第六章免疫传感器

1、1 第六章第六章 免疫传感器免疫传感器 Immunosensor 偶联抗原偶联抗原/抗体分子的生物敏感膜与信抗体分子的生物敏感膜与信号转换器组成的，基于抗原抗体特异性免疫号转换器组成的，基于抗原抗体特异性免疫反应的一种生物传感器。反应的一种生物传感器。2一、一、免疫免疫1. 什么叫免疫什么叫免疫 免疫是机体的一种特殊保护性生理功能。免疫是机体的一种特殊保护性生理功能。人体依靠这种功能人体依靠这种功能识别识别 “自己自己” 、排除排除 “非非己己” 成分，以维持内环境的平衡和稳定。成分，以维持内环境的平衡和稳定。2. 免疫的类型免疫的类型 非特异性免疫非特异性免疫 特异性免疫特异性免疫 3 非特

2、异性免疫（先天性免疫）非特异性免疫（先天性免疫） 人类通过人类通过遗传遗传（即在长期自然进化中逐渐（即在长期自然进化中逐渐建立起来）而来的天然防御功能。建立起来）而来的天然防御功能。 特点：特点：人人都有、生来就有人人都有、生来就有 作用：作用：对多种病原体都有一定的防御功能对多种病原体都有一定的防御功能（即无特异性）（即无特异性）4 特异性免疫（获得性免疫）特异性免疫（获得性免疫） 人类在出生后生活过程中受到病原体作用，人类在出生后生活过程中受到病原体作用，通过与病原体的斗争而获得的一种免疫力。通过与病原体的斗争而获得的一种免疫力。 特点：特点：不是人人都有，只是与该病原体斗不是人人都有，只

3、是与该病原体斗争的人才能获得。争的人才能获得。 作用：作用：对某一特定病原体或异物起作用。对某一特定病原体或异物起作用。5二、抗原和抗体二、抗原和抗体1. 抗原抗原可使机体产生特异性免疫反应的物质。可使机体产生特异性免疫反应的物质。特点：特点： 异物性异物性 大分子性大分子性 特异性特异性6具有两种性能：具有两种性能： 刺激机体产生免疫应答反应；刺激机体产生免疫应答反应； 与相应免疫反应产物发生特异性的结合与相应免疫反应产物发生特异性的结合反应。反应。72. 抗体抗体 是是机体受抗原刺激后产生机体受抗原刺激后产生的，并的，并能与该抗能与该抗原发生特异性结合原发生特异性结合的具有的具有免疫功能免

4、疫功能的的球蛋白球蛋白。 分布：分布：主要分布在血清中，也有分布于组主要分布在血清中，也有分布于组织液及外分泌液织液及外分泌液(如乳汁）。如乳汁）。 功能：功能：与特异抗原结合，发生免疫反应。与特异抗原结合，发生免疫反应。 产生：产生：效应效应B细胞合成、分泌。细胞合成、分泌。8二、免疫传感器的类型二、免疫传感器的类型 利用抗体对相应抗原的识别和结合的利用抗体对相应抗原的识别和结合的双重功能，将抗体或抗原的固化膜与信号双重功能，将抗体或抗原的固化膜与信号转换器组合而成，用来测定抗原（或抗体）转换器组合而成，用来测定抗原（或抗体）的传感器称为免疫传感器。的传感器称为免疫传感器。 9 感受器单元中

5、的抗体与被分析物的感受器单元中的抗体与被分析物的亲和性结合具有高度的特异性，抗体与亲和性结合具有高度的特异性，抗体与抗原选择性结合产生的信号敏感地传送抗原选择性结合产生的信号敏感地传送给感受器，再经电子放大器进行放大处给感受器，再经电子放大器进行放大处理。理。 免疫传感器的性能优劣主要免疫传感器的性能优劣主要取决于取决于抗体与待测物结合的选择性和亲和力抗体与待测物结合的选择性和亲和力。10免疫传感器根据免疫传感器根据抗体是否进行标记抗体是否进行标记分为：分为： 非标记免疫传感器非标记免疫传感器 标记免疫传感器标记免疫传感器根据根据信息转换过程信息转换过程分为：分为： 直接型免疫传感器直接型免疫

