發布時間：2019-08-06所屬分類：醫學論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要 ：為解決傳統病毒檢測方法靈敏度低、操作復雜、費時費力等問題，研究人員相繼開發了基于 DNA、受體、聚糖、適配體和抗體的生物傳感器，包括免疫傳感器、DNA 生物傳感器、壓電晶體生物傳感器、電化學免疫傳感器、微陣列技術傳感器等。這些生物傳感器在
摘 要 ：為解決傳統病毒檢測方法靈敏度低、操作復雜、費時費力等問題，研究人員相繼開發了基于 DNA、受體、聚糖、適配體和抗體的生物傳感器，包括免疫傳感器、DNA 生物傳感器、壓電晶體生物傳感器、電化學免疫傳感器、微陣列技術傳感器等。這些生物傳感器在流感病毒檢測方面具有快速、靈敏、準確的優點，因而開發便攜式、自動化的生物傳感器是未來研究熱點。
關鍵詞 ：流感病毒 ;生物傳感器 ;檢測
流感病毒嚴重威脅動物生產、食物供應和人類健康。快速、敏感的病原學早期檢測與診斷不僅利于識別潛在的病原體，而且利于控制傳染病蔓延 [1-2] 。病原檢測方法除了基于病毒分離培養的細胞或雞胚培養方法外，還有血凝試驗(HA)、血凝抑制試驗(HI)、中和試驗(NT)和 ELISA 檢測等血清學診斷方法。盡管這些傳統方法有效且敏感，但需要大量病毒顆粒、特殊設備以及復雜的操作。因此，傳統方法用于現場檢測仍存在困難 [3] ，迫切需要開發高靈敏度和選擇性，而且有效、快速的病毒診斷和鑒定方法。
近來，國內外學者將目光聚焦于生物傳感器。其簡單、小型化和潛在的實時分析能力，被認為可快速有效實現病毒診斷 [4] 。本文重點綜述可用于流感病毒診斷的生物傳感器，為開發便攜式、自動化的生物傳感器提供參考。
1 生物傳感技術原理與分類
生物傳感器是由固化的生物敏感材料作識別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物標志物)，與適當的理化換能器(如氧電極、光敏管、場效應管、壓電晶體等)及信號放大裝置構成的分析工具或系統，具有接受器和轉換器的功能。生物感受器是其最重要的組成部分，其生化特性保證了生物標志物檢測的高靈敏度和選擇性，并且避免了測試樣品中的其他微生物或分子干擾。生物傳感器將生物感受器與被檢測物質之間發生的特定生化作用，通過傳感器轉換為可測量信號，對記錄和顯示的許可生物標志物進行定性和定量分析 [5] 。
生物傳感器按分子識別元件即敏感材料不同，如酶、微生物個體、細胞器、動植物組織、抗原和抗體、核酸等細分為酶傳感器、微生物傳感器、細胞器傳感器、組織傳感器、免疫傳感器、DNA 生物傳感器;按換能器不同，如電化學電極、半導體、光電轉換、熱敏電阻、壓電晶體等細分為生物電極傳感器、半導體生物傳感器、光生物傳感器、熱生物傳感器、壓電晶體生物傳感器等。
目前，開發用于病毒等病原體檢測的生物傳感器主要有以下 3 個目的：(1)用于特異生物標志物的確定與檢測分析;(2)提高生物測定方法的穩定性，使其適應野外和 / 或復雜生物樣品的檢測分析;(3)提高檢測的敏感度，以便在動物出現臨床癥狀之前確診，防止病毒等病原體潛在地傳播。
2 流感病毒生物傳感器
盡管生物傳感器種類很多，但是因流感病毒的特殊性，至今只開發出部分生物感受器用于檢測。
2.1 單一技術生物傳感器
2.1.1 免疫傳感器 研究發現，流感病毒血凝素(HA)表面蛋白能結合人和禽類細胞表面的唾液酸 - 聚糖殘基(α-2,6 和 α-2,3- 唾液酸)。禽類流感病毒表達的 HA 能特異性地與腸道上最先表達的 α-2,3- 唾液酸結合。而人類流感病毒表達的 HA 更傾向于與人上呼吸道上皮細胞的 α-2,6- 唾液酸聚糖結合。因此，基于唾液酸結合差異，現已開發了用于檢測和區分禽類和人類流感病毒的生物傳感器 [6] 。大多數基于抗體的流感病毒傳感器，都采用側向流動試驗。側向流動試驗可以檢測復雜介質中特定的流感生物標志物。通常，抗體可區分 A 型和 B 型流感病毒，但不能很好地區分亞型。相反，針對特定流感病毒的特異性 RNA/ DNA 引物，可區分流感病毒亞型。側向流動試驗具有簡單、有效、可靠和非標記檢測的特征，雖可檢出蛋白質，但仍須改進，以便在糞便拭子樣品等復雜基質中檢出病毒顆粒 [7] 。如：用銀納米顆粒可放大比色信號達 1 000 倍，用量子點放大的側向流動試驗，可檢出 0.09 ng/mL 的最低下限值。最近，基于量子點的側向流免疫分析系統，可定量檢測 A 型流感病毒的 H5 和 H9 亞型。用量子點放大信號對特異性抗體進行修飾，可在紫外燈下定量檢出病毒 [7] 。
