免疫传感器研究进展

第21卷第6期长春大学学报Vol．21No．6 2011年6月JOURNAL OF CHANGCHUN UNIVERSITY June2011

免疫传感器研究进展

艾民1，张文艳2

（1.长春大学特殊教育学院，长春130022； 2.吉林省妇幼保健院，长春130061）

摘要：免疫传感器是将高灵敏的传感技术与特异性免疫反应结合起来，用以监测抗原抗体反应的生物传感器，具有快速、灵敏、选择性高、操作简便等特点，已广泛地应用在临床各个领域。随着传感器的发展，出现了压电免疫传感器、脂质体免疫传感器、表面等离子体共振免疫传感器、光导纤维免疫传感器等新型免疫传感器。近年来，纳米技术逐步进入电化学免疫传感器领域，并引发突破性的进展。纳米材料因其具有独特的性质，被广泛应用于研制和发展具有超高灵敏度、超高选择性的免疫传感器。本文就新型免疫传感器及其临床应用做一综述。

关键词：免疫传感器；临床；生物传感器

中图分类号：TP212.2文献标志码：A文章编号：1009－3907（2011）06－0083－03

1压电免疫传感器

自从1972年，Shons等［1］首次在石英晶体表面涂覆一层塑料薄膜以吸附蛋白质，成功制备了用于测定牛血清白蛋白抗体的压电晶体免疫传感器，从而使压电现象用于免疫测试的想法成为现实。压电免疫传感器作为一种新型生物免疫检测系统，因其具有高特异性、高灵敏度、响应快、小型简便等特点，，得到了飞速的发展，人们已经用它对多种抗原或抗体进行快速的定量测定及反应动力学进行研究。

Shen等［2］研制了直接检测癌胚（CEA）的压电免疫传感器，为提高传感器的灵敏度，将蛋白A用定向固定化方法与免疫反应催化剂聚乙烯二醇（PEG）结合来放大传感器频率信号。CEA的检测线性范围为66．7 466．7nmol/I。Zeng等［3］研制出用于急性白血病临床免疫分型的压电免疫阵列，白血病单克隆抗体通过纳米金，蛋白A固定在晶体表面，传感器能在5min内检测出白血病样品，并能动态地监测免疫反应过程，与荧光免疫分析方法比较，两者无显著差异。

Minunni等［4］将人免疫缺陷病毒（HIV）某抗原表位的人工合成肽固定于石英晶体电极表面，检测体液标本中的HIV抗体。

Yao C等［5］研制了一种新型的压电石英微阵列免疫传感器，可用于乙肝病毒的测定。这种微阵列传感器的检测速率快，能在50分钟内完成检测，而且抗干扰能力强，临床特异性达到94．44，对乙肝病毒的检测极限为8．6pg/L。

Thomas W等［6］研制了压电免疫传感器用于流感病毒的直接检测，检测线为4virus particles/mL。Y Ding等［7］发展了检测甲胎蛋白的新型压电免疫传感器，检测限15．3－600．0ng/ml。笔者应用循环伏安研究了水相中琉基苯并咪哇的电化学氨化过程，并应用电化学石英晶体微天平监测了此氧化成膜的过程。

2脂质体免疫传感器

脂质体免疫传感器（LIS）是将脂质体应用于免疫传感器而建立起来的一类新型生物传感器。不仅保持了传统免疫传感器高度的专一性和高效性的优点，并且极大地增强了响应信号。当抗原（或抗体）与脂质体结合后，传感器只对抗原与抗体的特异性吸附进行检测，避免了非特异性吸附的干扰，从而提高了脂质体传感器的灵敏度。脂质体免疫传感器为临床诊断学提供了一种新型的、快速的、高效的分析技术，具有十分广阔的应用前景。

将脂质体应用于免疫传感器，利用其包埋的大量信号物质放大免疫响应信号，可以极大提高传感器的灵敏度并使免疫传感器免受非特异性连接干扰。目前已开发出各类新型的脂质体免疫传感器，如脂质体电化

收稿日期：2010-03-14

作者简介：艾民（1968-），女，吉林长春人，副教授，硕士，主要从事临床教学与研究。

48长春大学学报第21卷

学免疫传感器、脂质体荧光免疫传感16－17器、脂质体石英晶体微天平免疫传感器等。Viswanathan等［9］利用Nation和MWCNTs修饰电极，有效改善了电极的导电性，增强了传感器的灵敏度．Ho等［10］发展了一种脂质体免疫传感器，用于胰岛素测定。检测线性范围10pM－10nM，总的分析时间不到30分钟。随后他们又研究了基于脂质体和PEDOT功能化的碳纳米管共修饰的霍乱毒素免疫传感器，首次将包覆PEDOT的多壁碳纳米管（MWCNTs）作为固定抗霍乱毒素抗体的载体基质用于构建霍乱毒素电位型免疫传感器。

