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科普篇之新技术分享-你所不知道的荧光微球(下篇)

返回列表 来源: 发布日期: 2022.06.20
本期我们继续接着上一期的内容来讲述用于及时诊断的荧光微球在核酸、蛋白质以及细菌检测的领域中的重要应用,并重点概述一下荧光编码微球在市场应用中的主要问题以及未来的展望。

【用于核酸检测的荧光微球】
用于核酸检测的荧光微球
利用不同颜色的上转发光材料编码的微球可用于结合不同的报告标签,当结合上单链的DNA之后,荧光强度会显示不同。Zhang利用类似的方法,将上转发光的纳米颗粒包裹在聚苯乙烯的微球内部,调整上转纳米颗粒(不同发射波长)的比例,可以获得不同的荧光编码微球。上转发光编码微球与报告分子的染料标记没有光学交叉,因此标记染料到荧光波长可选择范围很宽(图1所示)。量子点编码的微球也可用于结合目标DNA分子,利用微流控芯片的层流以及外部的磁力,报告分子、清洗剂通过磁力的作用产生了三股流体,利用量子点标记的微球,进行杂交链式反应之后的信号出现增强的现象,因此量子点编码的微球可以用于在人的肺癌细胞中进行miRNA的过表达的多重检测(图2所示)。

【用于蛋白质检测的荧光微球】
用于蛋白质检测的荧光微球
多重颜色的量子点结合的微球广泛被证实能够用于多重抗原的同时检测,包括IgG,肿瘤标志物,病原标志物等,使用上转换纳米颗粒以及携带磁性纳米纳米颗粒标记的微球可以同时检测两种不同的抗原。(图a所示)基于微流控技术,利用AFP ( FEMMs 荧光编码的磁珠) 对Fe3O4纳米颗粒的磁性富集以及分离(高温化学溶胀的方式),量子点以及Fe3O4纳米颗粒与微球的通过高分子链端或者疏水作用进行有效的结合,该技术也广泛的应用于一些多重生物标志物的检测。(图b所示)

【用于细菌检测的荧光微球】
用于细菌检测的荧光微球
传统的细菌检测(例如微量肉汤稀释法或者E-测试)所需时间周期长,因此需要开发能够快速以及高效地对多重细菌进行检测。Ozcan组利用了聚苯乙烯微球能够快速对寄生于人角膜以及结膜的金黄色葡萄球菌进行快速的计数。Wang课题组将荧光微球与万古激素(vancomycin)进行孵育,通过氢键与细菌细胞壁上的连接酶进行结合,通过荧光磁珠微球的扩散方式来有效识别溶液中活细菌或者死细菌。

【基于POCT平台的荧光微球的检测】

基于POCT平台的荧光微球的检测

基于POCT平台的荧光微球的检测-1

Im使用智能手机的方式分析免疫微球的衍射图案,从而不同生化目标的检测,包括一些可溶解的蛋白、核酸以及细胞水平的蛋白。但是这个技术非常依赖于手机的摄像头的分辨率,除此之外,该检测方式也依赖于不同手机品牌,这些会极大的限制了该技术达到应用以及推广(如图a所示)。Ming课题组为了分析微球的荧光信号,整合了一些光学元器件(例如激发光源、透镜、光学滤片以及其他的电子元器件)开发了一套智能手机的检测设备。标记了不同颜色量子点的微球被捕获在玻璃芯片的孔洞中,从而形成了微球阵列芯片用于快速检测多重抗原物质。该方案在文中被用于检测七种抗原物质,利用上转换纳米颗粒结合微球的方式来快速检测不同种类的霉菌毒素。

【可折叠式的微流控芯片的分析以及检测 】
可折叠式的微流控芯片的分析以及检测
Han课题组制备了一款器件,该器件的上层为PDMS流道,下层为可以用于捕获多重颜色的量子点标记的荧光微球的孔洞阵列(利用重力沉降捕获的原理)。Tamayol设计了一种标记了微球的海藻酸,同时该微球标记了对PH敏感的有机染料,能够用于长时间监测表皮的ph水平。当PH由碱性变为酸性的时候,纤维从淡红色变为黄色,该实时的变化能够通过手机进行捕获,从而反应了伤口位置的PH变化的水平。

【荧光编码微球的主要问题以及未来展望 】

1)、仍然缺乏用于特定目标捕获的高效识别单元,大部分目前基于POCT的荧光微球技术所使用的免疫分析原理依赖于特异抗体对其对应抗原的有效结合。然而在真实样品中一些血清蛋白能够诱发抗体蛋白的交错反应,从而降低了抗体的敏感性以及特异性。因此开发例如分子免疫印迹、分子配体以及适配体作为捕获探针的替代物显得尤为重要。

2)、开发便携以及有效的多重信号解码策略尤为重要,POCT的技术需要更加快速、简便的操作手段用于偏远地区的实验室。尽管现在已经看到有一部分基于POCT设备的智能手机应用的文章,但是关于荧光微球可以用于高通量的分析以及巨大的编码性能仍然鲜有报道。

3)、目前可分辨的荧光微球的数量较少,主要是由于现在的荧光微球的编码策略主要关注于荧光的颜色或者强度,该方法容易受到荧光光谱重叠以及背景干扰的影响。除了荧光微球的强度外,荧光材料的寿命也成为关注的重点。

【星烁量子点微球】
星烁量子点微球通过将量子点包埋于无机材料内部,可使量子点不易受到外界环境影响,显著提高量子点的稳定性以及检测灵敏度。进行了亲水包覆的量子点微球,生物相容性好,非特异性吸附低,是高灵敏度生物检测的优秀材料。
Quantum Dots Microspheres-revised
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