免疫检验的自动化
免疫检验的自动化
随着免疫学的不断发展,新的免疫学技术不断出现,如化学发光技术、时间分辨荧光免疫测定技术、荧光偏振免疫分析测定技术等。促进了免疫检测的自动化,一大批先进的自动化免疫分析仪应运而生,它们的出现不仅减轻了工作人员的劳动强度,而且缩短了分析流程,提高了实验结果的精确度和准确性,灵敏度更是达到rlg甚至pg水平,在内分泌激素、血浆特种蛋白、肿瘤标志物、维生素、体内药物浓度的快速测定中起着重要作用。
各种现代化免疫分析仪都使用一种或两种新的免疫分析技术,如:酶联免疫分析技术、生物素一亲和素技术、化学发光分析技术、荧光偏振技术、时间分辨荧光免疫测定技术、电化学发光技术等,使免疫检验手段更先进、方法更可靠、结果更准确、可与放射免疫分析技术相媲美。下面就国内外常见的几种自动化免疫分析仪及其分析原理作一介绍。
一、美国雅培公司的AXSYM全自动快速免疫分析系统:该系统综合使用了微粒子捕捉酶免疫分析技术(MEIA)、荧光偏振免疫分析技术(F凹的,可测定激素、肿瘤标志物、肝炎、病毒标志物、娃娱、维生素和各种治疗药物浓度等。
(一)微粒子捕捉酶免疫分析技术(MEIA)原理。以双抗体夹心法为例,介绍如下:已包被了抗体的塑料微珠试剂中,加入待测标本后,经温育,再加入碱性磷酸酶标记的抗体、形成抗体一抗原一酶标记抗体复合物。然后将其转移到玻璃纤维柱上,用缓冲液洗涤,没有结合的抗原、酶标抗体被洗掉,结合抗原抗体的塑料微珠则被保留在纤维柱滤膜的上方。这时再加入底物,4-甲基伞型酣磷酸盐(4-Mup)。酶标抗体上的碱性磷酸酶将4Mup分解,脱磷酸后形成甲基伞型酣(4Mu),它在365nm激发光的照射下,发出448nm的荧光,经过荧光读数仪的记录、放大,计算出所测物质的含量。
荧光偏振免疫分析技术(FPIA〉,这是一种均相荧光免疫分析法,主要用于测定小分子量物质,如药物浓度测定。原理是:标记在小分子抗原上的荧光素经485m的激发偏振光照射后,吸收光能,越入激发状态,激发状态的荧光素不稳定,很快以发出光子的形式释放能量而还原。发射出的光子经过偏振仪形成525一550nm的偏振光,这一偏振光的强度与荧光素受激发时分子转动的速度呈反比,游离的荧光素标记抗原,分子小,转动速度快,激发后发射的光子散向四面八方,因此通向偏振仪的光信号很弱,而与抗体大分子结合的荧光素标记抗原,因分子大,分子的转动慢,激发后产生的荧光比较集中,因此偏振光信号比未结合时强得多。在测定过程中待测抗原小分子、荧光标记抗原小分子和特异性抗体大分子同时加入到一反应杯中,经过温育,待测抗原和荧光标记抗原竞争性地与抗体结合。待测抗原越少,与抗体竞争结合的量越少,而荧光标记抗原与抗体结合量就越多,当激发光照射时,荧光偏振的程度与荧光标记物分子转动的速度成反比,而荧光标记的小分子抗原与大分子抗体结合后,其分子的转动速度减慢,因此荧光偏振信号强。结果是待测抗原的浓度低,可以通过计算获得其含量。
二.美国拜耳公司ACS:180SE和ACS:CENTAUR全自动化学发光免疫分析系统:该系统是利用化学发光技术和磁性微粒子分离技术相结合的测定方法。以吖啶酶为发光的标记物,固相载体为极细小的磁性颗粒。其测定原理与放射免疫和酶联免疫中的双抗体夹心法和竞争结合法相似。下面以双抗体夹心法为例进行介绍。
