定义
上转发光免疫分析仪是一种基于上转换发光技术的免疫层析检测系统的核心设备。它利用特殊的上转换发光纳米材料作为标记物,结合免疫层析技术(如侧向层析试纸条),通过仪器检测试纸条上特定位置发出的光信号,对待测物(如病原体抗原/抗体、生物标志物等)进行定性和定量分析。
核心技术与原理
上转换发光技术:
极低背景干扰: 生物样本本身在近红外区几乎没有自发荧光,因此背景信号极低,显著提高信噪比。
高灵敏度: 低背景使得检测限更低,能检测到更低浓度的目标物。
抗干扰能力强: 不易受样本基质(如血液、唾液、尿液)中复杂成分的干扰。
光稳定性好: 稀土材料不易发生光漂白,信号稳定。
关键材料: 使用掺杂稀土元素(如镱Yb³⁺、铒Er³⁺、铥Tm³⁺等)的纳米晶体(常见基质如NaYF₄)。
独特发光机制: 与传统荧光标记物(需要高能量短波长光激发,发出低能量长波长光)相反,上转换发光材料在低能量的近红外光激发下,可以发出高能量的可见光。这是一种反斯托克斯位移发光。
优势:
免疫层析原理:
与胶体金试纸条类似,试纸条包含样品垫、结合垫(包被有标记了UCP纳米颗粒的抗体)、硝酸纤维素膜(包被有检测线T和质控线C的抗体或抗原)、吸水垫。
样本加入样品垫后,在毛细作用下向前流动。样本中的目标物在结合垫处与标记了UCP的抗体结合,形成复合物。
复合物继续向前流动**检测线,被固定在T线的捕获物质(抗体或抗原)捕获,形成“夹心”或“竞争”复合物。
质控线捕获过量的标记抗体或另一种复合物,表明层析过程正常完成。
仪器检测原理:
定性判断: 根据T线和C线信号的有无及强度关系(通常需要C线信号达标),判断样本阴阳性。
定量分析: 通过测量T线(有时结合C线进行归一化)的发光强度,与预先建立的标准曲线进行比对,计算出样本中目标物的具体浓度。
将完成层析反应的试纸条放入仪器的检测仓。
仪器内置特定波长的近红外激光器(通常是980nm)作为激发光源,精确照射试纸条上的检测区和质控区。
固定在T线和C线上的UCP纳米颗粒在激光激发下,发出特定波长的可见光(如540nm绿光, 660nm红光等,取决于掺杂的稀土离子)。
仪器内置高灵敏度的光电探测器(如光电倍增管或雪崩光电二极管)捕获这些可见光信号。
信号处理系统将光信号转换为电信号,并进行分析计算。
主要组成部件
样品仓/检测仓: 用于放置和固定免疫层析试纸条。
激发光源: 通常为980nm激光二极管,提供激发上转换发光纳米材料的光。
光学系统: 包括透镜、滤光片等,用于聚焦激发光到试纸条特定区域,并收集、过滤掉杂散光,仅让UCP发出的特征可见光通过到达探测器。
光电探测器: 高灵敏度检测器,将光信号转换为电信号。
信号处理与分析单元: 主板、处理器、算法软件,负责信号放大、模数转换、背景扣除、结果计算(定性/定量)、数据存储等。
显示屏/用户界面: 显示操作菜单、检测进度和**终结果。
数据接口: USB、蓝牙、Wi-Fi等,用于数据传输和连接外部设备(如电脑、LIS系统)。
电源: 内置电池或外接电源适配器。
主要特点与优势
超高灵敏度: 显著优于传统胶体金免疫层析,接近甚**媲美大型化学发光或电化学发光设备。
高特异性: 低背景和高信噪比降低了假阳性和假阴性的风险。
定量能力: 能提供精确的浓度值,满足**或科研中对定量结果的需求。
操作简便快速: 继承了免疫层析“一步法”操作的优点,通常10-20分钟出结果,对操作人员要求不高。
便携性与即时性: 仪器通常设计轻巧便携,适合在实验室外(如床边、基层诊所、现场、海关、家庭)进行即时检测。
抗干扰能力强: 对复杂样本基质(如全血、血清、血浆、唾液、尿液)的耐受性好。
稳定性好: UCP纳米材料光稳定性好,试剂储存期相对较长。
多指标联检: 仪器可支持在同一试纸条上检测多个指标(多联检)。
数据化管理: 可存储结果、传输数据、生成报告,便于追溯和管理。
应用领域
传染病检测: **(如结核分枝杆菌)、病毒(如COVID-19、流感、HIV、HBV、HCV)、寄生虫(如疟原虫)等抗原或抗体的快速、高灵敏检测。在COVID-19大流行中发挥了重要作用。
心血管疾病标志物: 肌钙蛋白、肌红蛋白、BNP/NT-proBNP、D-二聚体等的快速定量检测。
炎症标志物: C反应蛋白、降钙素原等的检测。
肿瘤标志物: 甲胎蛋白、癌胚抗原、前列腺特异性抗原等的筛查和辅助诊断。
优生优育与**: HCG(早孕)、性**等的检测。
毒品检测: 吗啡、冰毒、大麻等的现场快速筛查。
食品**: 食源性致病菌、毒素(如黄曲霉毒素)、兽药残留等的快速检测。
生物**与反恐: 生物战剂(如炭疽、鼠疫)的快速侦检。
与传统免疫层析(如胶体金)的区别
特性 | 上转发光免疫分析仪 | 传统胶体金免疫层析 |
---|---|---|
标记物 | 上转换发光纳米颗粒 (UCP) | 胶体金颗粒 |
信号类型 | 光信号(近红外激发→可见光发射) | 颜色信号(可见光反射) |
灵敏度 | 极高 | 较低 |
定量能力 | 强,可精确定量 | 弱,通常只能半定量或定性 |
背景干扰 | 极低(近红外激发,生物样本无自发荧光) | 较高(易受样本颜色、杂质影响) |
抗干扰性 | 强 | 较弱 |
结果判读 | 需专用仪器 | 肉眼或简单读卡器 |
成本 | 仪器和试剂成本相对较高 | 成本低廉 |
应用场景 | 需要高灵敏度、定量结果的POCT | 快速筛查、定性/半定量POCT |
发展趋势
仪器小型化与智能化: 更便携、操作更智能、连接性更强(物联网、云平台)。
多通道与高通量: 满足同时检测多个样本或多个指标的需求。
试剂菜单扩展: 开发更多检测项目,覆盖更广泛的**应用。
自动化集成: 与样本前处理设备集成,实现“样本进-结果出”。
灵敏度与稳定性提升: 研发新型UCP材料和优化标记工艺。
降低成本: 推动仪器和试剂成本下降,促进更广泛应用。
家庭健康监测: 探索在慢性病管理、家庭自测等场景的应用潜力。
总结
上转发光免疫分析仪是免疫层析技术领域的一项重大突破,它巧妙地结合了上转换发光纳米材料的高灵敏、低背景优势与免疫层析的简便、快速、便携特点。作为一种强大的POCT工具,它在传染病防控、心血管疾病诊断、现场筛查、基层医疗、应急响应等多个领域展现出巨大的应用价值和发展前景,显著提升了即时检测的能力和水平。
更多信息:
技术起源: 上转换发光材料的研究始于20世纪60年代,但应用于生物检测和免疫层析是近20年来的重要进展。
代表性企业/产品: 国内代表企业如热景生物、深圳金准生物、上海奥普生物等都有成熟的上转发光免疫分析仪及配套试剂产品线。
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