生物感測器發展很快，已逐漸套用於食品、工業、環境檢測和臨床醫學等領域。免疫感測器作為一種新興的生物感測器中，以其鑑定物質的高度特異性、敏感性和穩定性受到青睞 ，它的問世使傳統的免疫分析發生了很大的變化。它將傳統的免疫測試和生物感測技術融為一體，集兩者的諸多優點於一身，不僅減少了分析時間、提高了靈敏度和測試精度，也使得測定過程變得簡單，易於實現自動化，有著廣闊的套用前景。隨著生物工程技術的發展 ，已經研製出能對各種微生物、細胞表面抗原或各種蛋白質抗原分泌單克隆抗體的融合細胞 ，由這些細胞產生的單克隆抗體，已廣泛進入生物學及其他領域。隨著雜交瘤(hybrido2ma)技術的發展，使得各種化合物都可能產生相應的抗體。這將會使免疫測試有更加廣泛的套用前景。
基本介紹
- 中文名：免疫感測器
- 外文名：Immune sensor
- 用途：環境監測
- 原理：光學原理
- 構造：光敏元件
- 套用：檢測食品毒素，DNA光纖等
原理,構造,套用,優勢,發展趨勢,
原理
一旦有病原體或者其他異種蛋白(抗原)侵入某種動物體內，體內即可產生能識別這些異物並把它們從體內排除的抗體。抗原和抗體結合即發生免疫反應，其特異性很高，即是具有極高的選擇性和靈敏度。免疫感測器就是利用抗原(抗體)對抗體(抗原)的識別功能而研製成的生物感測器。
構造
使用光敏元件作為信息轉換器，利用光學原理工作的光學免疫感測器，是免疫感測器家族的一個重要成員。光敏器件有光纖、波導材料、光柵等。生物識別分子被固化在感測器，通過與光學器件的光的相互作用，產生變化的光學信號，通過檢測變化的光學信號來檢測免疫反應。下面將介紹把免疫測定和光學測量有機結合起來的幾種有代表性的感測器的構造。
夾層光纖感測器
將末端塗有試劑(如抗原)的光纖浸入溶液中來檢測溶液里是否存在與試劑互補的物質(抗體) 。若溶液中的確存在抗體，就會和抗原結合。將結合了抗體的光纖浸入含有被螢光標記的抗原溶液里，帶有螢光指示劑的抗原會和抗體結合。在光纖的另一端加上光源 ,將返回一個螢光信號。待測試抗體濃度越高，就有更多的螢光標記抗原與其結合，返回的螢光信號越強。
位移光纖感測器
光纖末端塗有試劑(如抗原)，帶有螢光標記的試劑(抗體)被密封在有透析能力的薄膜里。抗體與透析膜內被標記的抗體互補 ,因此抗原和抗體有結合的傾向。將這套裝置浸入樣本溶液中，若溶液里也含有與抗原互補的抗體 ,該抗體就有與帶有螢光標記的抗體競爭、與光纖末端抗原結合的傾向。此時在光纖的另一端加上光源，將返回一個螢光信號。樣本溶液里待測抗體的濃度越高 ，返回的螢光信號就會越弱。所以 ，待測抗體的濃度和返回的螢光信號強度成反比。
表面電漿共振( SPR)感測器
該感測器包括一個鍍有薄金屬鍍層的的稜鏡，其中金屬層成為稜鏡和絕緣體之間的界面。一束橫向的磁化單向偏振光入射到稜鏡的一個面上，被金屬層反射，到達稜鏡的另一面。反射光束的強度可以測量出來，用來計算入射光束的入射角θ的大小。反射光的強度在某一個特殊的入射角度 Φsp 突然下降 ，就在這個角度，入射光的能量與由金屬 -絕緣體交接面激勵產生的表面等離子共振(或“SPR” )相匹配。將一層薄膜(如生物膜)沉澱在金屬層上，絕緣物質的折射係數會發生改變。折射係數依賴於絕緣物質和沉澱膜的厚度和密度的大小。測試陷波角的值，沉澱膜的厚度和密度就可以推導出來。
光柵生物感測器