3表面等离子体共振免疫传感器

自从1982年Nylander等首次将SPR技术用于免疫传感器领域以来，由于具有灵敏度高、免标记及检测快速、可以实时监测反应物分子之间的相互作用等特点，表面等离子体免疫传感器得到了深入研究和广泛的应用。

Lee等研究了超灵敏的等离子体免疫传感器检测β淀粉样肽（1－40），用于阿尔茨海默病的诊断，检出限达1fg/ml。

Siriwan等比较了表面等离子体共振免疫传感器和电容免疫传感器测定人血清样本CA125，SPR检测限是0．1U/ml，电容免疫传感器检测限为0．05U/ml。结果表明，两个系统检测结果具有高度的一致性。

Dudak等综述了表明等离子体共振生物传感器在细菌检测中的应用。

Park等发展了自组装表面等离子体生物传感器检测SARS病毒。

近年来，SPR型免疫传感器的研究方向逐渐由单一的抗原抗体检测分析深入到了对生物分子的结合动力学、生物分子的结构和功能的关系以及抗原决定簇（表位）库的研究和应用中，并且向小型化、自动化、多样化、与相关技术联用等方向发展，用于遗传分析，也将会使SPR进入一个崭新的领域。

4基于纳米材料的免疫传感器

纳米材料由于具有比表面积大，表面活性位点多，以及优良的光电特性和较强的生物亲和性，可加快响应界面电子传导或催化电极表面化学反应，作为载体吸附和支撑免疫分子，有效改善传感器各方面性能。因此，被大量应用于免疫传感器研究。

新型纳米材料的合成为发展新型电化学免疫传感器提供了新的途径。纳米材料，尤其是新型的纳米生物材料和纳米复合材料由于其特殊的结构层次，具有较强的吸附能力、良好的定向能力和生物兼容性，为生物传感器的研究和应用开辟了一个广阔的天地。

Du等用纳米金和碳糊成功构建了能在2－30U/mL范围内对血清中CA19－9含量进行测定的电流型免疫传感器。Xu等结合微电子和自组装技术制备了甲胎蛋白免疫传感器。该电极具有高的选择性和再生性，对微型免疫传感器的发展具有一定的意义。

Yang等将甲胎蛋白固定在金纳米线/ZnO纳米柱的复合膜上，充分利用金纳米线的直接电传导能力和ZnO纳米柱良好生物相容性，发展了基于金纳米线与ZnO纳米柱共修饰的电流型甲胎蛋白免疫传感器。

朱俊杰等将CdSe纳米晶体（NCs）与壳聚糖包覆的碳纳米管制备得到的纳米复合物（CdSeNCs/CNT-CHIT composite）修饰在金电极表面，形成具有高电化学发光强度和良好生物相容性的稳定复合物界面；采用APS（3-aminopropyl-triethoxysilane）作为交联剂与复合物界面共价结合，再通过GLD（utaricdialdehyde）固定抗体，得到灵敏度高、稳定性好、检测速度快，线性范围宽（0．02ng/mL 200ng/mL）的HIgG电化学发光免疫传感器。

Singh等在导电聚TTCA膜表面电沉积纳米金颗粒，通过共价键合固载单克隆（OPG）抗体，构建了检测线性范围为2．5pg/mL－25pg/mL，检测下限2pg/mL的OPG免疫传感器。Dianping Tang等基于金纳米线，研制了检测肿瘤相关抗原CA125的压电免疫传感器。

Liang等通过修饰高导电能力的功能化纳米金于玻碳电极表面，形成比表面大、吸附性能强且高导电能力的功能化纳米金层，并进一步吸附甲胎蛋白抗体，将其固定到电极表面，从而制得甲胎蛋白抗原免疫传感器。结果表明，该免疫传感器的线性范围为1．25－200．0ng/mL，线性相关系数为0．9983，检出限为0．23ng/mL。

Panini N V等用多壁碳纳米管修饰玻碳电极，研究出免疫传感微流控集成系统，用于在人血清样本中，

快速、灵敏、定量检测前列腺特异性抗原（PSA ）。鼠单克隆抗体（5G6）被固定于旋转圆盘上，前列腺特异性抗原与鼠单克隆抗体和辣根过氧化物酶标记的二抗反应，过氧化氢作为催化剂，电化学检测在1分钟内完成，整个检测过程30分钟。