2.1.2 DNA 生物傳感器 DNA 生物傳感器采用指數富集配基系統進化(SELEX)技術，可區分流感病毒的不同血清型。核酸適配體是具有既定 3D 結構的人工核酸，是一種很好的抗體替代品，生產成本低、生產時間短，不需要動物宿主。核酸適配體在皮摩爾范圍內可呈現很好的結合親和力 [8] 。因此，與大多數抗體為基礎的免疫傳感器相比，DNA 生物傳感器的檢測靈敏度更高。目前，已開發出針對流感病毒各種蛋白的適體。這些適體對 H5N1 和 H1N1 等特異的流感病毒亞型表現出特異性的結合能力。針對量子點黏附的流感病毒產生的適體，可用于病毒顆粒和超微結構標記的感染樣本檢測。此外，一些適體可結合 HA 蛋白位點，識別宿主細胞表面唾液酸，減弱病毒感染性，因而可作為潛在抗病毒藥物使用 [9] 。
2.1.3 壓電晶體生物傳感器 已開發的糖基固化場效應晶體管生物傳感器可檢測并區分超低濃度的人(H1)和禽(H5)流感病毒 [10] 。
2.1.4 其他 表面等離子體共振、光波導和石英晶體微平衡等已被用于基于糖基的禽流感病毒檢測。HA 能結合到納米金顆粒包被的唾液酸，以此在沒有任何預處理或擴增步驟的情況下檢測到流感病毒，通過比色能產生與病毒效價成線性比例的特性 [11] 。
2.2 多種技術組合生物傳感器
2.2.1 電化學免疫傳感器 最近，開發了一種基于特異性抗 M1 抗體的電化學免疫傳感器，其可檢出 A 型流感病毒的所有亞型，靈敏度與經典分子方法(80×103 ~100×103 PFU/mL)相似。通過將抗 M1 單克隆抗體與金納米顆粒偶聯在石英晶體微平衡分析系統中，可有效檢出更低的病毒(1×103 PFU/mL)。通過與金納米顆粒修飾碳納米管結合的特異性抗 M1 抗體，建立了一種靈敏的等離子體輔助熒光免疫分析方法 [12] 。流感病毒與這些混合納米顆粒結合后，通過添加碲化鎘量子點產生熒光信號，量子點的熒光所致發光強度隨病毒濃度的變化而變化，檢出限為 50 PFU/mL。此外，電化學免疫傳感器為檢測和定量分析感染細胞中 A 型流感病毒 PB1-F2 蛋白，提供了一個非常靈敏的平臺，其檢出下限可達 0.42 nm PB1-F2 [13] 。另外，研制的無 PCR 配對表面等離子體光波生物傳感器可檢出 A 型流感病毒。
2.2.2 微陣列技術傳感器 微陣列技術也常用于監測病原體毒力基因或同時篩查多種病原體。大多數流感微陣列利用一系列引物對流感病毒 HA、 NA 和 M1 基因進行多重 PCR 擴增。耦合 DNA 微陣列和多重逆轉錄酶 PCR 微陣列，利于流感病毒株的分型分析 [14] 。最近報道的一種三維 DNA 流式生物芯片，可用于流感病毒的分型分析;目前開發了一種專門針對呼吸道病毒檢測和基因分型的基因芯片;針對人群 H1N1、H3N2 的 A 型流感病毒亞型循環以及高致病性禽流感 A/H5N1 病毒，建立了基于微陣列的快速鑒別方法 [15] 。由于微陣列通常經由熒光讀出，因此檢測流感病毒的電化學微陣列具有廣闊潛力。如，12 500 多個探針的甲型流感病毒微陣列硅芯片，能很好地進行 A 型流感病毒 HA 和 NA 蛋白的鑒定和病毒基因亞型分型 [16] 。目前，也設計了基于聚糖的微陣列。在臨床檢測極限(10 個斑塊形成單位)之外，利用微陣列，其依然能捕獲并顯示出不同流感病毒毒株的檢測結果，有利于臨床相關病毒的診斷。
2.3 生物傳感器的優缺點
各種生物傳感器在檢測流感病毒方面，表現出了共同的特征：快速、靈敏、準確，然而不同方法也有所差別。就靈敏度而言，傳統的免疫生物傳感器檢出濃度要求高，而電化學免疫傳感器、壓電晶體生物傳感器、DNA 生物傳感器等能檢出極低的濃度。就檢測準確性或分型檢測而言， DNA 生物傳感器利用流感病毒特異性 RNA/DNA 引物，可更好區分病毒亞型。此外，多種技術組合也利于病毒亞型檢測。這些方法盡管各具優勢，但其共性的問題是大多適用于實驗室診斷，而不利于現場檢測 [15] 。盡管目前已開發了 PCR、RTQPCR、RT-RPA 試劑盒和便攜式機器的移動診斷箱，但是為有效整合擴增和檢測的穩定性，提高流感病毒及其亞型的檢測靈敏度，需要將 PCR/ 等溫擴增和生物傳感器技術相組合 [11] 。可見，開發小型化和自動化的微陣列生物傳感器用于構建便攜式流感病毒診斷平臺是當前研究熱點 [16] 。
3 小結
綜上所述，不同類型的生物傳感器各具優勢。基于核酸的生物傳感器適合于快速靈敏的測試，但存在核酸提取和擴增等樣品制備的局限;基于抗體和適體的生物傳感器能具體分析病毒亞型，但這一特征不僅常依賴生物分子的選擇性，而且也取決于它們在傳感器表面上固化后的穩定性。盡管這些新技術仍存在一定缺陷，但它們的廣泛使用及其累積的數據將有助于疫病防控，減低公共健康風險。
推薦閱讀：不同過敏原的檢測方法及如何治療
摘要：近年來隨著全國經濟的快速發展,城市化進程的加快，城市空氣、環境污染的加重,人們的住所在向各種套房發展的同時,也逐漸變得封閉。居室溫度、濕度相對穩定,室內空調過多使用,空氣不流暢,這種人為的舒適環境為塵螨生長提供了適宜條件。上海、深圳、武漢等地不少地區都已經證實粉塵螨和戶塵螨是慢性蕁麻疹患者最主要的變應原。
SCISSCIAHCI