(一) 单克隆抗体包被磁性微粒:磁性微粒是以三氧化二铁为核心,外包一薄层聚苯乙烯组成,直径10-2OL由于磁性微粒体积小,几千万颗微粒的表面积比等量的固相载体表面积大得多,可吸附更多的抗体,同时磁性微粒的核心是铁,在磁场中很快下沉,因此容易进行洗涤和分离。
(二) 抗原抗体结合:包被了单克隆抗体的磁性微粒中加入一定量的标本后,标本中的抗原与微粒上的抗体结合,再加上吖啶酶标记的多克隆抗体,经过温育形成固相包被抗体－抗原－吖啶酶标记抗体复合物。
(三) 洗涤、分离:在电磁场中进行3~5次洗涤后,很快将未结合的多余抗原和标记抗体洗去。
(四) 加入氧化剂发光:经过洗涤的磁性微粒中,加入氧化剂(H202)和pH纠正液(NaOH)使成碱性,这时吖啶酶在不需要催化剂的情况下分解、发光,由集光器和光电倍增管接收。记录5秒钟内所产生的光子能,这部分光的积分与被测抗原的量成正比,可从标准曲线上计算出待测抗原的含量。
三.美国强生公司的Vitros ECi全自动增强化学发光酶免分析仪系统。该系统由Arnerlite发展而来,采用酶联 免疫技术、生物素亲和素技术和增强化学发光技术。它是用辣根过氧化物酶(HRP)标记抗原或抗体、以子弹头型塑料小孔管为固相载体,鲁米诺为化学发光剂,并加入化学发光增强剂,可使化学发光强度增强、时间延长而且稳定。下面简单介绍其工作原理。
(一) 在链霉亲和素包被的子弹头型塑料小孔管中,加入生物素标记的特异性抗体和待测标本,经过37℃温育,链霉亲和素与生物素结合,特异性抗体与标本中的抗原结合,形成链霉亲和素一生物素一抗体一抗原复合物,经过洗涤,将多余的标本和生物素标记抗体除去。
(二) 加入辣根过氧化物酶标记抗体,经37℃温育,形成链霉亲和素一生物素一抗体一抗原一酶标抗体复合物,并固定在小孔管壁上。
(三) 加入氧化剂H202，增强化学发光剂和鲁米诺,这时结合在固相载体上的辣根过氧化物酶在强氧化剂的作用下将增强化学发光剂亚铁原吟琳激活,接着它催化并激活鲁米诺发光,这种化学发光强渡比单独鲁米诺发光强,持续时间长,而且稳定,易于测定。
(四) 鲁米诺发光强度经光量子记录系统记录,经计算‘从标准曲线上得出待测抗原含量。
四.法国梅里埃公司的VIDAS全自动荧光酶标免疫测试系统。该系统以碱性磷酸酶标记抗原或抗体,用塑料吸管(SPR)为固相载体,以4-甲基伞型酬磷酸盐(4-MIjP)为发光剂,其测定原理及过程以双抗体夹心法描述如下:
(一) 将待测标本加入多孔试剂条的样本孔内,然后将多孔试剂条插入仪器内。
(二) 将单克隆抗体包被的塑料吸嘴SRP(其形态与加样器的吸头相似),插入多孔试剂条的上方。
(三) 仪器自动将待测样本来回多次吸入塑料吸嘴,以促抗原抗体反应,经温育后吸入缓冲液进行洗涤。
(四) 然后来回多次吸入碱性磷酸酶标记抗体,使塑料吸嘴内表面形成包被抗体一抗原一酶标抗体复合物,经温育后进行洗涤。
(五) 最后加入底物4-甲基伞型酣磷酸盐,它被酶标抗体上的碱性磷酸酶分解,脱磷酸形成4-甲基伞型酣,经370nm激光照射下,发出450nm的荧光,经荧光读数仪记录,并计算出所测物质的含量
