电化学免疫传感器讲解课件

电化学免疫传感器ElectrochemicalImmunosensor 前言电化学免疫传感器文献汇报 前言 免疫分析 免疫分析 Immunoassay 基于用抗体或抗原作为选择性化学试剂以分析测定抗原或抗体及半抗原的分析方法 分子识别材料 抗原或抗体分子识别基本原理 分类放射性免疫分析 RIA 酶联免疫分析 ELISA 发光免疫分析 LIA 电化学免疫分析 ECIA 前言 电化学免疫分析法 是将免疫技术与电化学检测相结合的一种分析方法1951年 由Breyer和Radclif首次应用 用极谱法测定由偶氮标记的抗原六七十年代后电分析技术方法的发展 液相色谱电化学分析电化学流动注射分析微分脉冲伏安法阳极溶出伏安法 前言 免疫传感器 免疫传感器是将高灵敏度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 电化学免疫传感器 电化学免疫传感器是将免疫分析与电化学传感技术相结合而构建的一类新型生物传感器 应用于痕量免疫原性物质的分析研究 基于抗原 抗体反应的 可进行特异性的定量或半定量分析的自给式的集成器件 其中抗原 抗体是分子识别元件 且与电化学传感元件直接接触 并通过传感元件把某种或者某类化学物质浓度信号转变为相应的电信号 电化学免疫传感器检测原理 免疫传感器的工作原理和传统的免疫测试法相似 都属于固相免疫测试法 即把抗原或抗体固定在固相支持物表面 以检测样品中的抗原或抗体 电化学免疫传感器的分类 根据检测信号进行分类 电位型免疫传感器 基于测量电位变化来进行免疫分析的生物传感器 膜电位的变化值与待测抗原浓度之间存在对数关系 直接型电位免疫传感器酶标记电位型免疫传感器 直接型电位免疫传感器 利用抗原或抗体在水溶液中两性解离本身带电的特性 将其中一种固定在电极表面或膜上 当另一种与之结合形成抗原抗体复合物时 原有的膜电荷密度将发生改变 从而引起膜的Donnan电位和离子迁移的变化 最终导致膜电位改变 酶标记电位型免疫传感器 将免疫化学的专一性和酶化学的灵敏性融为一体 对低含量物质的检测 标记酶 辣根过氧化物酶 HRP 葡萄糖氧化酶 GOx 碱性磷酸酶和脲酶 酶标记传感器 电位型或电流型 最后均可归结为是对NADH 苯酚 O2 H2O2 NH3及新近开发的电活性物质的检出 电位型免疫传感器 电位型免疫传感器存在的主要问题是非特异性吸附和背景干扰 一般来说 生物分子的电荷密度相对于溶液背景来说比较低 这使得电位型传感器的信噪比一般都较低 同时 生物样品中干扰组分在电极表面的非特异吸附会带来干扰 影响了测定的可靠性 这些缺陷成为了电位型传感器应用于实际的障碍 电流型免疫传感器 电流型免疫传感器是测定恒定电位下通过电极的电流信号来检测抗体或抗原的免疫生物传感器 待测物通过氧化还原反应在电极上产生的电流与电极表面待测物的浓度成正比 分类非酶标记电流型免疫传感器酶标记电流型免疫传感器 非酶标记电流型免疫传感器 主要是根据抗原和标记抗原对定量抗体进行竞争结合 而标记抗原与抗体结合后氧化或还原电流减少 标记的电活性物质 Fe CN 63 Fe CN 64 二茂铬铁 Pb2 Zn2 等 酶标记电流型免疫传感器 原理 主要是竞争法和夹心法竞争法是用酶标抗原与样品中的抗原竞争结合电极上的抗体 催化氧化还原反应 产生电活性物质而引起电流变化 从而可测得样品中抗原浓度 夹心法是在样品中的抗原与电极上的抗体结合后 再加酶标抗体与样品中的抗原结合 形成夹心结构 从而催化氧化还原反应产生电流值变化 电流型酶标记免疫传感器的工作原理 第一代酶标记电流型免疫传感器以非电活性物质如O2作为氧化还原的电子受体为代表 先用竞争法或夹心法葡萄糖氧化酶或过氧化物酶标记物结合到膜或电极上 再通过氧电极测量葡萄糖转化为葡萄糖酸中消耗的氧 或过氧化氢分解中产生的氧 电容型免疫传感器 物质在电极表面的吸附以及电极表面电荷的改变都会对双电层电容产生影响 电容型免疫传感器正是建立在这一理论基础上的 当弱极性的物质吸附到电极表面上时 双电层厚度增大 介电常数减少 从而使得双电层电容降低 蛋白质作为一类弱极性的生物大分子 吸附到电极表面会明显地降低电极表面双电层电容 目前研究正处于起步阶段 由于其制作简单 无需任何标记 灵敏度很高 检测限低等突出的优点 引起了人们的广泛关注 近年来得到了很快的发展 电导型免疫传感器 电导型免疫传感器是通过测量免疫反应引起的溶液或薄膜的电导变化来进行分析的生物传感器 电导型免疫传感器通过使用酶作为标记物 酶催化其底物发生反应 导致离子种类或离子浓度发生变化 从而使得溶液导电率发生改变 构造简单 使用方便 但是这类传感器受待测样品离子强度以及缓冲液容积影响很大 另一方面在这类传感器的应用中非特异性问题也很难得到有效解决 因此电导型免疫传感器发展比较缓慢 电化学免疫传感器的特点 具有生物传感器选择性好 种类多 测试费用低 适合联机化等优点 具有电化学体系可实现在体检测 不受样品颜色 浊度的影响 即样品可以不经处理 不需分离 所需仪器设备相对简单 具有简便 快速 体积小等特点 电化学免疫传感器的应用 医疗食品分析工业生产环境检测 文献汇报 Abstract Thisschemeisbasedonelectrochemical enzymatic