巴結(jié).用磷酸氫包裹發(fā)射波長(zhǎng)為840一860nm的量子點(diǎn)，然后將量子點(diǎn)分別通過(guò)小鼠模型的足墊皮內(nèi)和豬模型的股部皮內(nèi)注射，通過(guò)活體成像在體外可分別清楚顯示距皮膚1 cm下的腹股溝和腋下前哨淋巴結(jié)以及周圍的淋巴管道，并經(jīng)手術(shù)切除后組織學(xué)證實(shí)該方法的特異性，達(dá)到了體外對(duì)前哨淋巴結(jié)“光學(xué)活檢”的目的。三）CdTe量子點(diǎn)熒光探針的研制 自2019年開(kāi)始本中心納米實(shí)

15、驗(yàn)室開(kāi)展水相合成CdTe量子點(diǎn)及其應(yīng)用的相關(guān)研究,2019年兩位生物醫(yī)學(xué)工程碩士學(xué)位研究生在畢業(yè)論文答辯中報(bào)告了CdTe量子點(diǎn)在生物標(biāo)記、基因轉(zhuǎn)染和腫瘤光動(dòng)力學(xué)治療方面的研究成果，得到答辯委員會(huì)各為專家的高度評(píng)價(jià)。水相合成CdTe量子點(diǎn)熒光探針簡(jiǎn)介主要材料水相合成CdTe量子點(diǎn)熒光探針簡(jiǎn)介主要材料實(shí)驗(yàn)方法水相合成CdTe量子點(diǎn)熒光探針簡(jiǎn)介水相合成CdTe量子點(diǎn)熒光探針簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)方法水相合成CdTe量子點(diǎn)熒光探針簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)方法（四）量子點(diǎn)偶聯(lián)蛋白水相合成CdTe量子點(diǎn)熒光探針簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果水相合成CdTe量子點(diǎn)熒光探針簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)結(jié)果水相合成CdTe量子點(diǎn)熒光探針簡(jiǎn)介四、納米磷光探針的制備及 特征

16、 納米磷光探針是將磷光染料包埋或鍵合在生物兼容性好的惰性基質(zhì)中，利用微注射、基因槍轟擊、脂質(zhì)體轉(zhuǎn)移等方法將其轉(zhuǎn)入細(xì)胞中，從而對(duì)細(xì)胞內(nèi)的特定物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。 同熒光相比，磷光具有較大的Stokes位移、與激發(fā)光譜重疊少，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此其具有更好的選擇性。一）納米磷光探針的制備試劑：1一溴一2一甲基萘(ACROS，ORGANICS)；甲基丙烯酸(ACROS，ORGANICS)；硫酸銅(北京化學(xué)試劑三廠，分析純)；烯丙基溴 (ACROS，ORGANICS)；十二烷基硫酸鈉(天津市博迪化工有限公司，分析純)；氯化汞(北京化工廠，分析純)；氯化鋇，氯化鈣，氯化鈷，硫酸鋅，氯化鎳等納米磷光探針的制備儀

17、器：熒光光譜儀(Cary Eclipse，Vafian)，Jy92一超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)(寧波新芝生物科技股份有限公司)；TEM電子透射掃描儀(HITACHIH一600)；透析袋(上海生工，SP133116)；TU一1901紫外一可見(jiàn)吸收光譜儀(北京普析通用公司)。納米磷光探針的制備制備方法：1、 2 g鎂粉和7 mL的烯丙基溴反應(yīng)制得Grignard試劑。2、用1-溴-2-甲基萘同N-溴代丁二酰亞胺反應(yīng)得到1-溴-2-溴甲基萘(BBN)。3、取l-溴-2-溴甲基萘1045 g，與 Grignard試劑反應(yīng)，得到1-溴-2-(3-丁烯基)萘 4、硅膠柱進(jìn)一步純化，再用乙醇配成0107 molL溶液

18、。取甲基丙烯酸與適量十二烷基硫酸鈉，二次水定容至40 mL。在超聲下攪拌 。 納米磷光探針的制備結(jié) 果： 磷光納米探針顆粒平均尺寸為(4010)nm，分布在30-50 nm之間的數(shù)量占到85 。 二）納米磷光探針的特征分析納米磷光探針的磷光光譜： 在波長(zhǎng)為288nm光激發(fā)下磷光發(fā)射帶峰值為532 nm，在不通氮除氧的條件下磷光強(qiáng)度為149。在通入N 的條件下可以得到強(qiáng)度為633的磷光. 納米磷光探針的特征分析溶劑極性對(duì)探針磷光的影響三種溶劑對(duì)納米探針磷光強(qiáng)度影響所對(duì)應(yīng)的猝滅方程分別為：Ya=-0.487 +6O.2；yb=-0.709x+6O.5；yc=-0.767 + 58.8(探針在極性強(qiáng)

