组成图示
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传感器类型
侧流层析试纸条
检测对象
心肌肌钙蛋白I（cardiac troponin I, cTnI）；样品基质：人血清（加标）
检测原理
样品加入后，cTnI随毛细作用在免疫试纸条中垂直流动，与硝酸纤维素膜上固定的抗cTnI捕获抗体结合；同时结合物释放垫中的5 nm胶体金标记抗cTnI检测抗体迁移至信号垫，形成捕获抗体-cTnI-金标记抗体夹心复合物。洗涤去除未结合的金标记物后，银增强液A/B从水平方向流过信号垫。5 nm胶体金作为催化位点，将还原剂对苯二酚（hydroquinone）的电子传递给Ag+，使Ag+在免疫复合物位点还原为金属银并自催化放大，形成黑色比色信号。cTnI浓度越高，捕获的金催化位点越多，金属银沉积量越大，光密度越高。通过酪蛋白封闭、洗涤和降低水平流剪切抑制银离子自核化背景。
检测灵敏度
LOD: 0.016 ng/mL（IGSS交叉流）；LOD: 0.019 ng/mL（IGSS孵育）；LOD: 0.82 ng/mL（常规快速试纸）
效应效果
该IOC使用针对cTnI的单克隆抗体，在人血清加标样品中保持特异性。通过酪蛋白封闭NC膜、洗涤残余金标记物以及缩短水平吸收垫降低银离子自核化，背景显著降低，信噪比提高。每个浓度重复3次，剂量响应曲线显示信号峰面积与cTnI浓度成正比。与使用30 nm胶体金的常规快速试纸相比，交叉流IGSS检测能力提高51倍；交叉流银增强产率比传统孵育法高19%。作者还指出其性能约为相同概念但酶标记系统的5倍。该芯片适合心肌梗死生物标志物的POCT检测。
传感器的构成
- 芯片基底：聚碳酸酯（polycarbonate）注塑上下板，形成垂直样品通道与水平银底物通道，承载试纸条并引导交叉流
- 样品垫：玻璃纤维膜（GFB-R4），用于加样和毛细传输
- 结合物释放垫：玻璃纤维膜（PT-R5），负载5 nm胶体金标记抗cTnI单克隆抗体（BD clone 12）、HAMA blocker、Triton X-100和海藻糖（trehalose），释放检测抗体
- 信号垫：硝酸纤维素膜（NC membrane），固定抗cTnI捕获抗体（clone 19C7），形成夹心免疫复合物
- 封闭层：酪蛋白（casein）封闭NC膜剩余表面及胶体金抗体复合物，降低非特异吸附
- 吸收垫：纤维素膜（17 CHR），吸收样品流并维持垂直流动；水平吸收垫控制银底物流速
- 信号放大元件：5 nm胶体金（colloidal gold）催化银增强液A/B（含Ag+和还原剂hydroquinone）中的Ag+还原为金属银，产生比色信号
- 读出装置：数字相机比色检测器（CCD camera）采集图像，LabVIEW软件数字化光密度（OD）
中文摘要
本文报道了一种基于交叉流色谱的免疫金-银染色芯片生物传感器（IGSS-on-a-chip, IOC），用于心肌肌钙蛋白I（cTnI）检测。该传感器将免疫反应与银增强显色分别在垂直和水平方向顺序进行：样品在免疫试纸条中垂直流动形成夹心免疫复合物，随后银增强液水平流过信号垫，由5 nm胶体金催化银离子还原为金属银，产生比色信号。研究优化了除银底物外影响信噪比的因素，发现5 nm胶体金催化效率最高；抗体固定后用酪蛋白封闭硝酸纤维素膜剩余表面，并在免疫反应后洗涤残余标记物，可显著降低背景。银离子自核化也会产生背景，通过减小水平流供给底物时的流体动力作用可部分控制。注塑成型的塑料IOC芯片实现了便捷、高效的IGSS检测。与使用30 nm胶体金的常规快速试纸相比，该方法检测能力提高51倍；交叉流银增强产率比传统孵育法高19%。
英文摘要
Immunogold-silver staining (IGSS) was adopted in cross-flow chromatographic analysis in which immunological reactions and silver intensification were sequentially conducted in the vertical and horizontal directions, respectively. Factors controlling the performance, except the silver substrate solution, were optimized to increase the signal-to-background ratio in measurements of cardiac troponin I as a model analyte. In generating the signal, the size of colloidal gold catalyst was critical; the smallest size (5-nm diameter) in the selected range yielded the highest colorimetric signal. To maintain the low background, two processes, blocking the remaining surfaces of membrane after antibody immobilization and washing the residual tracer after immunological reaction, were necessary. Self-nucleation of silver ions also caused a background signal and was controlled to some degree by decreasing the hydrodynamic force that arose when the substrate solution was supplied in the horizontal direction. Finally, a new chip (IGSS-on-a-chip; IOC) that allowed for convenient, efficient IGSS was produced by injection molding of plastic. This method enhanced the detection capability by 51-fold compared to the conventional rapid test kit using 30nm-sized colloidal gold as the tracer. The IOC biosensor results also showed that silver intensification yield via cross flow after immunological reaction was 19% higher than that by traditional incubation.