传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
多种抗原/分析物(乙肝表面抗原HBsAg、癌胚抗原CEA、黄曲霉毒素M1/B1、阿特拉津、吗啡-3-葡萄糖苷酸、单核细胞增生李斯特菌、炭疽芽孢杆菌等);样品基质包括血清/血浆、食品、环境水样、空气粉尘、病原菌/细胞样品。
检测原理
抗体作为识别元件固定于换能表面后,目标抗原与抗体特异性结合。若采用无标记换能,结合事件会改变界面质量、电荷、阻抗或光学厚度:QCM中质量增加使共振频率下降;FET/ISFET/LAPS中表面电荷变化调制栅极电位或漏极电流;SPR/RIfS/OWLS/椭偏仪中折射率或光程变化引起共振角或干涉信号改变。若采用标记策略,抗原或二抗携带AP、HRP、脲酶、荧光团或电化学活性标签,酶催化底物产生可测产物或电化学/荧光信号。信号强度随抗原浓度或结合量增加而增强,重组抗体高亲和力、定向固定和酶/荧光融合可实现放大。
检测灵敏度
原文未报告具体LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
作为综述,本文未给出统一传感器的RSD、回收率或方法学对比数据。其核心结论是:抗体识别元件决定传感器选择性,重组抗体可通过基因工程优化亲和力、稳定性、尺寸和固定取向;噬菌体展示与核糖体展示可构建大库并筛选高亲和力克隆;高通量SPR平台可快速进行动力学排序。文中列举i-STAT cTnI、Roche proBNP、Raptor等商品化抗体检测系统,说明抗体免疫传感已具应用基础。作者认为重组抗体传感器在即时检测、临床诊断、食品安全、环境监控和生物威胁检测中具有潜力,但仍需降低体积、样品量并提高可靠性、易用性和多分析物高通量能力。
传感器的构成
- 基底/换能器:金属膜SPR芯片、石英晶体QCM、工作电极(贵金属、石墨、碳或导电聚合物)、FET/ISFET/LAPS、光纤等,用于承载识别层并转换生物结合事件为电信号、频率或光信号
- 固定/修饰层:生物素-链霉亲和素、抗组氨酸抗体、FLAG/AviD/SBP等亲和标签或化学偶联策略,用于定向固定抗体并减少非特异结合
- 识别元件:多克隆抗体、单克隆抗体或重组抗体片段(scFv、Fab、Fv、diabody、二聚体scFv等),特异性结合目标抗原
- 信号标记物:碱性磷酸酶(AP)、辣根过氧化物酶(HRP)、脲酶(urease)、荧光团或电化学活性标签,用于间接检测或信号放大
- 封闭/抗非特异结合:牛血清白蛋白(BSA)、半脱脂奶粉、Tween-20等,用于降低非特异吸附和背景
- 读出系统:电位计、安培计、阻抗仪、频率计、光电探测器或SPR/OWLS/RIfS仪器,输出电位、电流、阻抗、频率或光信号
中文摘要
目前,对多种分析物进行可靠检测与定量在许多应用场景中至关重要。生物传感器已革新了即时检测(POC)诊断,并用于食品与环境污染物、生物战剂、非法毒品以及人和动物疾病标志物的检测。由于抗体对其相应抗原具有极高的特异性,抗体在众多传感器器件中仍发挥关键作用。本文简要介绍了当前采用抗体作为分子识别元件的生物传感器平台,并系统评述了利用分子生物学技术产生和优化抗体的方法。重组抗体在结构设计、稳定性、亲和力和特异性方面具有更优属性,因而更适用于生物传感器开发。文章还讨论了抗体片段形式、抗体库、噬菌体展示、核糖体展示、突变筛选和高通量SPR筛选等策略,以及遗传编码标签在固定和纯化中的作用,并展望了重组抗体传感器在临床诊断、食品安全、环境监控和生物威胁检测中的应用前景。
英文摘要
Currently, the reliable detection and quantification of a multitude of different analytes is crucial in many applications and settings. Biosensors have revolutionised diagnostics for use in point-of-care testing (POC), the detection of food and environmental contaminants, biological warfare agents, illicit drugs and human/animal disease markers. Antibodies continue to play a pivotal role in many sensor devices due to their exquisite specificity for their cognate antigens. In this review current biosensor platforms employing antibodies for molecular recognition are briefly described. The use of molecular biological techniques for the generation and improvement of antibodies is critically examined. Such recombinant antibodies possess improved attributes for use in biosensor development in terms of design, stability, affinity and specificity.