19、的溶液中穩(wěn)定性更好 )納米磷光探針的特征分析磷光探針對(duì)銅離子的傳感 濃度在1.010 1.010-4 molL范圍內(nèi)，納米探針的磷光強(qiáng)度逐漸衰減.Stern-Volmer猝滅常數(shù)Ksv=2.48lOs 納米磷光探針的特征各種金屬離子對(duì)納米探針的磷光強(qiáng)度影響 金屬離子在1.0101.010-3molL范圍內(nèi)，納米探針的磷光強(qiáng)度變化很小，但隨Hg2 濃度的增加，納米探針的磷光增強(qiáng) 三）、結(jié)論: 在優(yōu)選的條件下合成的生物兼容性的聚甲基丙烯酸基納米磷光探針具有很好的水溶性，在非除氧條件下，產(chǎn)生較強(qiáng)的磷光發(fā)射信號(hào)。 1.0 x 10 molL的銅離子對(duì)磷光信號(hào)具有較好的選擇性猝滅作用，可用于生物條件下的

20、銅離子傳感。五、光纖納米探針 光纖傳感器是當(dāng)分子識(shí)別元件與底物(待測(cè)物)特異結(jié)合后,產(chǎn)生可以輸出的特征光學(xué)信號(hào)(熒光、顏色變化等),從而分析檢測(cè)待測(cè)物的傳感器。運(yùn)用納米光纖探針和納米級(jí)的識(shí)別元件可檢測(cè)微環(huán)境中的生物、化學(xué)物質(zhì)，能夠監(jiān)測(cè)微環(huán)境(如:細(xì)胞、亞細(xì)胞結(jié)構(gòu))中各成分濃度的漸變以及其在空間的不均一性。 其主要包括光纖熒光生物傳感器、光纖免疫傳感器、 分子信標(biāo)傳感器 、無(wú)轉(zhuǎn)換器的細(xì)胞內(nèi)生物傳感器等。一）光纖納米熒光傳感器 工作原理： 在光纖頭部固定熒光劑,熒光劑與質(zhì)子發(fā)生可逆反應(yīng)時(shí),引起試劑相光學(xué)性質(zhì)的變化,光變信號(hào)由光纖傳輸,測(cè)定熒光強(qiáng)度的變化,以檢測(cè)定底物濃度或PH值。制作方法：1）將光

21、纖用光纖拉制儀制成頭部直徑為1001000的光纖探針；2）用真空蒸發(fā)器在光纖表面鍍上鋁；3）將暴露的光纖頭部硅烷化。4）在光纖頭部結(jié)合上一種選擇性熒光染料聚合物；5）傳感器性能檢測(cè)(包括檢測(cè)范圍、響應(yīng)時(shí)間、使用壽命、穩(wěn)定性等)。特 性： 該納米傳感器響應(yīng)時(shí)間為300,比傳統(tǒng)的光纖傳感器響應(yīng)時(shí)間縮短1%以上,濃度檢測(cè)下限低于傳統(tǒng)傳感器六個(gè)數(shù)量級(jí)。這些特性使之適宜于對(duì)單個(gè)細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。 等人構(gòu)建了一種膠體金納米傳感器。制作該傳感器包括拉制光纖、硅烷化、膠體金附著、蛋白結(jié)合、熒光標(biāo)記等。該傳感器頭部直徑為200,包被了特異性結(jié)合的亞鐵細(xì)胞色素和相應(yīng)的熒光染料。實(shí)驗(yàn)者以此傳感器檢測(cè)小鼠巨噬細(xì)

