Sensovation生物芯片掃描儀助力水凝膠微球的多重免疫測定
隨著精準醫(yī)學的發(fā)展，越來越多的生物標志物需要在異質、復雜的溶液中同時檢測，例如血液樣本。為了滿足這一需求，有人提出對條形碼水凝膠珠進行免疫檢測，但條形碼的編碼和解碼過程十分復雜。因此找到一種高效、經濟，同時能夠對大量樣本進行編碼，并可以準確識別的技術是醫(yī)學檢測的迫切需求，在這個大背景之下，一種全新的檢測方法應運而生。
該文章于2022年發(fā)表在ACS APPLIED material & interfaces雜志，作者來自德國弗萊堡大學微系統(tǒng)工程系。文中提出了一種高效制備條形碼功能化水凝膠微球方法。在該方法中，作者利用微流控技術，將水凝膠微球制備、熒光編碼待測物質和檢測蛋白添加在一個步驟中完成，最后利用德國Sensovation公司的SensoSpot Microarray Analyzer生物芯片掃描儀，高效、便捷、準確地檢測和分析了樣本中多個分子標志物指標，為水凝膠式的多重分子標志物檢測提供了依據。
目前已開發(fā)出多種新型檢測平臺。一類是采用微陣列方式，將捕獲分子(例如抗體或適配子)點印到基材表面，用于檢測目標分析物。然而，基材的二維表面會導致探針密度受到空間位阻和淬火的限制。另一類是懸浮測定(在懸浮固體珠上進行測定)，這類方法可產生更高的探針密度，同時透明的水凝膠在數據讀取過程中，可以避免重疊珠子對實驗結果的影響。因此，如何對水凝膠微球進行編碼，則是實際應用這類方法需要解決的核心問題。目前的編碼方法主要有三種：光學編碼、物理編碼以及圖形編碼。但在實際應用過程中既要對方法不斷優(yōu)化，又要使用遮光膜等器具，大大降低了編碼系統(tǒng)的便利性。
為了解決這些問題，作者研發(fā)了一種新型的水凝膠微珠標記技術，并將其應用在了萊姆病的檢測中。與常見的光學標記不同，作者對水凝膠微珠的標記是通過兩種物質共同實現(xiàn)的。一種是綠色熒光PMMA粒子，它作為微米級的編碼物質，在水凝膠珠中成顆粒狀；另一種是綠色熒光三聚氰胺粒子，其顆粒是納米級，因其超過了設備的檢測極限，因此在圖像中僅呈現(xiàn)為背景色。在此原理上，就可以根據每個微珠中背景熒光強度和PMMA顆粒數目的不同而實現(xiàn)對水凝膠珠編碼。作者使用了 [0;1;2] mg/mL的三聚氰胺和[0;0.4;0.8] mg/mL的PMMA顆粒，從而實現(xiàn)了3x3共9種編碼（圖1）。而每一種編碼類型都可以根據研究人員的需要，與不同的檢測樣本一一匹配，從而實現(xiàn)樣本高通量的多重分析。
目前已開發(fā)出多種新型檢測平臺。一類是采用微陣列方式，將捕獲分子(例如抗體或適配子)點印到基材表面，用于檢測目標分析物。然而，基材的二維表面會導致探針密度受到空間位阻和淬火的限制。另一類是懸浮測定(在懸浮固體珠上進行測定)，這類方法可產生更高的探針密度，同時透明的水凝膠在數據讀取過程中，可以避免重疊珠子對實驗結果的影響。因此，如何對水凝膠微球進行編碼，則是實際應用這類方法需要解決的核心問題。目前的編碼方法主要有三種：光學編碼、物理編碼以及圖形編碼。但在實際應用過程中既要對方法不斷優(yōu)化，又要使用遮光膜等器具，大大降低了編碼系統(tǒng)的便利性。
為了解決這些問題，作者研發(fā)了一種新型的水凝膠微珠標記技術，并將其應用在了萊姆病的檢測中。與常見的光學標記不同，作者對水凝膠微珠的標記是通過兩種物質共同實現(xiàn)的。一種是綠色熒光PMMA粒子，它作為微米級的編碼物質，在水凝膠珠中成顆粒狀；另一種是綠色熒光三聚氰胺粒子，其顆粒是納米級，因其超過了設備的檢測極限，因此在圖像中僅呈現(xiàn)為背景色。在此原理上，就可以根據每個微珠中背景熒光強度和PMMA顆粒數目的不同而實現(xiàn)對水凝膠珠編碼。作者使用了 [0;1;2] mg/mL的三聚氰胺和[0;0.4;0.8] mg/mL的PMMA顆粒，從而實現(xiàn)了3x3共9種編碼（圖1）。而每一種編碼類型都可以根據研究人員的需要，與不同的檢測樣本一一匹配，從而實現(xiàn)樣本高通量的多重分析。
圖1 水凝膠微珠標記原理：(a)使用納米和微米級熒光顆粒的混合物對水凝膠珠進行染色編碼。(b)熒光強度值和每個水凝膠珠的粒子數可以轉化為一個數字代碼CXY，該代碼可以表示特定的捕獲抗體。
標記的微珠使用Sensovation公司研制的SensoSpot Microarray Analyzer生物芯片掃描儀進行檢測（圖2），結果顯示可以精確地將水凝膠珠分為9種不同的類型。
圖2 SensoSpot Microarray Analyzer編碼掃描結果 (a)分別在[0,0.6,1.2]和[0,1,2]mg/mL濃度下，水凝膠珠的熒光掃描結果。(b)對條形碼矩陣進行統(tǒng)計分析，并對同一編碼的微球進行標準誤差分析，(n = 24)。
為了驗證編碼的有效性，作者使用免疫學方法進行檢測，首先將水凝膠微珠與待測血清孵育，然后使用羊抗人IgG DyLight 650進行熒光標記，最后使用SensoSpot Microarray Analyzer進行分析（圖3）。紅色熒光越強，說明待測物質濃度越高。
圖3 萊姆病患者血清與水凝膠微珠反應后使用SensoSpot Microarray Analyzer進行分析 (a)綠色熒光用來識別不同編碼。虛線描繪的微球為沒有熒光顆粒的陰性對照。(b)水凝膠珠與不同血清孵育后的掃描結果。
利用這種方法，作者成功將萊姆病患者血清與正常人的血清做到了準確識別，檢測效率相較其他方法也大大提升，同時避免了編碼熒光與檢測熒光的干擾問題。水凝膠雙重編碼微珠結合SensoSpot Microarray Analyzer分析儀，經濟、高效地實現(xiàn)復雜樣本高通量多重檢測，完全省去使用流式細胞儀等昂貴設備的需求，大大降低檢測成本，也為未來多重快速分析檢測提供了新的思路。
Sensovation 成立于2000年�？偛课挥诘聡�，一直致力于研發(fā)和生產科學級成像設備。Sensovation多因子檢測芯片掃描儀可對兼容96孔板和各種生物芯片，也可與自動進樣裝置和液體處理工作站進行整合。在基因組和蛋白組表達，基因突變，病毒微生物檢測，腫瘤特異性標志物篩查，自身免疫抗體分析等領域都有非常廣泛的應用。
環(huán)亞生物，生命科學產品全國性代理商，具備完善的公司運營、產品管理、營銷、售前技術支持和售后維修體系。環(huán)亞生物作為Sensovation的大中華區(qū)代理商，負責Sensovation產品大中華區(qū)的營銷和售后支持。
更多資訊請訪問文獻全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c04361
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