微流控芯片在免疫分析中的应用

免疫分析是利用抗原和抗体之间的特异性反应来选择性识别和测定作为抗体或抗原的待测物。经过多年的应用与发展，免疫分析已经成为临床诊断、生物医药以及环境化学研究中一种有力的分析手段。

免疫分析按其反应性质可以分为竞争性和非竞争免疫方式；

按抗原和抗体在反应过程中是否分离可分为均相和非均相免疫分析。 

1、均相免疫分析 

在均相免疫分析中，样品与试剂（常为一标记的抗体或抗原）混合在一起并发生亲和反应，然后将抗原-抗体复合物与游离的抗原（或抗体）分离，在分离之前可以进行搅拌保温。一般的免疫分析包括以下几个步骤 ：（1）亲和捕获；（2）分离；（3）检测。

在微流控芯片上进行免疫分析是对毛细管电泳免疫分析技术的重大革新 。这种微流控芯片装置是在微型的玻璃片或者硅芯片上采用化学刻蚀等技术产生一些微小的通道来代替传统的毛细管作为电泳分析的场所。这样做的好处有以下几个方面：首先，这种开放式的通道结构使得在很短的分析长度内就可以满足分析需求，而且可以大大缩短整个分析所需的时间；其次，这样的装置在几何方案和通道尺寸等方面有很大的灵活性，可以根据实际需要设计合适的芯片，而且这些芯片可以高精度地复制生产；第三，微片上可以很容易地刻蚀上很密集的分析通道的阵列，这样就大大增加了分析通量。正因为采用芯片作电泳有这样的优势，免疫分析在微流体系统中的应用已受到广泛的关注。降低样品和试剂消耗量，提高分析速度是免疫分析的重要目标 。经过深入研究，有人将抗原与抗体整合于一个混合通道进行免疫反应。

现在已经能在微流控芯片中通过荧光检测到单个的分子，然而，在微流控体系中进行免疫分析仍有一些缺陷，如对一些复杂的未进行预处理的样品很难进行分析，荧光检测无法进行放大处理等。因此，为了克服上述局限，必须增加样品量或提高其浓度。 

扩散免疫分析是在一个 T 形传感器中进行免疫分析，这也是对微流控装置的一大革新。该体系是基于小分子（抗原）的扩散率大于大分子（抗体）的扩散率的原理而设计的，免疫反应是在一个 T 形毛细管网络的通道中进行的。两种不同的溶液分别由 T形管道的两端流入，在主干道相遇并形成层流。两种溶液分别由扩散率较高的小分子抗原和扩散率较低的大分子（或微滴）抗体所组成。由于抗原分子扩散得比抗体快，它们将在两种液流的接触表面被抗体所捕获，因此在两溶液的接触表面形成一个浓度梯度，该梯度不但可以测量，并且通过计算能够表征抗原的浓度。

2、非均相免疫分析 

非均相免疫分析是指在反应过程中将亲和反应的一方固定于载体上，该方法所采用的载体通常是一高分子聚合物 。非均相免疫分析的方法在疾病诊断及药物学研究领域都有广泛的应用，其中通过对微流控芯片表面进行修饰的非均相免疫分析最为常用，为了防止蛋白非特异性吸附的发生，在分析之前必须对芯片进行预处理。

有人利用微流控装置所提供的较高的比表面积来固定亲和分子。通常，微孔道的比表面积要比微量滴定时的大 100 倍，当相同浓度的抗体结合到微通道壁上时微管道能够促进抗原的较快捕获，从而提高免疫速度。该模式的另外一个优点是它能够很快减少微通道内的液体体积，这主要是由于分子间的距离较小，因此抗原能够较快地扩散。微流控装置的这些优点主要是通过研究高分子微管道对葡萄球菌肠毒素 B（SEB）的吸附性能而发现的，该实验是采用放射性标记的方法来检测抗体的吸附性能及动力参数的。整合于微流控芯片之中，对人血液中的绒膜促性腺激素（hCG）进行了检测分析，结果显示灵敏度极高，性能近乎完美。

3、 酶联免疫吸附分析 

酶联免疫分析法是在放射免疫分析方法的基础上发展起来的一种分析方法。它将酶催化反应的放大作用与抗原抗体亲和反应的高度专一性与特异性相结合，以酶标记的抗原或抗体作为主要试剂的免疫测试方法，所以具有很高的灵敏度，检测下限可达 ng 甚至 pg 水平。它的基本原理是通过化学的方法，将酶与抗原或抗体结合起来，形成酶标记物；或通过免疫学的方法将酶与抗酶抗体结合起来，形成免疫复合物。这些酶标记物或免疫复合物仍保持其没有活性，然后它与相应的抗原或抗体起反应，形成酶标记的免疫复合物。