[发明专利]一种电化学免疫生物传感器检测装置及检测分析方法

说明书

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，涉及一种电化学免疫生物传感器检测装置及检测分析方法，具体是基于超声化学原理的电化学免疫传感器检测装置及电化学免疫生物反应测定的分析方法。

背景技术

作为一种免疫分析方法与电化学检测相结合的一种免疫分析方法，电化学免疫生物传感器由于其选择性好，分析速度快，操作简易，容易构成具有电化学分析的高灵敏度，又具有免疫分析的高选择性和专一性的、高性能价格比的测试仪器的特点，而正大量的应用在医疗健康，食品安全，环境监测等各个领域。但是它的应用过程中也存在一些问题，例如对一致性问题、检测限、灵敏度和检测速度等性能有更高要求的应用中则表现出性能受限制的一面。如何开发出性能卓越，差异性小，一致性高的电化学免疫生物传感器或者检测系统就成为当前研发中一个极其关键的热点主题。近几十年来，免疫分析技术结合了抗体-抗原间的特异性识别反应和电化学、光化学、光谱学、声表面波等技术的灵敏和方便等特性，例如对肿瘤标志物、疾病标志蛋白质、重金属离子、有机毒性物质等目标分析物的高选择性和高灵敏性，成为临床、生物化学、环境分析等各个领域重要的分析手段之一。相对于放射免疫分析法、酶联免疫分析法、荧光免疫分析法和化学发光分析法等分析检测方法而言，电化学免疫生物传感器检测具有无放射污染、所需仪器相当简单灵活、检测限低、灵敏度高和动力学范围宽以及能够易于多种不同的模式灵活地集成等优点，与基于化学发光的光化学免疫生物传感检测一道成为重要的具有更大发展前景的检测手段而备受推崇。

微流动注射分析方法不但具有操作简便灵活、分析速度快、易于自动化和准确度高等优点，而且具有应用面广阔的特点。可以应用于异相免疫反应也可以适用于均相免疫反应。相对于一些常规分析方法操作步骤的繁琐，分析时间较长，样品消耗量大，测定成本高等问题，微流动注射技术与免疫分析和电化学检测方法相结合而发展起来的微流动注射免疫分析技术已被证明为一种有力的检测分析方法，相对应的分析检测仪器装置也已经被广泛地应用于环境监测、药物分析、食品检验和临床分析的众多关键领域。但是由于常规的免疫反应受限于其对反应条件和反应体系的严格要求，而影响了反应的效率，导致分析时间与分析性能依然成为一个不容忽视的重要问题。如何有效解决这一重要问题，也就是在尽量缩短分析时间的同时保证和提高分析性能的重要问题，成为本发明的重要特征。而针对不同电化学免疫生物反应体系的特点，从系统整体的角度考虑，将超声化学效应的测控参数与电化学免疫生物传感器性能参数技术相结合并形成可操作的质控过程信息也是本发明具有广泛适用性的重要关键特征。

电化学免疫生物传感器具有选择性好，分析速度快，操作简易，构成测试仪器具有高性能价格比等特点，但是传感器固相表面所存在的反应效率问题还是在一定程度上制约了其更为广泛的应用前景。那么从检测系统整体的角度考虑，引入新的方法和技术手段有效地解决传感器固相表面免疫反应效率的问题将会进一步有力地推动电化学免疫生物传感器技术的发展，扩大应用范围和应用深度。

首先免疫生物传感器固相载体上的抗体（抗原）以及催化反应的酶蛋白与被检测液中相应的抗原（抗体）之间存在两相间的能量壁垒——Nernst层，如何克服这种壁垒限制提高反应效率是一个重要的问题。其次即使已经跨越这一能量壁垒的抗体/抗原发生有效反应尺度内的碰撞或者结合，也还存在着一定非特异性结合的概率，这种现象会带来背景噪声和干扰，导致检测限、灵敏度和重复一致性等性能的降低。因此如何促进非特异性结合向特异性结合转变，并提高转变的效率，也将是如何提高免疫反应效率的重要问题之一。

根据超声化学的原理，在化学反应中，超声能量带来两个基本效应，一是振荡效应，二是能量扩散效应。根据对免疫反应中所存在问题的分析发现，可以利用超声能量的这些作用促进免疫反应的成分穿越不同相面之间的Nernst层而有效地发生反应。这种作用的效果也已经为许多实验工作所证实。另外，针对抗体/抗原之间的特异性结合力远远大于非特异性的结合力，超声效应也能够加速实现非特异性结合向特异性结合的转变，也就是促进结合蛋白构形的重新选择性排列。通过控制超声能量强度在一定范围内来减少能量扰动对特异性结合的影响，保障其有效特异性结合的转变速率。这些作用的效果在一定程度上通过物理方式促进反应速率，增加特异性免疫反应效率而在系统的水平上提高电化学免疫生物传感检测的检测低限、灵敏度和重复一致性等性能。

发明内容