组成图示
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传感器类型
微流控生物传感器
检测对象
甲胎蛋白（AFP, alpha-fetoprotein）；样品基质：PBS缓冲液、稀释人血清（临床血清）
检测原理
该传感器采用无固定、无洗涤的均相液滴免疫分析。Ru–Ab复合物带正电，绿色CdTe QDs带负电，二者通过静电作用靠近，Ru–Ab淬灭QDs绿色荧光，液滴主要显示Ru红色荧光。加入AFP后，AFP与Ru–Ab特异性结合形成带负电的Ru–Ab–AFP复合物，其抗原-抗体亲和力远强于静电作用，使Ru–Ab远离QDs表面，QDs绿色荧光恢复。随着AFP浓度升高，红色Ru荧光与绿色QD荧光叠加比例变化，液滴颜色由红逐渐变为绿。微流控芯片将QDs、Ru–Ab和AFP液滴按需生成、融合并捕获，荧光显微镜/CCD成像获取颜色与荧光恢复量ΔF，ΔF与log CAFP呈线性关系。
检测灵敏度
LOD: 0.06 ng ml−1；线性范围: 0.0005–1 mg ml−1；R^2 = 0.9612；血清LOD: 0.4 ng ml−1；血清线性范围: 0.675 ng ml−1–0.0675 mg ml−1；R^2 = 0.9969
效应效果
该传感器对AFP具有良好选择性：HSA、IgG、转铁蛋白、氨基酸及Na+、K+、Mg2+、Ca2+等干扰物在0.1 mg ml−1或相应浓度下未引起明显颜色变化，仅0.1 mg ml−1 AFP产生显著响应。缓冲液中11次重复测定0.01 mg ml−1 AFP的RSD为2.8%。在稀释人血清中，线性范围为0.675 ng ml−1–0.0675 mg ml−1，R^2=0.9969，LOD为0.4 ng ml−1；7份临床血清结果与医院参考值一致，3份独立血清RSD小于10%。作者认为其试剂用量少、无需孵育洗涤、检测简便低成本，适合POCT和癌症标志物筛查。
传感器的构成
- 微流控芯片基底：三层PDMS微流控芯片（three-layer PDMS microfluidic chip），用于液滴生成、融合、捕获与成像
- 反应介质：15 mM PBS缓冲液（pH 8.0，10 mM NaCl），作为水相反应环境
- 识别元件：AFP单克隆抗体（Ab）与Ru偶联形成的Ru–Ab复合物，作为AFP抗原捕获探针
- 信号标记/淬灭剂：Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2配合物（Ru），提供红色荧光并淬灭QDs绿色荧光
- 荧光信号纳米材料：N-乙酰半胱氨酸（NAC）包覆CdTe量子点（QDs），提供绿色荧光参考与恢复信号
- 被测物：甲胎蛋白（AFP）抗原液滴，与Ru–Ab特异性结合
- 读出装置：倒置荧光显微镜（Axio Observer.A1）配10×物镜与CCD（Spot RT3），采集液滴颜色与荧光强度
中文摘要
液滴方法已成功用于DNA杂交分析和蛋白质-蛋白质相互作用研究，但现有液滴平台检测方法受昂贵且高维护设备限制。比色法作为一种便捷检测手段，可提高微尺度分析效率并简化检测流程。本文首次将比色法与液滴平台结合，建立了一种用于甲胎蛋白（AFP）的微尺度免疫分析方法。作者将Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2配合物（Ru）与AFP单克隆抗体（Ab）偶联，形成稳定的红色Ru–Ab复合物，该复合物既可作为绿色CdTe量子点（QDs）的淬灭剂，又可作为AFP捕获探针。无AFP时，混合液滴呈红色；随着AFP浓度增加，AFP与QDs竞争结合Ru–Ab，使液滴颜色由红色逐渐变为绿色。该生物传感器对AFP具有良好的灵敏度和特异性，缓冲液中检出限为0.06 ng/mL，稀释人血清中检出限为0.4 ng/mL。基于该原理，有望建立用于癌症生物标志物筛查的肉眼可视液滴平台。
英文摘要
Droplet methods have been successfully applied in DNA hybridization analysis and protein-protein interaction. Existing assay methods implemented in droplet platforms are severely limited by expensive and high-maintenance equipment. As a convenient detection method, colorimetry provides a new path for microscale assay since it can enhance assay efficiency and simplify the detection procedure. Here, a microscale immunoassay for α-fetoprotein (AFP) was developed for the first time by the incorporation of colorimetry and droplet platform. Ru(bpy)(2)(mcbpy-O-Su-ester)(PF(6))(2) complex (Ru) was coupled with the monoclonal antibody (Ab) of AFP to form a stable red Ru-Ab complex both as a quencher for green CdTe quantum dots (QDs) and as a capture probe for AFP. In the absence of AFP, the mixed droplet showed a red color. With the increase of AFP concentration, the color change of the droplet was from red to green as a result of the competition of AFP with QDs for Ru-Ab. The biosensor exhibited not only good sensitivity and specificity for AFP with a detection limit of 0.06 ng ml(-1), but also satisfactory performance in diluted human sera with a detection limit of 0.4 ng ml(-1). Notably, a visual droplet platform for screening cancer biomarkers by the naked eye based on this principle is anticipated.