6、传感器 间接型免疫传感器间接型免疫传感器 11（1 1）标记法）标记法 采用酶、荧光物质等进行标记，抗原采用酶、荧光物质等进行标记，抗原抗体反应通过电化学、光学等手段进行检抗体反应通过电化学、光学等手段进行检测，同时对浓度信息加以化学放大（如酶测，同时对浓度信息加以化学放大（如酶标记），从而实现高灵敏检测目标物。标记），从而实现高灵敏检测目标物。 12 13（2）非）非标记法标记法抗体与抗原结抗体与抗原结合后直接将免合后直接将免疫反应的信息疫反应的信息转变成可测信转变成可测信息直接转变成息直接转变成可测信号。可测信号。14 免疫传感器根据使用的信号转免疫传感器根据使用的信号转换器可分为：换器可

7、分为： 电化学免疫传感器电化学免疫传感器 光纤免疫传感器光纤免疫传感器 压电免疫传感器压电免疫传感器15三、电化学免疫传感器三、电化学免疫传感器1.1.电位型免疫传感器电位型免疫传感器 基于测量电位的变化进行免疫分析基于测量电位的变化进行免疫分析的生物传感器。的生物传感器。 16原理原理: : 将抗体结合在载体上，当样品中的抗原将抗体结合在载体上，当样品中的抗原选择性地与固定抗体结合时，膜内离子载体选择性地与固定抗体结合时，膜内离子载体性质发生改变而导致电极上电位的变化，由性质发生改变而导致电极上电位的变化，由此测得抗体浓度。此测得抗体浓度。 17 测定人绒毛膜促性腺激测定人绒毛膜促性腺激素素

8、(HCG) HCG由胎盘的滋养层细胞分泌的一种糖由胎盘的滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，作为妊娠的早期诊断标准。蛋白，作为妊娠的早期诊断标准。 将电极固定上兔抗人将电极固定上兔抗人HCG抗体，即制备抗体，即制备成成HCG电极。电极。 当待测溶液中滴入当待测溶液中滴入HCG抗原溶抗原溶液时，由于抗原与抗体结合，电位逐渐下降，液时，由于抗原与抗体结合，电位逐渐下降，根据下降的电位，可以计算出根据下降的电位，可以计算出HCG的浓度。的浓度。18测定甲胎蛋白（测定甲胎蛋白（AFPAFP） 甲胎蛋白是胚胎肝细胞产生的一种蛋甲胎蛋白是胚胎肝细胞产生的一种蛋白质，为胎儿血清的正常组分，出生白质，为胎儿血清的正常

9、组分，出生2周周左右消失。左右消失。 成年人血清中测出成年人血清中测出AFP，可作为诊断，可作为诊断原发性肝癌的特异性指标。原发性肝癌的特异性指标。19 Ag-AgCl电电极上固定甲胎蛋白抗体，极上固定甲胎蛋白抗体，溶液中有若溶液中有若有有AFP，即形成抗原抗即形成抗原抗体复合体复合物，造成电极电位下降，从而测出物，造成电极电位下降，从而测出AFP的的含量。含量。202.2.电流型免疫传感器电流型免疫传感器 将酶底物浓度的变化或其催化产物浓度将酶底物浓度的变化或其催化产物浓度的变化转变成电流信号。的变化转变成电流信号。 结构最简单的是以结构最简单的是以Clark氧电极为基础氧电极为基础建立起来

10、的酶免疫传感器。建立起来的酶免疫传感器。 主要有主要有竞争法竞争法和和夹心法夹心法.21竞争法：竞争法： 用酶标抗原与样品中的抗原竞争结合用酶标抗原与样品中的抗原竞争结合氧电极上的抗体，催化氧化还原反应，产氧电极上的抗体，催化氧化还原反应，产生电活性物质而引起电流变化，从而测得生电活性物质而引起电流变化，从而测得样品中的抗原浓度。样品中的抗原浓度。22 以过氧化氢酶作为酶标记为例说明以过氧化氢酶作为酶标记为例说明工作原理：工作原理： 在测定溶液中加入标记的过氧化氢酶抗原，然后在测定溶液中加入标记的过氧化氢酶抗原，然后将抗体膜免疫传感器插入上述溶液中。未标记抗原（被将抗体膜免疫传感器插入上述溶液

