单电极系统电化学发光免疫传感器:AQP4抗体检测新突破

单电极系统电化学发光免疫传感器:AQP4抗体检测新突破

原创
来源:曹璐璐
2025-02-07 09:35:56
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核心提示:本研究成功开发了一种基于SEES的ECL免疫传感器,利用Ag-MOGs作为共反应剂,实现了AQP4抗体的多重检测。

引言

神经脊髓炎谱系疾病(NMOSD)是一种以视神经炎和横贯性脊髓炎为特征的中枢神经系统自身免疫性疾病,其诊断关键在于检测水通道蛋白-4(AQP4)抗体。然而,目前最可靠的细胞基检测方法受限于仪器不足等问题。如何实现AQP4抗体的快速、准确检测,成为亟待解决的难题。近期,一项创新研究为这一领域带来了新希望——基于单电极系统的电化学发光(ECL)免疫传感器,利用金属-有机凝胶(Ag-MOGs)作为共反应剂,成功实现了AQP4抗体的多重检测。

研究背景与意义

NMOSD的诊断离不开AQP4抗体的检测,其在2006年被纳入NMOSD的诊断指南,并在2015年进行了修订。AQP4抗体检测的灵敏度和特异性直接影响NMOSD的诊断准确性。尽管细胞基检测方法具有较高的灵敏度和特异性,但其所需的复杂仪器和较长的分析时间限制了其广泛应用。因此,开发一种简单、高效、低成本的电化学传感器,能够同时检测多种分析物,对于NMOSD的诊断具有重要意义。

研究方法

Ag-MOGs的合成与表征

研究中采用了一种简单的一锅法合成Ag-MOGs,将AgNO3溶液与三聚氰胺溶液混合后加热,得到白色金属-有机凝胶。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对Ag-MOGs的形貌和结构进行了详细表征,确认了其纤维状三维结构和独特的化学组成。

单电极电化学系统(SEES)的构建

利用碳纳米管(CNT)墨水制备了SEES电极,通过在塑料基底上涂覆CNT墨水并干燥后,固定圆形孔洞的塑料贴片,形成多孔电极结构。该系统利用单电极的电阻产生电位梯度,从而诱导ECL反应,简化了传统双极电极(BPE)和经典ECL系统中复杂的电极阵列和连接器的制备过程。

免疫传感器的制备与检测

首先将Ag-MOGs分散液修饰在CNT墨水SEES上,干燥后形成CNT/Ag-MOGs。接着,将AQP4抗原溶液引入微电化学池中,与Ag-MOGs修饰的电极孵育过夜,实现AQP4的固定。然后,用牛血清白蛋白(BSA)溶液封闭非特异性结合位点,最后加入不同浓度的AQP4抗体溶液进行孵育。通过引入含有Ru(bpy)32+的PBS溶液,利用智能手机捕获ECL信号,实现AQP4抗体的检测。

实验结果与讨论

形貌表征

Ag-MOGs的TEM和SEM图像显示其具有纤维状三维结构,平均直径约为300 nm,且能延伸至微米长度。XRD和XPS分析进一步证实了Ag-MOGs的非晶特性以及其表面化学组成,包括C、N、Ag和O元素的存在。

免疫传感器组装过程

通过ECL分析表征了CNT墨水SEES的组装过程,发现随着电极的逐步修饰,ECL信号强度逐渐降低,最终在AQP4抗体存在时,ECL信号强度进一步下降,表明该免疫传感器能够有效检测AQP4抗体。

感应原理

SEES的工作原理是通过在电极两端施加外部电压,产生电位梯度,从而在电极两端发生电化学反应。Ag-MOGs与Ru(bpy)32+之间存在协同作用,Ag-MOGs的氨基在电化学氧化过程中与Ru(bpy)32+共同参与ECL反应,增强了ECL信号。

系统优化

对Ru(bpy)32+浓度、pH值、外部电压、Ag-MOGs浓度、AQP4抗原浓度和孵育时间等实验因素进行了优化,以获得更好的ECL响应。结果表明,Ru(bpy)32+的最佳浓度为0.6 mM,pH值为6.5,外部电压为11 V,Ag-MOGs的最佳浓度为1 mg/mL,AQP4抗原的最佳浓度为0.1 mg/mL,孵育时间为50分钟。

分析性能

在最佳条件下,该免疫传感器对AQP4抗体的检测展现出良好的线性关系(10-1000 ng/mL),检测限为2.8 ng/mL。其对其他干扰抗体如copeptin、心肌肌钙蛋白I(cTnI)和心脏型脂肪酸结合蛋白(H-FABP)抗体的检测具有良好的选择性。此外,该免疫传感器在两个月的储存期内表现出较好的稳定性。

研究结论

本研究成功开发了一种基于SEES的ECL免疫传感器,利用Ag-MOGs作为共反应剂,实现了AQP4抗体的多重检测。该传感器具有灵敏度高、线性范围宽、操作简便、成本低等优点,为NMOSD的诊断提供了一种新的检测手段,尤其适用于资源有限的地区,有望提高疾病的诊断效率和治疗效果。

未来展望

尽管该研究取得了一定的成果,但仍存在一些不足之处,如检测限相较于其他方法略高,且目前仅针对AQP4抗体进行了检测。未来的研究可以进一步优化传感器的性能,降低检测限,拓展其检测范围,探索其在其他疾病标志物检测中的应用潜力。同时,还可以将该技术与便携式设备相结合,开发出更加智能化、自动化的检测平台,为临床诊断提供更加便捷、高效的解决方案。

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图1. (A)基于CNT墨水SEES的ECL免疫传感器的组装方法和(B)机理

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2. (A) Ag-MOG的TEM图像,(B) Ag-MOG的HAADF-STEM图像和相应的C、N和Ag的EDS元素映射,(C) AgMOG、三聚氰胺和AgNO3的XRD图案,(D) Ag-MOG的XPS。

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3. (A) 免疫传感器对AQP4抗体的分析选择性和(B) CNT墨水SEES在两个月储存期间的稳定性。


参考文献:https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117128

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