一束入射雷射束進入平面波導的一端。平面波導包括一層非常薄的高折射率膜(如生物膜)以及玻璃載體。薄膜表面上放置一光柵，該光柵使雷射以一定的出射角射出平面波導，出射角的大小與雷射導向模式的有效折射率有關。在光柵上塗一層試劑，將盛有樣本溶液的容器置於光柵上，如果樣本中的物質與試劑層發生反應，有效折射係數就會改變 ,從而改變出射角。出射光束角度的變化與試劑和待測物質反應生成的薄膜厚度有關。動槽。如果樣本溶液內含有與該抗原互補的抗體，它們就會結合，槽內膜的厚度就會增加。利用光譜儀測試膜的厚度是否增加 ，可以檢測待測物質是否存在。
套用
檢測食品中的毒素和細菌
食品在產前、運輸、加工和銷售等環節都有可能被污染，而且毒性大，很多有致畸、致癌的作用。為了防止毒素超標的食品和飼料進入食物鏈 ，加強對其的檢測非常重要。伏馬菌素(Fumonisins)是一種真菌毒素，和人畜的多種疾病有關。其中 Fumonisins B1 ( FB1 )是天然污染
玉米樣品、飼料的主要伏馬菌素組分。Wayne 等人用電漿共振免疫感測器來檢測玉米抽提物中的 FB1濃度。抗 FB1 的多克隆抗體被吸附到一結合在表面電漿共振免疫感測器裝置中的玻璃的稜鏡的金膜上，二極體發射的光束通過稜鏡聚焦到金膜表面以激發 SPR。當加入樣品 ,反射光靈敏地改變，改變的角度與 FB1 的濃度成比例。葡萄球菌腸毒素(SEB)是人類經常發生食物中毒的主要原因 ,是食品污染的病原體。緩衝液、人血清、火腿中的 SEB 可以通過一輕便的光纖免疫感測器來測定。親和純化的兔抗 SEB(一抗)捕獲抗體共價結合到光纖上以結合 SEB。然後用結合上 Cy5 標記的親和純化羊抗 SEB (二抗)檢測抗體，從而在光纖表面形成螢光複合物。檢測螢光強度可以知道 SEB 的濃度。其在火腿抽提物中的檢測靈敏度為 5 ng/ ml ，奶油製品中 SEB 也可以由免疫感測器來檢測。其檢測下限為 5 ng/ g.還可以用光纖免疫感測器檢測黃麴黴毒素、肉毒毒素、金黃色葡萄球菌等。
檢測DNA 光纖
免疫感測器可以用來進行DNA分子的識別、測序。其原理是將有反應性的一單股核苷酸(長度在18～50 個鹼基之間)固定在某種支持物(感測器)上作為探針，可以在複雜環境成份下特異地識別出某一靶子底物 ，並通過換能裝置轉換成可以檢測到的光電信號。檢測的方法有螢光型和表面電漿共振(SPR)型感測器。螢光檢測法是在 DNA 探針中或待測靶基因中標上螢光標記物 ，也可在 DNA 雜交後加入螢光標記物。通過測定螢光標記嵌入 DNA 雙螺旋間所導致的螢光信號的變化，檢測 DNA. Krull 等以共價固定在石英表面的DNA探針與溶液中其靶基因雜交45min後，與螢光嵌入染料溴乙啶( EB)反應 ，根據螢光強度與溶中互補 DNA 的量的正比關係進行分析，可檢測出86 μg/L 的 DNA. Bier 等以花青二聚體 YOYO 及Picogreen作為與 DNA 雙鏈緊密親和的螢光嵌入劑，由於與DNA雜交體間的雙嵌入作用，使得完全配對、單鹼基錯配及兩個以上不匹配所產生的螢光信號有明顯不同，從而能夠明顯區分不同DNA序列。還可以用表面電漿共振感測器檢測 DNA 序列 ,Bier 等做了這樣的工作。
檢測殘留的農藥
隨著生活水平的提高，對糧食、肉製品殘留農藥限量的要求也越來越高。傳統的薄層層析法和氣相色相譜已過時。EL ISE方法雖然簡單但費時。免疫感測器靈敏度高、檢測時間短，正好顯示了它的優點。磺胺作為獸醫用藥可進入動物食品 ，對人體健康不利。Ase等人用表面電漿共振免疫感測器快速測定了脫脂牛奶和生牛奶中的硫胺二甲嘧啶殘留物。檢測精度低於 1μg/ ml 。多氯化聯苯(Polychlorinated Biphenyls PCBs)是一種殺蟲劑 ，在水、食物、牛奶中可檢測到，過量會導致腦纖免疫感測器對其測定，檢測下限為 10 mg/ L。光纖免疫感測器還用在了硫磷的檢測中，且靈敏度極高，分別達到 1 nmol/ L、013μg/ L。
