传染病病原体生物传感即时检测技术与设备综述(3)
表2 具有代表性的电化学检测方法及基本情况汇总检测方法 目标病原体 检出限 检测完成时间 备注 研究人员AuNPs 电化学法 结核分枝杆菌1 cfu/ml 90 min 可应用到便携式恒电位仪Ng 等[14]MEMS 电化学传感器 诺如病毒 — — 定量检测 Miao 等[15]方波伏安法 甲型H5N1流感病毒0.08 fmol/L — — Grabowska 等[16]基于阻抗变化原理的电压检测器大肠杆菌 1×103~1×109 cfu/ml 10~15 min 可用于临床菌尿症检测Wheeler 等[18]基于聚糖的阻抗生物传感器流感病毒H3N2 13 个/μl — — András 等[19]电化学阻抗传感器 大肠杆菌 1×103 cfu/ml 20 min 更适于细菌的检测 Maalouf 等[20]银纳米粒子传感器 流感病毒 — — 定量检测 Sepunaru 等[21]
图3 GMR 芯片[26]注:A 为GMR 芯片外观,B 为8×8 传感阵列,C 为GMR 生物传感器结构,D 为GMR 条带结构
1.3.2 磁光法
磁光效应是指在磁场作用下,物质的磁性(磁导率等)发生变化,使光在其内部的传输特性(偏振状态、传输方向等)也随之变化的现象。Bejhed 等[27]运用磁光技术,可在20 min 内完成浓度为5 pmol/L 的霍乱弧菌检测,但滚环扩增反应60 min 后检测限仅为10 pmol/L。Tian 等[28]用bluray 磁光法3 h 内完成浓度低至8×104cfu/ml 的沙门氏菌检测,可以直接得到检测结果,而且检出限比磁杂散场检测装置低20 倍。Kim 等[29]利用塑料芯片-磁光免疫分析法检测结核杆菌,通过将塑料芯片与自动分光光度计装置相结合,可在1 h 内完成浓度低至1.8 pg/ml 的结核杆菌检测。磁光法因具有快速灵敏、使用简便、成本低廉和稳定性较好的特点,成为了新型生物传感POCT 检测的另一个潜在候选者。
具有代表性的磁学检测方法及基本情况汇总详见表3。
表3 具有代表性的磁学检测方法及基本情况汇总检测方法 目标病原体 检出限 检测完成时间 备注 研究人员应用氧化铁纳米粒子的MRnS 检测流感病毒(H5N1和H1N1)1 nmol/L <30 min 可分型 Shelby 等[23]GMR 生物传感器 甲型流感病毒 1.5×102 TCID50/ml 1 min — Krishna 等[26]磁光法 霍乱弧菌 5 pmol/L 20 min — Bejhed 等[27]blu-ray 磁光法 沙门氏菌 8×104 cfu/ml 3 h — Tian 等[28]塑料芯片-磁光免疫分析法结核杆菌 1.8 pg/ml 1 h — Kim 等[29]
2 3 种检测方法在传染病病原体POCT 应用中的优劣比较
光学检测具有高通量、集成化且可根据个人需要进行荧光标记的特点,但仍存在局限性,例如在样本准备过程中荧光分子固有的本底干扰多且不易去除,荧光检测仪费用昂贵。另外,现有的SPR 技术与传统分析方法相比,在稳定性、易用性、灵敏度、检测效率及成本等方面还存在一些不足[30]。POCT 诊断工具的目标是使用原始样本,如血液、血清或尿液,尽量减少样本前处理过程,而光学检测方法样本前处理过程一般较为复杂且需专业人员操作,因此进一步限制了光学生物传感POCT 平台在资源有限环境中的应用。
电化学技术具有成本低、可批量生产、灵敏度高及一次性可抛的特点,但研发时间较长、寿命短、选择性差。虽然目前已研发出具有便携性和精确性的病原体检测原型机,但在评估有效性方面还存在一些困难[31]。
磁性纳米粒子检测克服了荧光检测的许多不足,可用于非透明和未经处理的样本。此外,磁性纳米粒子具有超顺磁性、高磁化率、高矫顽力与低居里温度等特性[32],并且可被磁场操控,在研发各种诊断工具时可以进行丰富的个性化定制。然而,仪器缺乏便携性和成本问题限制了该类平台的应用。
3 种检测方法主要的优缺点汇总详见表4。
表4 3 种检测方法优缺点比较检测方法 优点 缺点光学检测 高通量、集成化、可根据需要进行设计成本高、样本前处理过程复杂、专业要求高、灵敏度低电化学检测 便携、成本低、可批量生产、灵敏度高、一次性可抛研发时间较长、寿命短、选择性差磁学检测 适用样本范围广、可进行个性化定制成本高、缺乏便携性
3 结语
因具有高通量和高速传输的特点,基于光学的生物传感POCT 平台具有很大的潜力,但成本、样本处理及专业性等问题限制了其在资源有限环境中的应用,现多与电化学技术结合用于病原体的即时检测。电化学技术在传染病病原体生物传感POCT 方面最具发展潜力,该类生物传感器逐渐向小型化和便携化方向发展。磁性纳米粒子因其独特的化学和物理性能,在病原体即时检测方面有一定的应用前景。每种检测方法都能够成为有效的生物传感POCT诊断工具,从而实现传染病病原体的快速检测。
文章来源:《光学与光电技术》 网址: http://www.gxygdjs.cn/qikandaodu/2021/0708/615.html
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