五.美国贝克曼公司(Beclunarl)的Access全自动微粒子酶放大化学发光免疫分析系统,是由美国贝克曼公司和法国巴斯德研究院合作设计生产的。该系统以碱性磷酸酶标记抗原或抗体、以磁性微粒子为固相载体,用AMPPD(Diomums)作为化学发光剂,这种化学发光剂发光稳定、持续时间长,因此比闪烁发光容易控制。其测定原理和过程简述如下:
(一) 单克隆抗体包被磁性微粒L微粒直径<7μ(其余同ACS:180)。
(二) 抗原抗体结合:包被单克隆抗体的磁性微粒中加入标本后,标本中的抗原与微粒表面的抗体结合,再加入碱性磷酸酶标记的抗体,经温育后形成固相包被抗体-抗原-酶标记抗体复合物。
(三) 洗涤、分离:同ACS:180
(四) 加入底物AMPPD发光剂:AMPPD在酶标记抗体上的碱性磷酸酶催化作用下,迅速去磷酸,生成不稳定的中介体AMPD。AMPD很快分解,从高能激发态,回到低能量的稳定态,同时发射出光子,这种化学发光持续而稳定,可达数小时之久。通过光量子阅读系统记录发光强度,并从标准曲线上计算出待测抗原的浓度。
六.美国DPC公司(Diagnostic products corporation)的I刷ULITE2000型全自动酶放大化学发光免疫分析系统。该系统以碱性磷酸酶标记抗原或抗体,用Dioxetarl作为发光物质,以塑料珠为固相载体。测定原理与贝克曼公司的Access基本相同。
发光物质Dioxetane phosphate的分子结构中有两个重要部分:一个是联接苯环和金刚炕的二氧四节环,它可以断裂并发射光子:另一个是磷酸基团,它维持着整个分子结构的稳定。当有碱性磷酸酶存在时,这种发光物质作为酶的底物,在酶催化下脱去磷酸根的基团,形成一个不稳定的中间体。这个中间体随即自行分解(二氧四节环断裂〉,同时发射光子。这种发光物质发射的光稳定,持续时间长。发光的强度与碱性磷酸酶的量成正比,因此可计算出标本中待测物质的浓度。
七.美国EG&G Wallac公司的auto DELFIA全自动时间分辨荧光免疫检测系统。该系统用制系元素标记抗原或抗体作为示踪物,并与时间分辨荧光测定技术(TRFIA)相结合,建立了一种新的非放射性微量分析技术,具有灵敏度高,示踪物发光稳定,不受样品自然荧光干扰,标准曲线范围宽,检测重复性好等优点。
(一)制系元素荧光光谱的特点:
通常荧光光谱分两部分,激发光谱和发射光谱。普通物质产生的荧光光谱Stokes位移较小,因此激发光谱和发射光谱常有重叠,互相干扰。而常见的游离锅系元素荧光信号也很弱,但当它与有机配合体结合后,分子内和分子间能量传递,使荧光强度明显增强,而且稀土离子(包括制系元素)的荧光光谱有较大的Stokes位移(约290nm),使激发光谱和发射光谱不会互相重叠。另外稀土离子发射光谱的峰相当窄,特异性很强,荧光寿命长,比普通荧光高出几个数量级,因此可以采用延缓测量时间的方式来降低样品和试剂的本底荧光干扰,提高了测定的精密度。
(二)时间分辨荧光免疫分析法(Time-resolved fluoroimmune assay,TRFIA)原理:
时间分辨荧光免疫分析法使用的示踪物是三价稀土离子如:铕(Eu3+)、钐(Sm3+)、镝(Dy3+)和铽(Tb3+)等,它们可利用具有双功能基团结构的整合剂,在水溶液中与抗原分子以共轭双键结合,形成稀土离子－整合剂-抗原结合物。当标记稀土离子的抗原与待测抗原共同与抗体竞争结合,形成抗原抗体免疫复合物,其中含有标记的稀土离子,然后利用时间分辨荧光分析仪,可测出复合物中稀土离子发射荧光的强度,以此确定待测抗原的含量,也即固相竞争法。时间分辨免疫荧光分析法(TRIm)的原理是将稀土离子通过整合剂与抗体分子上的游离氨基共价结合,形成稀土离子－整合剂－抗体结合物,用于建立双抗体夹心免疫分析法。
