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第40卷
分析化学( FENXI HUAXUE)特约来稿
第1期
2012年1月
Chinese Journal of Analytical Chemistry
3~10
与
DOI:10.3724/SP.J.1096.2012.10765
特约来稿
化学发光免疫分析方法与应用进展
汪晨吴洁宗晨徐洁鞠熀先
(南京大学生命分析化学国家重点实验室,南京210093)
摘要化学发光免疫分析方法具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、设备简单等特点,在环境、临床、食品、
药物检测等领域得到了广泛应用。在实际应用中,常常需要对大量复杂样品或低丰度分析物样品进行测定
而经典商品化的免疫分析方法所需时间长、样品消耗多、成本高,不能満足上述要求。因而建立快速、高通量、
高灵敏和低成本的免疫检测方法已成为化学发光免疫分析方法的研究热点和发展趋势。本文简要总结近
5年来化学发光免疫分析方法的研究进展及其应用,并展望其发展方向。
关键词化学发光免疫分析;免疫传感;快速检测;多通道检测;评述
1引言
近年来,化学发光免疫分析方法由于其具有灵敏度高、特异性强、适用面广、所需设备简单、线性范
围较宽等优点,日益受到人们的青睐"-,在生命科学、临床医学以及环境、食品、药物等领域得到广泛应
用?。免疫分析过程所涉及的免疫反应主要是抗原与抗体间的识别。这些生物分子的体积大、扩散速
率小,且由于对识别位点的空间阻碍作用,受传质速率和反应动力学控制的免疫反应速率一般比较低。
因而传统的免疫分析方法需要较长的温育时间,常常需要数小时才能完成整个分析过程,大大限制了样
品通量和应用范围。为缩短免疫分析的时间,研究工作者已设计了不同的方法,通过提高传质速率和反
应动力学来实现快速免疫检测,从而扩展化学发光免疫分析的应用范围
在实际应用中,经常涉及到复杂体系多组分的测定。如在临床肿瘤诊断中,由于肿瘤标志物的特异
性不足,常选择几种肿瘤标志物组成标志物组,通过联合检测提高临床诊断的特异性;又如在环境监
控中,经常需要同时监测天然水体中多种杀虫剂与除草剂的浓度指标,以综合评价环境污染状况"リ。
测定混合体系中多组分的含量通常只能采用多次单组分分析法,这种方法所需时间长、试剂消耗多、工
作量过大。多组分同时或顺序检测具有分析通量高、所需时间短、样品消耗少、分析成本低等突出优点,
已成为近年来的研究热点。已报道的新型化学发光多组分免疫分析方法中,有的通过设计芯片,结
合流动注射、电感耦合元件(CCD)技术达到多组分测定;有的利用固相载体的特性,通过温度分辨模
式,达到同时检测的目的。
另一方面,在实际应用中,常常需要检测低丰度分析物样品,发展高灵敏的化学发光免疫分析方法,
是近年来免疫分析方法发展的主要方向。降低噪音和增强信号是提高免疫分析灵敏性的主要途径。降
低噪音主要用小蛋白对生物功能界面进行封闭,以防止干扰物的非特异性吸附。免疫分析信号增强技
术主要集中在功能界面的构建与信号探针放大两个方面。随着纳米技术的发展,纳米材料,如金纳米粒
子、碳纳米管、碳纳米角、SiO2纳米粒子、量子点以及它们的复合纳米结构,已用于超灵敏免疫传感器的
构建,纳米粒子在生物标记分析中的广泛应用取得了突破性的进展列。一些纳米粒子不仅可以作为
模拟酶直接催化化学发光反应,还可以用来负载大量的酶,通过酶催化反应实现信号放大,使
纳米技术在高灵敏化学发光免疫分析中得到广泛应用,也促进了化学发光免疫分析的快速发展。
本文简要介绍了化学发光免疫分析方法的原理,总结了近几年来化学发光免疫分析方法的研究进
