الكرات المجهرية الفلورية في الطب الحيوي

تشير الكرات المجهرية الفلورية إلى جزيئات يتراوح قطرها من نانومتر إلى ميكرومتر (0.01-10 ميكرومتر). جزيئات صلبة محملة بمواد فلورية ضمن نطاق 0.1-10 ميكرومتر، والتي يمكن إثارتها لإصدار الفلورسنت عن طريق تحفيز الطاقة الخارجية. تطور اختبار التدفق الجانبي (LFA) بسرعة في السنوات الأخيرة، مع مزايا مثل البساطة والسرعة والاستقلال عن الأدوات والمعدات الكبيرة والتكلفة المنخفضة. ويُستخدم على نطاق واسع في التفتيش في الوقت الفعلي والتفتيش في الموقع والتفتيش الذاتي المنزلي.

الكريات المجهرية الفلورية، كنوع خاص من الكريات المجهرية الوظيفية، لا تمتلك خصائص المواد غير العضوية والعضوية فحسب، بل تُصدر أيضًا فلورسنتًا عند تحفيزها بالطاقة الخارجية. تتميز الكريات المجهرية الفلورية المُطورة حديثًا بحجم جسيمات موحد، وتشتت أحادي جيد، وثبات جيد، وكفاءة تألق عالية. يُساعد انحناء سطح الكريات المجهرية على تحقيق حالة تفاعل مثالية للسطح المكشوف لمجموعة مُحدد المستضد وموقع ارتباط الأجسام المضادة.

لذلك، لها تطبيقات واسعة في مجالات عديدة، مثل الكيمياء الحيوية، والطب الحيوي، والطب السريري، وتحليل الجينات، والأجهزة البصرية. ومن بين هذه المجالات، يُعدّ استخدام الكريات المجهرية الفلورية في الطب وعلم الأحياء ذا أهمية خاصة. يمكن تقسيم تحميل الكريات المجهرية الفلورية على الكريات المجهرية إلى أربع طرق: الامتزاز بالانتفاخ، والتضمين، والترابط الكيميائي، والبلمرة المشتركة.

01 التطبيق في العلامات والتتبع

كانت الكرات المجهرية الفلورية المحضرة عن طريق إدخال مادة فلورية واحدة أو أكثر على سطح أو داخل الكرات المجهرية البوليمرية تستخدم في البداية ككرات مجهرية فلورية قياسية لمعايرة أجهزة قياس التدفق الخلوي والمجاهر الفلورية، وتم تطبيقها تدريجيًا على وسم الخلايا، وسم الجزيئات الحيوية، والتتبع في ظل الظروف النشطة. كما يمكنها أيضًا تثبيت جزيئات البروتين وتتبع عملية وظيفتها.

02 التطبيق في الكشف

من خلال خلط الكرات المجهرية الفلورية مع الربيطة التي يمكنها الارتباط بالمحلل على السطح مع المحلل المشع، يمكن إثارة المحلل الذي يمكنه الارتباط بالكرات المجهرية في النظام بواسطة إشعاعها لإنتاج الفلورسنت، بينما يمكن غمر المحلل الذي لا يمكنه الارتباط بالكرات المجهرية في الماء بسبب مسافته ولا يمكن إثارته بواسطة إشعاعه، مما يسمح باكتشاف المنتجات غير المنفصلة.

علاوة على ذلك، يمكن للكرات الدقيقة الفلورية أن تحمل العديد من الجزيئات الفلورية، ويمكن للمحفزات الأضعف أن تؤدي إلى إطلاق إشارات أقوى، وبالتالي فإن كمية صغيرة فقط من الإشعاع منخفض الطاقة مطلوبة لتوليد إشارات فلورية، وتجنب مخاطر الإشعاع الناجمة عن استخدام الكرات الدقيقة المشعة التقليدية وخفض التكاليف دون فقدان حساسية الكشف.

03 تطبيقات في التحليل المناعي وفحص الأدوية

حاليًا، يُعدّ المجال الطبي الحيوي أكثر التطبيقات استخدامًا وواعدًا للكرات الفلورية الدقيقة، وتُستخدم الكرات الفلورية الدقيقة الصناعية في الخارج بشكل رئيسي في هذا المجال. ويشمل ذلك بشكل رئيسي اختبارات مناعية عالية الإنتاجية، وفحص الأدوية، والإنزيمات المُثبّتة، وغيرها. تُحقق الكرات الفلورية الدقيقة كشفًا دقيقًا وسريعًا وفعالًا لمختلف الكائنات الدقيقة. يمكن ربط الكرات الفلورية الدقيقة الكربوكسيلية تساهميًا بالأجسام المضادة وحيدة النسيلة، ويمكن تحضير شرائط اختبار كروماتوغرافية مناعية للكرات الفلورية الدقيقة المقابلة من خلال تفاعل شطيرة مزدوج للأجسام المضادة للكشف.

