组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
宿主细胞蛋白（host cell proteins, HCP）；样品基质：大肠杆菌（E. coli）表达乳酸脱氢酶（LDH）的培养上清、超声裂解液及 IMAC 洗涤/洗脱组分
检测原理
该传感器采用无标记电容免疫检测原理。溅射金电极表面先形成硫辛酸自组装单分子层（SAM），经 EDC 活化后共价固定抗 HCP 多克隆抗体，并用 1-十二硫醇封闭裸露金表面。当样品中的 E. coli 宿主细胞蛋白（HCP）与固定抗体结合时，绝缘层/电极-溶液界面的介电性质和双电层结构发生变化，使界面电容改变。恒电位电容法通过扰动电极电位并测量电容变化（以 -nF cm−2 表示）读出信号。HCP 浓度越高，结合量越大，电容变化越大；在 1.0×10−17 至 1.0×10−13 M 范围内与浓度对数呈线性关系。未使用酶或纳米材料放大。每次分析后用 25 mM glycine-HCl（pH 2.5）再生电极。
检测灵敏度
LOD: 8.0 × 10−18 M；线性范围: 1.0 × 10−17–1.0 × 10−13 M
效应效果
传感器对 HCP 选择性良好：1.0×10−15 至 1.0×10−13 M 内，HCP 电容变化显著高于 HSA 和 BSA；但 1.0×10−15 M 时 HSA/BSA 接近 HCP 且高于空白（4.3±0.2 -nF cm−2），低浓度非特异需关注。重现性方面，1.0×10−15 M HCP 连续检测 2 天（14 次/天），前 25 循环保留约 98±5% 初始信号，RSD≤5%；25 次再生后活性快速下降。实际 LDH 纯化样品中，S1 未检出，S2–S7 为 2.4、8.3、2.5、1.2、1.4、4.4×10−12 M，IMAC 洗涤 W2 为 5.3×10−14 M，洗脱 E25 低于检出限。作者认为该无标记电容免疫传感器可用于重组蛋白下游过程监控。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃载玻片上溅射金电极（Au），经等离子清洗，作为电容换能界面
- 绝缘自组装单分子层：硫辛酸（thioctic acid, TA）2% w/w 乙醇中形成 SAM，绝缘金表面并提供末端羟基
- 化学交联活化层：EDC（N-(3-dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride）1% w/w 干乙腈中活化羟基生成 O-acylisourea
- 识别元件：抗宿主细胞蛋白多克隆抗体（anti-HCP）35 µg/mL，共价结合于 SAM，识别 E. coli HCP
- 封闭层：1-十二硫醇（1-dodecanethiol）10 mM 乙醇，覆盖裸露金表面，降低非特异结合
- 流动注射/再生系统：250 µL 进样环，10 mM 磷酸钠缓冲液 pH 7.0 载液，25 mM glycine-HCl pH 2.5 再生
- 信号读出：恒电位电容测量（potentiostatic capacitive measurement），无标记直接检测电容变化
中文摘要
本文报道了一种用于监测转基因蛋白药物制备过程中宿主细胞蛋白（host cell proteins, HCP）的新型分析方法。该电容生物传感器具有极高灵敏度，可用于痕量 HCP 的监测。传感器由金电极构成，其表面被良好绝缘，并在其上固定了针对宿主细胞完整蛋白组制备的多克隆抗体群。在转基因蛋白生产过程中，HCP 通常仅以极低浓度存在，因此需要高灵敏度检测手段。本文以大肠杆菌（E. coli）表达酶为模型体系，研究 HCP 在培养及下游纯化过程中的残留。由于灵敏度很高，分析样品可进一步稀释，从而降低非特异性结合对传感器表面的不利影响，为生物制药过程监控提供直接、无标记的检测策略。
英文摘要
A new analysis for monitoring host cell proteins in preparations of transgenically produced protein pharmaceuticals is described. A capacitive biosensor with a very high sensitivity is used to monitor trace amounts of host cell proteins. The sensor consists of a gold electrode, the surface of which is well insulated and on which a preparation of a population of polyclonal antibodies raised against the complete protein set-up of the host cell are immobilized. Host cell proteins are present at very low concentrations during the production of a transgenic protein. The system studied here is a model system with an enzyme expressed in Escherichia coli (E. coli). Due to the high sensitivity, it may even be possible to dilute the samples to be analyzed, thereby reducing a negative influence from non-specific binding to the sensor surface.