EN redoxcyclingusingglucoseoxidase GOx asanenzymelabel Ru NH3 63 asaredoxmediator andglucoseasanenzymesubstrate ThedetectionlimitfortheENredoxcycling baseddetectionofcancerantigen125 CA 125 inhumanserumisslightlyhigherthan0 1U mLfortheincubationperiodof0min andthedetectionlimitsfortheincubationperiodsof5and10minareslightlylowerthan0 1U mL thedetectionlimitsarealmostsimilarirrespectiveoftheincubationperiodandthattheimmunosensorishighlysensitive Introduction Catalyticreactionsofenzymelabelsareusedinenzyme linkedimmunosorbentassays ELISAs togeneratealargenumberofsignalingspeciespertarget Theincubationperiodforcatalyticreactionsmustbesufficientlylongtoobtainhighsignalamplification i e lowdetectionlimit RucomplexessuchasRu NH3 63 undergofastouter sphereelectron transferreactionsatelectrodesandfastelectron transferreactionswithredoxenzymes Inthisstudy usingglucoseoxidase GOx asanenzymelabel Ru NH3 63 asaredoxmediator andglucoseasanenzymesubstrate EXPERIMENTALSECTION ChemicalsandSolutionsBiotinylatedanti CA 125IgGanti CA 125IgGtargetCA 125humanserumbovine serumalbumin BSA Trisbuffercomprised50mMtris hydroxymethyl aminomethanePBSBcomprisedalloftheconstituentsofPBSinadditionto1 w v BSArinsingbuffer pH7 6 contained50mMtris hydroxymethyl aminomethane 40mMHCl 0 05 w v BSA and0 5MNaCl EXPERIMENTALSECTION PreparationofImmunosensingSurfaceandProcedureforCA 125DetectionBindingofthetargetCA 125totheimmunosensingelectrodeswasperformedbytreatingtheimmunosensingelectrodeswithdifferentconcentrationsofthetarget ElectrodesweretreatedwithGOx conjugatedanti CA 125IgG Biotinylatedanti CA 125IgGwasimmobilizedontheelectrodebydropping80 LofaPBSBsolutioncontaining10 g mLbiotinylatedanti CA 125IgGontotheavidin andBSA modifiedITOelectrodes Theelectrodesweremaintainedinthetreatedstatefor30minat4 Candthenwashedtwicewithrinsingbuffer RESULTSANDDISCUSSION Figure1 a SchematicofelectrochemicalimmunosensorusingGOxlabel basedENredoxcycling b EnzymaticglucoseoxidationbyO2 c Directelectron transferreactionbetweenglucoseandRu NH3 63 RESULTSANDDISCUSSION RESULTSANDDISCUSSION RESULTSANDDISCUSSION CONCLUSIONS TheincubationperiodforcatalyticreactionsofenzymelabelscanbeeffectivelyminimizedintheelectrochemicalimmunosensoremployingGOxlabel ba