تُستخدم الكريات المجهرية الفلورية كحاملات ثابتة لأهداف كشف مختلفة في الكشف عن العينات البيولوجية. ترتبط بالأجسام المضادة أو المستضدات من خلال الامتزاز الفيزيائي أو الارتباط التساهمي، ويمكنها الكشف عن المستضدات أو الأجسام المضادة المقابلة في سوائل الجسم من خلال اختبار التكتل. استُخدمت هذه الطريقة على نطاق واسع في المراحل المبكرة نظرًا لبساطتها وحساسيتها، وتتوافق الكريات المجهرية الفلورية المختلفة مع أجسام مضادة مختلفة للالتقاط، مما يسمح بالتعرف على مستضدات مختلفة وتحقيق كشف نوعي وكمي لمستضدات اختبار متعددة.

04 التطبيقات في أبحاث الإنزيمات والجينات المستقرة

يمكن تثبيت الإنزيمات على الكريات المجهرية الفلورية من خلال الامتزاز الفيزيائي أو الرابطة الكيميائية. وبفضل الشكل ثلاثي الأبعاد الثابت للإنزيمات، فإنها لا تتمتع فقط بثبات عالٍ في الرقم الهيدروجيني، والثبات الحراري، وثبات التخزين، بل يسهل فصلها عن المتفاعلات، ويمكن إعادة استخدامها، مما يُحسّن كفاءتها.

لذلك، يُعد تثبيت الإنزيمات أو غيرها من المواد النشطة بيولوجيًا على حاملات الكريات الدقيقة أكثر ملاءمةً لأدائها الوظيفي. وفي الوقت نفسه، يمكن أيضًا ربط الكريات الدقيقة الفلورية بأهداف مثل الجينات من خلال الامتزاز الفيزيائي أو الترابط الكيميائي. ومن خلال ربط هذه الأهداف بالعلامات المقابلة، يمكن الكشف عنها وتحليلها.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام الكرات المجهرية الفلورية كمعايير لمعايرة الأدوات البصرية نظرًا لبنيتها الشكلية المستقرة وكفاءة التلألؤ الفعالة.

يعد التحليل المناعي الفلوري المحدد زمنيًا أحد أكثر طرق التحليل المناعي تقدمًا في العصر الحديث. جنبًا إلى جنب مع تأثير التضخيم لإشارات النانو، فإن له آفاق تطبيق واسعة وهو مناسب لتطوير مجموعات التحليل المناعي عالية الحساسية للعلامات الورمية والهرمونات وعوامل أخرى.

بسبب كفاءة التلألؤ المنخفضة لأيونات الأرض النادرة نفسها، عندما تشكل أيونات الأرض النادرة معقدات مع ربيطات ذات معاملات امتصاص عالية، تمتص الربيطات الليزر وتنتقل إلى حالة مثارة، وتنقل الطاقة إلى أيونات الأرض النادرة. عندما تتلقى أيونات الأرض النادرة الطاقة المنقولة، فإنها تثار إلى مستوى طاقة الرنين وتنبعث منها فلورسنت أثناء الانتقال مرة أخرى إلى الحالة الأساسية، مما يُظهر فلورسنتًا قويًا مميزًا لأيونات الأرض النادرة.

بناءً على بنية الكرة الدقيقة وآلية التلألؤ المذكورة أعلاه، فإن الكرة الدقيقة الفلورية المحددة زمنياً لها الخصائص التالية مقارنة بالكرة الدقيقة الفلورية العادية:

(1) عملية التضمين الداخلي - سطح خالٍ من الصبغة لسهولة الاقتران

(2) شدة الفلورسنت - أعلى من الكرات الفلورية الحمراء أو الخضراء العادية

(3) إزاحة ستوكس - أكبر من الكرات المجهرية الفلورية العادية (معظمها أعلى من 250 نانومتر)

(4) نصف العمر - عمر فلوري طويل، قدرة قوية على مقاومة التداخل

عادة ما يكون عمر الفلورسنت المحدد زمنيًا أكثر من 100 ميكروثانية، وهو أعلى بعدة أوامر من حيث الحجم من عمر الفلورسنت للكرات المجهرية الفلورية العادية. وذلك لأن توهج معقدات الأرض النادرة ناتج عن نقل طاقة الحالة المثارة للربيطة

(5) الاستقرار - تتمتع معقدات أيونات الأرض النادرة بثبات أعلى من الفلورسنت العادي وفروقات أكثر استقرارًا بين الدفعات

في الوقت الحاضر، يتم تضمين أكثر الكرات المجهرية الفلورية ذات الدقة الزمنية شيوعًا مع عنصر الأرض النادر اليوروبيوم (Eu)، والذي يستخدم بشكل أساسي في تطوير شرائط الاختبار المناعية الكمية الفلورية للكشف السريع عن POCT، واختبار سلامة الأغذية (بما في ذلك بقايا المبيدات الحشرية والأدوية، وما إلى ذلك)، إلخ. عند دمجها مع كاشف كمي فلوري، يمكن تحقيق الكشف الكمي السريع لمؤشرات مختلفة.