笔者对01，10-菲咯林－5，6-二酮（PD ）和六氟磷酸三（1，10-菲咯林－5，6-二酮）含铁（II ）（FePD ）进行了

改进合成，用溶液—凝胶技术制备了FePD /碳陶瓷杂化材料电极。FePD /碳陶瓷杂化材料电极对碘酸盐的电化学还原较高的催化活性，故被用作食盐中碘酸盐测定的电化学传感器。

5结论与展望

综上所述，随着抗体制备技术的进步、光导技术和信号放大技术的改进、免疫传感器与微流控或分离等

技术联用，

以及纳米材料在免疫传感器中的应用，为各种新型免疫传感器的研究开辟了广阔的探索空间，免疫传感器正朝着集成化、智能化和商品化的发展，同时也向微型化、阵列化方向发展。多通道实时检测是未来免疫传感器的发展方向。

总之，随着免疫传感器技术的不断成熟和完善，各种新型免疫传感器的不断涌现，免疫传感器将会成为医学诊断领域广泛使用的新型检测手段。

参考文献：

［1］Shons A ，Dorman F ，Najarian I．An immunospecific microbalance ［J ］．Biomed Mater Res ，1972；6（6）：565－570．

［2］Sen G Y ，Wang H ，Deng T．A novel piezoelectric immunosensor for detection of carcinoembryonic antigen ［J ］．Talanta ，2005；67（15）：217－220．［3］Zeng H ，Wang H ，Chen F P．Development of quartz-crystal-microbalance-based array for clinicalimmunophenotyping of acute leukemias ［J ］．Analyt-

ical Bio-chemistry ，2OO6；351（1）：69．

［4］Minunni M ，Tombelli S ，Gullotto A ，et al．Development of biosensors with aptamers as bio-recognition element ：the case of HIV-1Tat protein ［J ］．

Biosensors and Bioelectronics ，2004；20（6）：1149－1156．

［5］Yao C．，Zhu T．，Tang J ，et al．Hybridization assay of hepatitis B virus by QCM peptide nucleic acid biosensor ［J ］．Biosens Bioelectron ，2008；

23（6）：879－85．

［6］Owen ，TW ，Al-Kaysi ，RO ，Bardeen ，CJ et al．ChristopherMicrogravimetric immunosensor for direct detection of aerosolized influenza A virus parti-

cles ［J ］．Sensors and Actuators B ，2007；126（2）：691－699．

［7］Y Ding ，J Liu ，H Wang et al．A piezoelectric immunosensor for the detection of alpha-fetoprotein using an interface of gold /hydroxyapatite hybrid

nanomaterial ［J ］．Biomaterials ，2007；28（12）：2147－54．

［8］许博，朱果逸，张文艳．分析化学［J ］

．2000，28（9）：1129－1132．［9］Viswanathan S ，Wu L C ，Huang M R ，et al．ElectrochemicalImmunosensor for Cholera Toxin Using Liposomes and Poly （3，4-ethylenedioxythio-

phene ）-

Coated Carbon Nanotubes ［J ］．Anal．Chem ，2006，78（4）：1115－1121．［10］Ho J A ，Zeng S C ，Huang M R．Development of liposomal immunosensor for the measurement of insulin with femtomole detection ［J ］．Analytica

chimica acta ，2006，556（1）：127－132．

责任编辑：钟声

The research progress of immunosensors

AI Min 1，ZHANG Wen-yan 2

（1.Special Education College ，Changchun University ，Changchun 130022，China ；

2.Maternity and Child Healthcare Service Center of Jilin Province ，Changchun 130061，China ）

Abstract ：Immunosensors ，with the features of rapid ，sensitive ，high selectivity and simple operation ，combining highly sensitive sen-sor technology with specific immune response ，are biological sensors used to monitor the antigen-antibody reaction and are widely used in clinical areas．With the development of sensors ，there have been new types of immunosensors such as piezoelectric immunosensors ，liposome immunosensors ，surface plasmon resonance immunosensors and optical fiber immunosensors．In recent years ，nano-technology gradually enters the field of electrochemical immunosensors and gets a disruptive progress．Because of the unique properties of nano-materials ，they are widely applied to research and develop immunosensors with high sensitivity and high selectivity．This paper reviews a new type of immuneosensor and its clinical applications．

Keywords ：immunosensor ；clinical ；biosensor 58第6期艾民，等：免疫传感器研究进展