2011-0702收稿;2011-0910接受
本文系国家重大基础研究发展计划项目(No.2010CB73240、国家自然科学基金(Nos.2087504,20821063,21075055和江苏省自然科学
基金(No.BK2008014)资助
tE-mail:hxju(@nju.edu.cn
分析化学
第40卷
展,并就化学发光免疫分析方法的前景进行了展望
2化学发光免疫分析法
化学发光分析是根据化学反应产生的辐射光的强度来确定物质含量的分析方法。化学发光免疫分
析是将化学发光系统与免疫反应相结合,用化学发光相关的物质标记抗体或抗原,与待测的抗原或抗体
反应后,经过分离游离态的化学发光标记物,加入化学发光系统的其它相关物产生化学发光,进行抗原
或抗体的定量或定性检测。化学发光免疫分析中使用最多的4类标记物为鲁米诺、异鲁米诺及其衍生
物,吖啶酯衍生物,过氧化物酶和碱性磷酸酶。
以酶为标记物的化学发光仍然是化学发光免疫分析的主流,辣根过氧化物酶(HRP)与碱性磷酸酶
(ALP)是两种常见的标记酶,均有其相应的化学发光底物,在临床检验中有广泛应用,开发催化活性更
高、稳定性更好、发光动力学曲线更符合免疫分析的醇和底物是化学发光免疫分析的研究热点之一。
标记技术是现代免疫分析的关键技术之一。新的标记免疫分析技术,在环境监测別、临床诊
断叫、食品安全、药物分析与微生物检验们等领域得到了广泛应用,展示了良好的应用前景。
由于纳米粒子具有良好的生物相容性和信号放大效果,纳米技术广泛用于生物标记,例如,金纳米粒子
( AUNPS)可以用于标记抗体,增强鲁米诺过氧化氢体系的化学发光以。量子点是一种能够接受激发光
产生荧光的半导体纳米颗粒,不易失活、受外部环境影响小、性质稳定、重现性好,且比化学发光免疫分
析法常用标记酶具备更好的光学特性,成本也相对较低。 Huang等用化学发光作为能量供体,激发量
子点发光,实现了基于化学发光能量转移的灵敏检测
化学发光免疫分析方法既具有化学发光分析的高灵敏性,又具有免疫反应的高度特异性。在临床
诊断、食品安全及环境监测等领域有广泛的应用和发展前景~切。
3化学发光免疫分析方法的应用
3.1快速化学发光免疫分析方法
传统的免疫分析方法常常需要数小时才能完成,长的温育时间还导致免疫试剂在管道内壁的吸附,
增加了不同测定之间的信号交叉,因而限制了样品的检测通量和免疫分析方法的应用价值。为了克服
这些不足并实现免疫分析的高通量,可通过外场驱动或对溶液进行有效混合策略加快抗原、抗体等生物
大分子的传质速率,或提高反应体系的温度来加速免疫反应的动力学,从而实现快速免疫检测。
提高传质速率的方法有电场驱动、电磁搅拌、改变电渗流、超声波驱动等方法。2007年,
Morozov等结合电场驱动和磁场富集的方法,构建了一个微流控器件,在流通池内施加一定的电压,
使带有电荷的待测物向微阵列表面移动,同时在温
育过程中用磁铁将标记有磁珠的分子探针富集在微
阵列的表面。这种双重加速的方法使整个分析过程mo
在3min内完成。
N
外力驱动的加速方式都需要附加设备,Yang
Sample
Bubble
等在免疫反应过程中,匀速通入氮气形成微气泡,
可使温育时间缩短一半(图1)。这种微气泡加速免疫 To r pre-incubation
反应的方法简单灵活,成本低廉,可使整个分析流程,
包括预温育和免疫传感器的再生,16min即可完成
利用通道的几何形状促使流体混合,同样可以
0 Sample AFP
CL
加速免疫分析。当流体经过一个弧形的管道,由
人 Monoclonal anti-afp
于离心力的作用,会产生截面上的横向二次流动,从
而