22、胞內(nèi)水平,檢出限為201,響應(yīng)時(shí)間為0.5。二）光纖納米免疫傳感器 光學(xué)免疫傳感器是將光學(xué)與光子學(xué)技術(shù)應(yīng)用于免疫法,利用抗原抗體特異性結(jié)合的性質(zhì),將感受到的抗原量或抗體量轉(zhuǎn)換成可用光學(xué)輸出信號(hào)的一類傳感器.這類傳感器將傳統(tǒng)的免疫測(cè)試法與光學(xué)、生物傳感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)集為一身,使其鑒定物質(zhì)具有很高的特異性、敏感性和穩(wěn)定性。 光纖納米免疫傳感器是在其基礎(chǔ)上將敏感部制成納米級(jí),既保留了光學(xué)免疫傳感器的諸多優(yōu)點(diǎn),又使之能適用于單個(gè)細(xì)胞的測(cè)量。 等人成功地研制出一種用于檢測(cè)的光纖納米免疫傳感器,傳感器頭部的生物探針上結(jié)合了特異性單克隆抗體,通過(guò)抗原抗體特異性結(jié)合,能夠檢測(cè)單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的生物化學(xué)物質(zhì)。制作方法：

23、首先,用光纖拉制儀將石英光纖拉得極為細(xì)小(10100)的探針,; 然后將光纖頭部硅烷化, 為抗體產(chǎn)生黏附位點(diǎn)，將特異性識(shí)別并結(jié)合的抗體結(jié)合到光纖頭部; 隨后將光纖全長(zhǎng)(結(jié)合了特異性抗體的光纖頭部除外)鍍銀以防止光漏出。 在專用于單細(xì)胞操作的顯微操縱儀/顯微注射器上進(jìn)行細(xì)胞穿刺及檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，用細(xì)胞培養(yǎng)箱使操縱臺(tái)溫度保持在實(shí)驗(yàn)細(xì)胞所需的37,使用光電倍增管記錄與抗體結(jié)合后產(chǎn)生的熒光。該傳感器的最低檢出限是10-21。 檢 測(cè) 方 法： 特 點(diǎn)： 1）能進(jìn)行定量檢測(cè)； 2）能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)抗原抗體反應(yīng),無(wú)需進(jìn)行分離步驟,便于抗原抗體反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)分析； 3）具有更高的特異性；由于抗原抗體反應(yīng)是高度特異性的,從

24、而減少了環(huán)境中的非特異性干擾； 4）能用于檢測(cè)傳統(tǒng)光學(xué)免疫傳感器無(wú)法檢測(cè)的細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)。三）分子信標(biāo)生物傳感器 原 理： 將一短核苷酸序列端點(diǎn)標(biāo)記可發(fā)熒光的試劑,當(dāng)此結(jié)構(gòu)與配對(duì)的短核苷酸序列結(jié)合時(shí),則能量轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生特征光學(xué)信號(hào),通過(guò)光檢測(cè)探頭傳遞至光檢測(cè)器構(gòu)成傳感器。 這類傳感器中較為典型的是光纖生物傳感器。它是將雜交分子中的探針標(biāo)記物經(jīng)生化反應(yīng)產(chǎn)生的特征光學(xué)信號(hào),通過(guò)光纖經(jīng)光檢測(cè)器檢測(cè),從而測(cè)定出雜交分子(含目的基因的量）。 其優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)雜交反應(yīng)后產(chǎn)生的特征光信號(hào),選擇性強(qiáng),易于排除雜交過(guò)程中非特異性吸附的干擾,測(cè)定準(zhǔn)確;因不采用放射性同位素標(biāo)記,安全性好。 Liu等 將生物素化的DNA分子信標(biāo)固定在光纖表面，制成了漸消逝波激發(fā)的DNA分子信標(biāo)生物傳感器。采用光纖針尖端固定分子信標(biāo)直接激發(fā)，利用增強(qiáng)型電感耦合器(ICCD)獲得的光纖針尖圖像，可以監(jiān)測(cè)雜交的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。用這種靈敏的傳感器制備的傳感器陣列，可以對(duì)溶液中的多種DNA進(jìn)行同時(shí)分析檢測(cè) Perlette等 也利用微注射法引入分子信標(biāo)，對(duì)單個(gè)活細(xì)胞中的RNA進(jìn)行了檢測(cè)，并利用ICCD成像系統(tǒng)得到了一系列反應(yīng)分子信標(biāo)與RNA結(jié)合的熒光圖像，結(jié)果表明，利用分子信標(biāo)可以有效地實(shí)時(shí)檢測(cè)活細(xì)胞中的RNA及研究RNADNA的雜交過(guò)程。方曉紅研究的生物傳感器 方曉紅