11、中。未标记抗原（被测物）和标记抗原对膜上的抗体发生竞争结合；测物）和标记抗原对膜上的抗体发生竞争结合； 洗去未反应的抗原；洗去未反应的抗原； 将传感器插入测定酶活性的溶液中，这时传感器将传感器插入测定酶活性的溶液中，这时传感器的电流值是由测定液中氧的量决定的；的电流值是由测定液中氧的量决定的； 向溶液中加入一定量的向溶液中加入一定量的H2O2，结合在膜上的过氧，结合在膜上的过氧化氢酶使化氢酶使H2O2分解产生分解产生O2，随之传感器的电流值增大。，随之传感器的电流值增大。22H O22H O24如何用这种方法测如何用这种方法测定定HCG？25夹心法：夹心法： 在样品中的抗原与氧电极上的抗体结在

12、样品中的抗原与氧电极上的抗体结合后，再加酶标抗体与结合在抗体上的抗合后，再加酶标抗体与结合在抗体上的抗原结合，形成夹心结构，从而催化氧化还原结合，形成夹心结构，从而催化氧化还原反应产生电流值变化。原反应产生电流值变化。26 在溶液中加入足量过氧化氢，随在溶液中加入足量过氧化氢，随抗体附着在电极上的那部分辣根过氧化抗体附着在电极上的那部分辣根过氧化物酶就会氧化过氧化氢，产生与其数量物酶就会氧化过氧化氢，产生与其数量成正比的阴极电流。成正比的阴极电流。黄曲霉毒素的检测黄曲霉毒素的检测 1级致癌物，是一种剧毒级致癌物，是一种剧毒物质，毒性是氰化钾的物质，毒性是氰化钾的10倍，是砒霜的倍，是砒霜的68

13、倍倍。 对肝脏有破坏作用。对肝脏有破坏作用。 2011 2011年年“蒙牛事件蒙牛事件”黄曲霉毒素黄曲霉毒素 三聚氰胺的检测三聚氰胺的检测 又称蛋白精，是一种化又称蛋白精，是一种化工原料工原料。 2008 2008年年“三鹿事件三鹿事件”三聚氰胺三聚氰胺青霉素的检测青霉素的检测 食品中常见的致病菌还有金黄色葡萄球食品中常见的致病菌还有金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、致病性链球菌、志贺菌等。菌、沙门氏菌、致病性链球菌、志贺菌等。31四、光纤免疫传感器四、光纤免疫传感器 在光纤上固定相应的在光纤上固定相应的Ab，待检测的物，待检测的物质即相应的质即相应的Ag与与Ab结合，形成结合，形成AgAb复合复合物

14、时，可得到一个稳定的光信号，依据光物时，可得到一个稳定的光信号，依据光信号的大小与底物浓度的函数关系，得到信号的大小与底物浓度的函数关系，得到底物的浓度，一般情况下光信号大小与底底物的浓度，一般情况下光信号大小与底物浓度成正比。物浓度成正比。光纤传感器的分类：光纤传感器的分类： 按照换能器能量转换方式的不同，分为按照换能器能量转换方式的不同，分为化学发光型、光吸收型、荧光猝灭型、指示化学发光型、光吸收型、荧光猝灭型、指示剂型和生物发光型。剂型和生物发光型。33图图 光纤化学发光免疫传感器原理光纤化学发光免疫传感器原理34五、压电晶体免疫传感器五、压电晶体免疫传感器 压电晶体免疫传感器是最常见的一种质压电晶体免疫传感器是最常见的一种质量测量式免疫传感器。量测量式免疫传感器。2200002/fKfm Afm A 35压电晶体免疫传感器原理压电晶体免疫传感器原理36 (1)(1)微生物的检测微生物的检测 白色念珠菌是第一个报道用压电微质白色念珠菌是第一个报道用压电微质量法检测的微生物。量法检测的微生物。 用硅烷化试剂处理晶体后，然后用戊用硅烷化试剂处理晶体后，然后用戊二醛交联特异性抗体。检测时，进入还有二醛交联特异性抗体。检测时，进入还有白色念珠菌的样品溶液中，晶体质量增加，白色念珠菌的样品溶液中，晶体质量增加，频率下降。频率下降。37（