哈工大深圳：可操作的免疫分析探針磁性納米機(jī)器人用于自動化和高效的酶聯(lián)免疫吸附檢測

來源：PuSL高精密3D打印  

基于抗體抗原“特異性結(jié)合”的免疫分析已被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室研究和臨床診斷中,。其中,，酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)是一種經(jīng)典且功能強(qiáng)大的生化傳感技術(shù),，可通過生物酶反應(yīng)和化學(xué)比色法對超低濃度分析物進(jìn)行定量,。ELISA已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷,、環(huán)境分析和食品安全等領(lǐng)域,。然而,，在傳統(tǒng)ELISA檢測中，抗原或抗體被包覆到多孔板(例如,，96孔板)的孔壁上,，這導(dǎo)致了三個主要缺點(diǎn)：(ⅰ) 由于所有步驟都在同一槽內(nèi)進(jìn)行，因此在每步反應(yīng)前后需要多次清洗,，以去除未結(jié)合的殘留試劑和非特異性相互作用的分子,，這給檢測人員造成了繁重的體力勞動;(ⅱ) 此外，由于操作中存在的差異性也可能為檢測結(jié)果帶來誤差,。(ⅲ)檢測物與抗原抗體是通過被動的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)結(jié)合,，因此傳統(tǒng)的ELISA檢測需要較長的孵育時間。以上原因都造成了傳統(tǒng)ELISA檢測效率低的問題,。

近日,，哈工大深圳馬星課題組提出了棒狀磁驅(qū)動納米機(jī)器人(MNR)作為可操作的免疫分析探針，實(shí)現(xiàn)自動高效的ELISA分析方法,，稱為納米機(jī)器人激活ELISA(nR-ELISA),。為了制備MNR，研究人員利用外部磁場輔助實(shí)現(xiàn)Fe3O4磁性顆粒的自組裝以及在其表層原位生長一層剛性氧化硅(SiO2),。緊接著將捕獲抗體(Ab1)通過法學(xué)法修飾到其表面,，最終成功制備了磁性可操作免疫分析探針(MNR-Ab1)。通過數(shù)值模擬研究了微尺度下MNR周圍的流體速度分布,，并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了主動旋轉(zhuǎn)MNR能夠提高混合效率,。為了使傳統(tǒng)的ELISA檢測過程實(shí)現(xiàn)自動化,，研究人員通過三維打印設(shè)計(jì)并使用面投影微立體光刻技術(shù)(nanoArch P150, 摩方精密)制造了一個由三個功能槽成的檢測單元。MNR-Ab1在外部磁場的作用下,，通過微通道實(shí)現(xiàn)在不同的功能槽間運(yùn)動,，參與不同的階段的生化反應(yīng)。主動旋轉(zhuǎn)的MNR-Ab1s可以在微尺度下,，通過加速物質(zhì)交換實(shí)現(xiàn)抗原/抗體與待檢測物的快速結(jié)合,，從而達(dá)到縮短培養(yǎng)時間的目的。該工作實(shí)現(xiàn)了ELISA檢測的自動化,。在未來,，為了實(shí)現(xiàn)ELISA的高通量檢測，研究人員擬采用亥姆霍茲線圈來替代目前磁場發(fā)生器,。并且通過數(shù)值模擬的方法證明了：亥姆霍茲線圈不僅可以提供足夠大的操作空間,，同時空間內(nèi)的磁場偏差較小(<1.6%)，是未來發(fā)展高通量自動化ELISA檢測理想的選擇,。該工作將磁性微/納米機(jī)器人應(yīng)用到自動高效ELISA的檢測中,，不僅在未來的即時檢測(POCT)中具有巨大的潛力，而且將具有自驅(qū)能力的微/納米機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用擴(kuò)展到分析化學(xué)領(lǐng)域,。相關(guān)研究結(jié)果以“Magnetic Nano-Robots as Maneuverable Immunoassay Probes for Automated and Efficient Enzyme Linked Immunosorbent Assay”為題發(fā)表于《ACS Nano》,。

圖1 磁性納米機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了自動化和高效的ELISA(nR ELISA)分析示意圖。

圖2 MNR的制備和運(yùn)動特性表征,。

圖3 MNRs實(shí)現(xiàn)了自動化ELISA檢測,。采用摩方精密P150面投影微立體光刻技術(shù)打印了檢測單元。如圖b所示,，微通道的狹縫寬度為200 μm,，狹縫間距為300 μm。

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https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05267