2 在醫(yī)學診斷中的應用 2．1石英晶體免疫傳感器 石英晶體免疫傳感器屬于質量響應型傳感器，它是在石英晶體（金或銀）電極表面固定一層抗體或抗原活性物質，在液相中通過免疫反應，固定的抗體（或抗原）分子能識別其相應的抗體（或抗原），并特異性結合形成免疫復合物，沉積在電極表面，引起電極表面負載質量的改變，該變化通過石英晶體諧振器轉變?yōu)槭⒕w振蕩頻率的變化△f，根據Sauerbrey方程可計算出被測物的質量△M。免疫傳感器的檢測過程可用圖2表示。免疫傳感器能彌補常規(guī)免疫檢測方法不能進行定量檢測的缺點。此外，它還能實時檢測抗原抗體反應，同時，把反應信號連續(xù)記錄下來，有利于進行抗原抗體反應的動力學分析。因為抗原抗體的結合具有很高的特異性，從而減少了非特異性干擾，提高了檢測的準確性，并具有較大的檢測范圍。 圖2 石英晶體免疫傳感器檢測過程 2．1．1 微生物的檢測 檢測微生物的關鍵在于提高選擇性和靈敏度，石英晶體生物傳感器在這方面具有顯著的優(yōu)越性，已被用于對多種細菌和病毒進行檢測。 （1）白色念珠菌的檢測 檢測時，將石英晶體芯片浸入可疑樣品液中，由于免疫吸附念珠菌，晶體表面的質量增加，使測得的石英晶體的諧振頻率減少，并獲得了線性范圍。而且，在相同的混合液中對酵母菌無響應，所以，能夠鑒別這2種真菌，具有一定的特異性。 （2）病毒的檢測 石英晶體免疫傳感器的出現(xiàn)為病毒的快速診斷提供了一種嶄新的手段。例如：將人類免疫缺陷病毒（HIV）某抗原表位的人工合成肽固定于石英晶體電極表面，可檢測體液標本中的抗HIV抗體。如，被測標本中含有抗HIV的單克隆抗體，則會與大分子蛋白肽鏈發(fā)生反應，引起石英晶體電極表面質量增加，從而導致晶體諧振頻率降低。也有采用人工合成單純皰疹病毒、水痘—帶狀皰疹病毒、巨細胞病毒、EB病毒等的各自特異性抗原肽，制備相應的單克隆抗體，單克隆抗體通過蛋白A固定在10MHz的石英晶體金電極表面制成免疫敏感膜，檢測樣品中的病毒顆粒。用該方法檢測病毒，線性范圍可達5×104~1×109個病毒。 （3）腸道菌的檢測 通過蛋白A將抗腸道細菌共同抗原的單克隆抗體包被在10MHz的石英晶體表面，進行腸道細菌的檢測，菌液濃度在106~109個／ml范圍內可引起晶體頻率的明顯改變，通過測量頻率變化可測出腸道細菌的數量。Park等人利用Sulfo-LC-SPDP試劑來促進巰基化沙門氏菌抗體和石英晶體表面金膜層的相互作用，從而提高了檢測的靈敏度和特異性，可檢測的菌懸液濃度范圍為9.9×105~1.8×108個／ml集落形成單位。 2．1．2 體液蛋白質的檢測 （1）激素的定量檢測 Suri等人研制了一種可檢測胰島素的免疫傳感器，把胰島素的特異性抗體通過蛋白A固定在石英晶體電極表面，檢測血液中胰島素的濃度，最低檢測限為1ug／L。 （2）免疫球蛋白檢測 免疫傳感器常用于定量檢測人的免疫球蛋白，如，IgA，IgG，IgM，IgE等。用IgA，IgG，IgM，IgE的抗體固定在石英晶體金電極表面制成免疫識別敏感膜。Su等人設計了一個檢測系統(tǒng)來檢測血清標本中IgE總量。將IgE抗體以生物自組裝方式固定于10MHz的AT切向石英晶體金電極表面，傳感器的檢測范圍為5~300IU／ml。傳感器用尿素和甘氨酸再生后可重復使用5次，其靈敏度和特異性無明顯下降。Suri等人用9MHz的石英晶體以魚精蛋白作為分子識別元件研制了檢測IgM的免疫傳感器，檢測范圍可達5~93ms／L。 