新型微懸臂樑陣列免疫感測器研製

《新型微懸臂樑陣列免疫感測器研製》是依託中國科學技術大學，由伍小平擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型微懸臂樑陣列免疫感測器研製
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：伍小平
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

隨著我國經濟高速發展和生活水平迅速提高，食品安全和環境污染已成為社會關注的重大問題。已有檢測方法如酶聯免疫試劑盒和蛋白晶片，需要對靶標分子做示蹤標記，過程繁瑣耗時、重複性差、得不到實時原位反應信息。多種農藥殘留快速並行檢測也沒有得到解決。檢測抗原抗體結合的親和性（affinity）是篩選高靈敏度探針分子及其修飾方法的新思路。基於力學原理的無標記微梁感測新技術，通過檢測微梁表面修飾的探針分子與樣品中靶標分子結合時產生表面應力差引起的微梁彎曲變形，可獲得高靈敏度實時原位反應信息。通過多年預研，構建了單梁檢測平台，以比酶聯免疫方法高數倍的靈敏度成功檢測了農藥殘留和重金屬離子等多種痕量成分，積累了豐富經驗。本項目擬用參考梁消除溫漂等背景噪聲，研製能並行快速檢測多種靶標分子的微梁陣列免疫感測器，開展抗體親和性研究，揭示其深層的物理力學機制。新型免疫感測器可用於抗體相關的研究和食品安全、環境污染檢測。

結題摘要

食品安全是關係廣大人民民眾身體健康和生命安全的大事。近年來在三聚氰胺等非法食品添加劑、瘦肉精等獸藥殘留、鎘稻等重金屬污染事件頻發，食品安全問題突出。微懸臂樑生化感測技術無需使用任何放射性、螢光物質和酶作為反應示蹤劑，可以實時原位再現抗原抗體反應過程。其原理是當修飾在微懸臂樑的單側表面探針分子與靶標分子發生反應時，導致梁表面應力變化和彎曲變形。利用光槓桿原理檢測微梁的彎曲變形，獲得實時原位反應過程信息。 通過本項目的研究，首次對小分子抗原與抗體結合產生的表面應力機理進行了解釋。發現導致微梁變形的原因是由於抗體結合抗原後構象發生改變。這種構象的改變表現為抗體的兩個Fab段發生偏轉。在對這種機理理解的基礎上對抗體的固定方法進行了研究。定向固定的抗體除了易於結合抗原外，結合抗原後構象改變引起的應力（或應變）方向也是一樣的，從而產生一個更大的合力。碳鏈長度對應力傳遞有著重要的影響，長度越短應力傳遞的效率越高，抗體與微梁之間連線層碳鏈的長度越短，靈敏度越高。為了進一步減小應力傳遞的損失以及提高抗原結合位點的密度，提出了抗體片段的方法來修飾微梁，獲得了很高的靈敏度。通過項目的研究，先後對環境與食品中一些典型的小分子物質污染物，如獸用激素—瘦肉精、抗生素—氯黴素、重金屬-銅離子、農藥殘留-乙基對硫磷和豆磺隆、黴菌毒素-黃麴黴素、中藥成分-青蒿素和人參皂苷等痕量分子成功進行了檢測。檢測極限達到亞納克級每毫升。 在陣列儀器研製方面，研製出8通道微懸臂樑免疫感測器1台，可以實時並行檢測7種分子。總體上系統回響噪音在1nm以內。在銅離子的檢測測試中檢測極限小於20ng/mL,且具有較好的一致性和重複性。研製了可以實現對陣列中不同梁進行單獨修飾的裝置。設計製作出了擁有8根梁的陣列晶片，梁的尺寸和初始彎曲都已達到檢測使用的要求。研製出的樣機的這些性能使其能夠滿足對水樣和農畜產品中污染物多殘留並行、實時、現場檢測，為微梁感測技術套用於食品安全和環境污染的監控以及產業化提供了基礎。