八.瑞士罗氏公司ES300型全自动酶免分析仪。
该仪器系用酶联免疫分析技术,生物素一亲和素技术,以链霉亲和素包被的塑料管为固相载体,显色剂底物是ABTS。其测定原理和过程(以两步夹心法为例)简述如下。
(一) 将链霉亲和素包被的聚苯乙烯塑料试管置于仪器内。
(二) 将生物素标记的特异性抗体和待测抗原力日入链霉亲和素包被试管内,经温育,生物素和亲和素发生连接,待测抗原与特异性抗体发生结合,形成了固相包被亲和素一生物素一特异性抗体一待测抗原复合物,然后进行洗涤,去除未结合的抗原和生物素标记抗体。
(三) 加入辣根过氧化物酶(HRP)标记的特异性抗体(酶标抗体)经温育形成固相包被链霉亲和素－生物素－特异性抗体－待测抗原－酶标抗体复合物,再次进行洗涤,除去多余的酶标抗体。
(四) 加入底物ABTS和H202，经温育,ABTS在辣根过氧化物酶的作用下,氧化呈现蓝色,然后吸入流动比色杯,经422nm的酶标仪测定获得OD值,经计算可得出待测抗原的含量。
九.瑞士罗氏公司ELECSYS 1010和ELECSYS2010型全自动电化学发光免疫分析系统。该系统采用世界上最先进的电化学发光技术,生物素一亲和素技术,并以磁性微粒为固相载体。电化学发光免疫测定(ECLIA)是继放射免疫、酶联免疫、荧光免疫、化学发光免疫以后的新一代标记免疫测定技术,是电化学发光和免疫测定相结合的产物。电化学发光标记物发光的原理与一般化学发光不同,是一种在电极表面由电化学引发的特异性化学发光反应。它包括电化学和化学发光两个过程。ECLIA的优点是灵敏度高,测定速度快、线性范围宽、结果稳定、自动化程度高、试剂保存期长,应用范围广等。
(一)电化学发光反应原理:
化学发光剂三联吡啶钌[Ru (bpy)3]+和电子供体三丙胺(TPA)在阳电极表面可同时失去一个电子而发生氧化反应。二价的[Ru (bpy)3]2+被氧化成三价,这是一种强氧化剂。TPA失去电子后被氧化成阳离子自由基TPA+•,它很不稳定,可自发地失去一个质子(H+),形成自由基TPA•,这是一种很强的还原剂,可将一个电子给兰价的[Ru (bpy)J+使其形成激发态的[Ru(bpy)3]2+•。激发态的三联吡啶钌很快发射出一个波长620nm的光子,回复成基态的三联吡啶钌。这一过程可以在电极表面周而复始地进行,产生许多光子,使光信号增强。
(二)电化学发光反应模式(以双抗体夹心法为例):
1.首先将特异性抗体包被在磁性微珠上。另外将发光剂[Ru(bpy)3]2+标记在特异性抗体上。
2.将待测样本与包被抗体的磁性微珠和发光剂标记的抗体共同温育,形成磁性微珠包被抗体-抗原-发光剂标记抗体复合物。
3.将上述复合物吸入流动室,同时加入TPA缓冲液。当磁性颗粒复合物流经电极表面时,被安装在电极下面的磁铁吸引,使[Ru(bpy)3]2+和TPA在电极表面进行电子转移,产生电化学发光。光的强度与待测抗原的浓度成正比。
4.这一反应模式中还可引入生物素－亲和素技术,使灵敏度更高。 |