2．2 石英晶體DNA傳感器 石英晶體DNA傳感器屬于質量響應型傳感器，它以石英晶體諧振器為換能器，在石英晶體電極區(qū)表面固定ssDNA探針，然后，浸入含有被測目標DNA分子的溶液中，在溶液中電極表面的ssDNA探針與互補序列的目標ssDNA分子雜交，形成dsDNA，引起石英晶體諧振器的振動頻率發(fā)生變化，振動頻率隨電極表面上的質量增加而減小，靈敏度可達到亞納克級，通過檢測頻率的變化達到測量的目的。如，采用AT切割的基頻為9MHz的石英晶體作為換能器，并在晶體的表面蒸發(fā)100Hm厚的Au薄膜作為電極，ssDNA探針通過巰基結合在電極表面，1ug的物質附著在晶體上可使振動頻率減少0.95Hz。Fawcett等人通過研究提出：固定在石英表面DNA分子雜交后會引起諧振頻率的明顯變化，當用9MHz的AT切向石英晶體表面結合的poly（U）與溶液中位點互補的poly（A）互補雜交時，諧振頻率顯著下降，約下降500Hz，從而可對核酸的相互作用進行研究，該研究為DNA生物傳感器的發(fā)展做出了開創(chuàng)性的貢獻。Zhou等人報道構建石英晶體DNA傳感器，用于遺傳性地中海貧血的突變基因診斷。Erdem等人報道將亞甲基藍嵌入雙鏈DNA分子中并保持其電化學活性，利用差分脈沖伏安法識別特定的DNA分子。Su等人在石英晶體表面固定DNA，用于檢測抗癌鉑藥物的含量，檢測限為10-1mol／L。石英晶體DNA傳感器能準確診斷血清中的HBV病毒基因，實驗表明：當樣品中含有HBV時，石英晶體的頻率改變量平均為312.4Hz，變化很顯著，靈敏度高；而當樣品中不含有HBV時，石英晶體的頻率改變量平均為83.8Hz，這是由于非特異性吸附所引起的。因此，可用石英晶體DNA生物傳感器直接檢測乙肝病毒基因。DNA傳感器還可用于表面雜交過程的動力學研究，并為DNA傳感器的優(yōu)化提供依據。石英晶體DNA傳感器在基因診斷領域具有極大的優(yōu)勢，工作原理是基于石英晶體諧振對其表面質量變化敏感的原理，在晶體表面固定大量特異的寡核苷酸序列，利用其與溶液中互補的核酸序列發(fā)生雜交反應，導致晶體表面微質量改變來檢測特定的靶基因序列，石英晶體DNA傳感器可望廣泛應用于基因分析和腫瘤早期診斷。 2．3 石英晶體凝血傳感器 石英晶體凝血傳感器屬于非質量響應型傳感器，是利用石英晶體振蕩頻率變化對晶體所處體系密度和粘度變化的高度敏感性來檢測體系性狀的改變。凝血傳感器通過紅細胞阻抗特性的變化引起傳感器的響應來檢測紅細胞凝集時間和沉降速率。其工作原理為：當紅細胞凝集或沉降特性改變后，將導致溶液電導率的變化，通過檢測石英晶體的頻率改變可反映紅細胞凝集時間和沉降速率。國內有學者曾通過實驗研究了紅細胞變形性、滲透壓和溶液中其他大分子物質對檢測的影響，經與常規(guī)方法對比，證明該方法靈敏度高、能排除熱效應干擾、檢測時間短、結果一致性好。 3 在環(huán)境監(jiān)測中的應用 石英晶體生物傳感器因其特有的一系列優(yōu)點，在環(huán)境監(jiān)測領域獲得了較大的進展，如，農作物上殘留的殺蟲劑和丁業(yè)污染物的檢測。這類傳感器實用化的重點將是進一步提高檢測的選擇性，石英晶體生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中具有很大的發(fā)展前景。