M2点样仪助力生物传感器芯片用于生物标志物检测

环亚生物

2024/11/05 13:16

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生物标志物检测已成为医学早期诊断的重要手段。近些年，微创无痛的微针样的“皮内”生物传感器，作为血液生物标志物检测方法得到了广泛应用。例如，基于微电子传感器平台的毛细管采血，由个人操作进行及时的（POC）快速诊断，测量生物分子结合后传感表面的电学特性，灵敏度高、响应快、线性好。然而，电子的生物传感器容易发生信号漂移和干扰，导致读数不准确，需要经常校准，制造复杂且加工成本高。相比，荧光的光学生物传感器具有更高的选择性和稳定性，以及较宽的动态范围，可检测复杂生物样品中低丰度靶标。

近期，来自以色列特拉维夫大学材料科学与工程系的研究人员设计了一款光学生物传感器用于生物标志物检测，文章题目为“Transdermal Minimally-Invasive Optical Multiplex Detection of Protein Biomarkers by Microneedles-Embedded Nanopillars Array”于2024年发表在Nanoscience杂志上。

作者设计出一种集成的新型微阵列器件，结合了微针样装置和硅纳米柱（SiNPs），并含有一个超高效检测感应区域，修饰有功能化特异性抗体（图1），可对特定的蛋白或生物标志物进行检测。

图1. 基于SiNPs的微针阵列（扫描电镜图片）。（b） SiNPs阵列制备的针：宽220μm，长1000μm，感应区域为 120μm和150 μm；蓝色图显示了更高放大倍率的SiNPs传感阵列。（c）整个微针：三针装置，每根针都有一个感应区域。蓝色图显示另一种设计类型，每个针头含有六个感应区域，用于进行多重检测

首先对人血清样品进行测量，文中选用前列腺特异性抗原（PSA）以量化生物标志物水平。前列腺特异性抗原（PSA），是检测前列腺癌的关键指标。对SiNPs进行特异性测试，使用高浓度的非特异性蛋白质细胞色素C、cTnT 和 BNP，浓度均为100 ng/ml。抗PSA芯片对高浓度细胞色素C、cTnT和BNP的反应接近于零，特异性较高，可抗不同干扰物（蛋白质、核酸、脂质等）。

体外测量对传感设备校准后，将微针元件插入皮内进行PSA浓度的在体检测。测试对象分别是：受试者 A 一名健康的25岁女性，受试者B一名健康的30岁男性，受试者C一名健康的25岁男性，受试者D一名健康的28岁男性，受试者E一名健康的30岁男性。结果显示，受试者的PSA水平在正常健康范围内。女性受试者的PSA水平非常低，低于该器件的检测阈值，显示为水平线（正常的健康女性PSA水平约为 0.002 ng/ml）。为评估PSA 测量准确性，对来自同一受试者的静脉血样进行酶联免疫吸附实验测定（ELISA），结果显示微针阵列体内实验准确性与ELISA 结果相当。

随后进行多重指标检测，通过不同的抗体对每个单独针头的感应区域进行修饰。使用M2 Automation高精度生物芯片点样仪将不同的样品点印在微阵列传感的子区域，一半用 Alexa Fluor 430 标记，另一半用 Alexa Fluor 555 标记，具体见图2d。

图2. a）血清中PSA浓度增加的线性响应曲线。B）特异性测量，PSA 抗体修饰并引入不同的蛋白质：细胞色素 C、BNP、cTnT 和 PSA。结果表明，只有特异性的PSA蛋白生物标志物表现出高荧光响应，而非特异性蛋白质可忽略不计。（c）使用 SiNPs 装置对 5 名志愿者进行 Invivo 测量，用于量化 PSA 浓度（青色条）与 ELISA 测量值（蓝色条）相比。（d）多路检测的荧光图像，检测多个感应区域上两种不同的荧光基团。

综上所述，一种新型的微针嵌入SiNPs传感微阵列，依据免疫学与荧光方法对生物标志物检测，具有高特异性和高灵敏度的特点，使得在快速诊断领域具有广阔的应用前景。

原文链接：https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2024-qdcrw

M2-Automation成立于2003年，总部位于德国柏林，是一家创新技术开发公司，专注于微量/超微量、非接触式自动化移液和生物芯片点样技术。仪器准确性、精确性高，重复性好，全程自动化点样，同时可根据客户需求进行定制。