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文檔簡介
1、微懸臂梁作為最簡單的MEMS器件,可提供與其它傳感器不同和互補的信息。與傳統的傳感器相比,顯示出非常低的檢測極限,并且無需生物標記,能夠實時的進行檢測。基于抗原抗體特異性作用的免疫傳感技術保證了微梁免疫傳感器的高特異性。這些特點使其比肩甚至超過現有技術的能力,在藥物篩選、食品安全、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療診斷等領域展現出巨大的應用潛力。本文在課題組工作的基礎上,對表面應力產生的機理和抗體固定方法等進行了研究,取得主要成果如下:
提出
2、了通過巰基化羊抗鼠IgG來固定抗體的方法,開展了對人參皂苷Re的檢測。結果表明,該方法能夠將抗體固定到微梁表面,并且抗體的活性得到保持。檢測極限達到0.5 ng/mL。同時,利用該方法對紫杉醇進行了檢測,通過巰基化羊抗鼠IgG固定抗體的微梁靈敏度要高于通過直接巰基化來固定抗體的微梁。
第一次對小分子抗原與抗體結合導致微梁彎曲的機理進行了解釋??贵w在梁上的固定過程產生了一個壓應力,而結合小分子抗原后產生一個張應力。這種構象的
3、變化表現為:抗體在結合抗原之前,Fc段上用于補體激活的Clq結合位點被Fab所遮擋,結合抗原后,抗體的Fab繞鉸鏈區(qū)轉動,從而暴露出Clq結合位點,這個變化導致同一抗體的兩個Fab的夾角變小,抗體由相對塌縮態(tài)變?yōu)橄鄬χ绷⒌臓顟B(tài)??贵w的這種構象的變化使得微梁表面的壓應力得到一定的釋放,即產生了一個張應力,驅動微梁偏轉的能量來自抗體結合抗原前后構象能的改變。
研究了抗體的不同固定方法對抗體的一些性質以及微梁靈敏度的影響。在微梁
4、上,對同一種抗體,采用三種不同的抗體固定方法:1)巰基化抗體方法;2)巰基化羊抗鼠IgG方法;3)硫醇自組裝將固定抗體。巰基化羊抗鼠IgG定向固定抗體雖然抗體的密度低,但是抗體的活性損失的少,方向性好,微梁擁有最高的靈敏度。定向固定的抗體,其抗原結合位點更好的暴露在溶液里,易于結合抗原。此外,定向固定的抗體方向一致,每個抗體結合抗原產生的應力的方向也是一致的,會產生一個更大的合應力。在另外兩種方法中,固定的抗體的方向是隨機的,產生的力的
5、方向也是隨機的,由這些應力疊加而成的合力要遠小于由同一方向的抗體所疊加產生的合力。
采用不同碳鏈長度的羧酸硫醇自組裝固定同一種抗體,研究了抗體與微梁之間連接層分子鏈的長度對微梁靈敏度的影響,并建立了用于甘草酸非標記檢測的微梁傳感器。結果表明,連接抗體與微梁的分子鏈的長度對應力的傳遞有著重要的影響,連接層分子鏈的長度越短,微梁靈敏度越高。通過減小連接層碳鏈的長度可以顯著提高基于力學效應的傳感器的靈敏度。
為進一
6、步提高基于應力效應的微梁免疫傳感檢測靈敏度,提出了抗體片段的方法來修飾微梁。第一,以抗體的F(ab')2或Fab片段作為探針分子固定到微梁上。F(ab')2或Fab片段體積與質量小,抗原結合位點的密度高??乖Y合位點到梁表面距離短,應力的傳遞效率更高。第二,利用巰基乙胺還原抗體得到帶有兩個巰基(-SH)的半抗體片段,再通過自帶的巰基將其定向固定到微梁表面。結果表明,半抗體片段固定方法用于人參皂苷Re的檢測極限達到甚至低于0.02ng/m
7、L。該方法操作簡單;固定的方向性好,易于與抗原結合;固定的抗原結合位點密度高,穩(wěn)定性好;雙巰基固定的剛性大,有益于反應的作用力傳遞到梁上;抗原結合位點到微梁表面的距離短,應力的傳遞效率更高。
本文首次對小分子抗原結合抗體產生表面應力的機理進行了解釋。在對這種機理理解的基礎上對抗體的固定方法進行了研究。定向固定的抗體除了易于結合抗原外,結合抗原后構象改變引起的應力(或應變)方向也是一樣的,從而產生一個更大的合力。碳鏈長度對應
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