農業(yè)生產中，廣泛使用的除草劑和殺蟲劑的殘留物會對水源和土壤造成污染，因此，如何迅速準確測定殘留物的濃度以保證農作物的生長是環(huán)境監(jiān)測的一個重要方面。Steegbron等人研制了檢測除草劑at-razine的石英晶體免疫傳感器，其工作原理是：通過競爭分析來檢測水中的atrazine濃度。將有生物活性的atrazine以白蛋白分子為間隔分子固定在石英晶體的金膜表面，然后，把石英晶體放在流動檢測池中，流動池內的反應緩沖液加有過量的atrazine單克隆抗體，固定的atrazine和待測液體中游離的atrazine與其單克隆抗體競爭結合，通過檢測石英晶體頻率降低程度來間接反映待測液體中的atrazine濃度。該方法檢測靈敏度高，經處理后石英晶體還可重復使用。通過與計算機聯(lián)用，可實現(xiàn)檢測的實時性、連續(xù)性、自動化。Guilbauh等人以金蛋白包被晶體作為固體底物與綿羊抗莠去津抗體結合建立了測定飲水中莠去津的測定方法。使用時將晶體置于含莠去津的溶液中，以非特異性抗體包被的相同晶體作為參比進行測量，檢測的范圍為0.03—100μg／L，該方法的相對標準偏差為8％。Ngeh-Ngwaimbi等人用抗對硫磷抗體包被的石英晶體生物傳感器測定對硫磷，檢測限為36μg／L。 4 在食品工業(yè)中的應用 食品如果被細菌毒素污染，則食用后會對人體造成很大的危害，甚至危及生命。因此，對細菌毒素的檢測是食品衛(wèi)生檢驗常用的重要指標。Harteveld等人研制了一種可以檢測金黃色葡萄球菌的腸毒素B的石英晶體免疫傳感器。將金黃色葡萄球菌的腸毒素B的多克隆抗體固定在20MHz的石英晶體金電極表面采用流動注射技術進行檢測。最低檢測限可為0.1mg／L。該方法能進行實時檢測，檢測方便、快捷，是一種簡單可靠的食品衛(wèi)生檢測手段。 石英晶體生物傳感器具有可實時檢測、靈敏度高等特點，在食品、釀酒、飲料等生產流程各環(huán)節(jié)的實時監(jiān)測中起了重要的作用。WuTzong-zeng研制了一種檢測不同氣體的石英晶體生物傳感器。用9MHz的金膜石英晶體，把從牛蛙中分離得到的嗅覺受體蛋白固定在金膜表面來檢測揮發(fā)性液體，如沉香醇、乙酸等，傳感器的靈敏度可達到10-7g，與人嗅覺的閾值水平一樣，故被稱為“電鼻子”，從而為釀酒和白酒的勾兌提供了新的方法。 5 展 望 石英晶體生物傳感器正處于開發(fā)階段，其研究和應用從最初只應用于氣相檢測到現(xiàn)在幾乎涉及到了各個領域，目前，研究重點正集中在對液相條件下傳感器的靈敏性、特異性的研究；尋找不同待測物有效、快速的識別元件和該元件合適的固定方法等方面的研究。日本的Aizawa等人采用一種新的凝膠壓電免疫測定法，使用固定有抗原—抗體的凝膠顆粒，省略了一般免疫傳感器必需的抗原—抗體固定步驟，其原理是這種凝膠顆粒能和血清中相應的抗原—抗體反應，使顆粒發(fā)生凝聚，靈敏性和特異性和有固定化過程的方法相似。Aizawa等人用此方法檢測了血清中的CRP，ASLO，RF等，并于2001年成功地用于血清中梅毒抗體的測定。隨著微細加工技術的不斷發(fā)展，微型化、陣列化程度將不斷提高，石英晶體陣列化、多通道液相實時檢測將成為石英晶體生物傳感器的發(fā)展方向。石英晶體生物傳感器操作簡便快速、價廉、體積小、攜帶方便、易于實現(xiàn)自動化等獨特優(yōu)越性使其具有廣闊的應用前景和巨大的潛在價值，<