基于抗体抗原“特异性结合”的免疫分析已被广泛用于实验室研究和临床诊断中。其中,酶联免疫吸附试验(ELISA)是一种经典且功能强大的生化传感技术,可通过生物酶反应和化学比色法对超低浓度分析物进行定量。ELISA已广泛应用于医疗诊断、环境分析和食品安全等领域。然而,在传统ELISA检测中,抗原或抗体被包覆到多孔板(例如,96孔板)的孔壁上,这导致了三个主要缺点:(ⅰ) 由于所有步骤都在同一槽内进行,因此在每步反应前后需要多次清洗,以去除未结合的残留试剂和非特异性相互作用的分子,这给检测人员造成了繁重的体力劳动;(ⅱ) 此外,由于操作中存在的差异性也可能为检测结果带来误差。(ⅲ)检测物与抗原抗体是通过被动的扩散来实现结合,因此传统的ELISA检测需要较长的孵育时间。以上原因都造成了传统ELISA检测效率低的问题。
近日,哈尔滨工业大学马星课题组提出了棒状磁驱动纳米机器人(MNR)作为可操作的免疫分析探针,实现自动高效的ELISA分析方法,称为纳米机器人激活ELISA(nR-ELISA)。为了制备MNR,研究人员利用外部磁场辅助实现Fe3O4磁性颗粒的自组装以及在其表层原位生长一层刚性氧化硅(SiO2)。紧接着将捕获抗体(Ab1)通过法学法修饰到其表面,最终成功制备了磁性可操作免疫分析探针(MNR-Ab1)。通过数值模拟研究了微尺度下MNR周围的流体速度分布,并通过实验结果验证了主动旋转MNR能够提高混合效率。为了使传统的ELISA检测过程实现自动化,研究人员通过三维打印设计并使用面投影微立体光刻技术(nanoArch P150, 摩方精密)制造了一个由三个功能槽组成的检测单元。MNR-Ab1在外部磁场的作用下,通过微通道实现在不同的功能槽间运动,参与不同的阶段的生化反应。主动旋转的MNR-Ab1s可以在微尺度下,通过加速物质交换实现抗原/抗体与待检测物的快速结合,从而达到缩短培养时间的目的。该工作实现了ELISA检测的自动化。在未来,为了实现ELISA的高通量检测,研究人员拟采用亥姆霍兹线圈来替代目前磁场发生器。并且通过数值模拟的方法证明了:亥姆霍兹线圈不仅可以提供足够大的操作空间,同时空间内的磁场偏差较小(<1.6%),是未来发展高通量自动化ELISA检测理想的选择。该工作将磁性微/纳米机器人应用到自动高效ELISA的检测中,不仅在未来的即时检测(POCT)中具有巨大的潜力,而且将具有自驱能力的微/纳米机器人的实际应用扩展到分析化学领域。相关研究结果以“Magnetic Nano-Robots as Maneuverable Immunoassay Probes for Automated and Efficient Enzyme Linked Immunosorbent Assay”为题发表于《ACS Nano》。
图1 磁性纳米机器人实现了自动化和高效的ELISA(nR ELISA)分析示意图。
图2 MNR的制备和运动特性表征。
图3 MNRs实现了自动化ELISA检测。采用摩方精密P150面投影微立体光刻技术打印了检测单元。如图b所示,微通道的狭缝宽度为200 μm,狭缝间距为300 μm。
文章链接:
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05267
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