毒品和濫用藥物的檢測
在吸毒人員的戒毒治療和以後的監測中對毒品的檢測很重要 ，以及對麻醉和精神藥物的檢測 ，大都通過對生物體液如血液、尿液、甚至頭髮中的代謝物進行檢測。由於藥物含量及樣本量常常很少 ，所以要求檢測儀器有很高的靈敏度、精度和可靠性。光學免疫感測器正符合這樣的要求。常用的有酶免疫光學測試和螢光免疫光學測試。利用螢光免疫分析的商品試劑盒已經廣泛用於嗎啡和古柯鹼的檢測。此外 ，光學免疫感測器還用在了其他的一些領域 ，如在法醫學中鑑定微量血痕種屬使用了螢光免疫分析法 ，可以測量二十萬倍稀釋的血痕樣本在環境監測方面光學免疫感測器也用的越來越多。
優勢
提高了靈敏度，降低了檢測下限；減少分析時間；簡化分析過程；設備小型化；測量過程自動化。光學免疫感測器可以高靈敏地檢測免疫反應，並進行精細免疫化學分析。其中發展最迅速的是光纖免疫感測器 ，它除了靈敏度高、尺寸小、製作使用方便以外，還在於檢測中不受外界電磁場的干擾。光纖免疫感測器有著非常好的套用前景。根據標記與否 ，光學免疫感測器可分為無標記和有標記兩種類型。前者有表面電漿共振(SPR)免疫感測器、光柵生物感測器、法布里 · 波羅脫生物感測器等。有標記的光學免疫感測器如夾層光纖感測器、位移光纖感測器等。有標記的光學感測器中使用的標記有放射性同位素、酶、螢光物質等。非標記的光學免疫感測器不用任何標記物，一般利用光學技術直接檢測感測器表面的光線吸收、螢光、光纖散射或折射率的微小變化。非標記型比標記型光學感測器所需的測試儀器更為簡單，而且沒有毒副作用，適合做動物的體內測試。
並在於抗原與抗體的結合具有很高的特異性，從而減少了非特異性干擾。光學免疫感測器更具有靈敏度高、測試精度高的特點，並適合在電子干擾或磁場干擾的環境裡進行實時監測。光纖免疫感測器體積小、重量輕、可作成一次性探針的形式，適合體內檢測以及野外現場測量，是免疫感測器的重要發展方向。光學免疫感測器已經能夠實時檢測抗原抗體的反應 ,進行定量測量 ,即在抗原抗體反應的同時將反應連續記錄下來，以便進行動態分析。光學免疫感測器的出現和發展正在促使免疫檢測手段朝電器化、自動化、簡便化和快速化方向發展。總之 ，集生物學、物理學、化學與醫學為一體的光學免疫感測技術，有巨大的發展潛力，它不但能推動傳統免疫感測技術的發展 ,而且將影響臨床、食品衛生和環境監測等諸多領域裡的實用性研究。
發展趨勢
主要有如下幾點：
1、標記物的種類層出不窮，從酶和螢光發展成膠乳顆粒、膠體金、磁性顆粒和金屬離子等；
2、向微型化、商品化方向發展，廉價的一次性感測表面大有潛力可挖；
3、酶免疫感測器、壓電免疫感測器和光學免疫感測器發展最為迅速，尤其是光學免疫感測器品種繁多，已有幾種達到了商品化，它們代表了免疫感測器向固態電子器件發展的趨勢；
4、與計算機等聯用，向智慧型型、操作自動化方向發展；
5、套用範圍日漸擴大，已深入到環境監測 、食品衛生等工業和臨床診斷等領域，,以後者尤為突出；
6、繼續提高其靈敏度、穩定性和再生性 ,使其更簡便、快速和準確。
隨著分子生物學、材料學、微電子技術和光纖化學等高科技的迅速發展，免疫感測器會逐步由小規模製作轉變為大規模批量生產，並在大氣監測、地質勘探、通訊、軍事、交通管理和汽車工業等方面起著日益廣泛的作用。
