Microesferas fluorescentes en biomedicina

Las microesferas fluorescentes se refieren a partículas con diámetros que van desde nanómetros a micrómetros (0 Partículas sólidas cargadas con sustancias fluorescentes dentro del rango de 01-10 μm, que pueden excitarse para emitir fluorescencia mediante estimulación energética externa. El ensayo de flujo lateral (LFA) se ha desarrollado rápidamente en los últimos años, con ventajas como simplicidad, velocidad, independencia de instrumentos y equipos grandes y bajo costo. Se usa ampliamente en inspección en tiempo real, inspección en sitio y autoinspección del hogar.

Las microesferas fluorescentes, un tipo especial de microesfera funcional, no solo poseen las propiedades de las sustancias inorgánicas y orgánicas, sino que también emiten fluorescencia bajo estimulación energética externa. Las microesferas fluorescentes recientemente desarrolladas presentan un tamaño de partícula uniforme, buena monodispersidad, buena estabilidad y alta eficiencia de luminiscencia. La curvatura superficial de las microesferas favorece el estado de reacción óptimo de la superficie expuesta del grupo de determinantes antigénicos y el sitio de unión del anticuerpo.

Por lo tanto, tienen una amplia gama de aplicaciones en diversos campos, como la bioquímica, la biomedicina, la medicina clínica, el análisis genético y la instrumentación óptica. Entre ellas, la aplicación de las microesferas fluorescentes en medicina y biología es particularmente importante. La carga de microesferas fluorescentes sobre microesferas se puede dividir en cuatro métodos: adsorción por hinchamiento, incrustación, enlace químico y copolimerización.

01 Aplicación en marcado y trazado

Las microesferas fluorescentes preparadas introduciendo una o más sustancias fluorescentes en la superficie o en el interior de microesferas de polímero se utilizaron inicialmente como microesferas fluorescentes estándar para calibrar citómetros de flujo y microscopios de fluorescencia, y gradualmente se aplicaron al marcado de células, al marcado de biomoléculas y al seguimiento en condiciones activas. También pueden inmovilizar moléculas de proteínas y realizar un seguimiento de su proceso de funcionalización.

02 Aplicación en detección

Al mezclar microesferas fluorescentes con ligandos que pueden unirse al analito en la superficie con analito radiomarcado, el analito que puede unirse a las microesferas en el sistema puede ser excitado por su radiación para producir fluorescencia, mientras que el analito que no puede unirse a las microesferas puede sumergirse en agua debido a su distancia y no puede ser excitado por su radiación, lo que permite la detección de productos no separados.

Además, las microesferas fluorescentes pueden transportar muchas moléculas fluorescentes y estímulos más débiles pueden desencadenar señales más fuertes, por lo que solo se necesita una pequeña cantidad de radiación de baja energía para generar señales fluorescentes, evitando los riesgos de radiación causados por el uso de microesferas radiactivas tradicionales y reduciendo costos sin perder sensibilidad de detección.

03 Aplicaciones en inmunoensayos y detección de fármacos

Actualmente, la aplicación más extendida y prometedora de las microesferas fluorescentes se encuentra en el campo biomédico, y las microesferas fluorescentes industrializadas en el extranjero se utilizan principalmente en este campo. Esto incluye principalmente inmunoensayos de alto rendimiento, cribado de fármacos, enzimas inmovilizadas, etc. Las microesferas fluorescentes permiten una detección sensible, rápida y eficiente de diversos microorganismos. Las microesferas fluorescentes carboxiladas pueden acoplarse covalentemente con anticuerpos monoclonales, y las tiras reactivas inmunocromatográficas de microesferas fluorescentes correspondientes pueden prepararse mediante un modo de reacción sándwich de doble anticuerpo para la detección.

Las microesferas fluorescentes sirven como portadores inmovilizados para diferentes dianas de detección en muestras biológicas. Se unen a anticuerpos o antígenos mediante adsorción física o unión covalente, y pueden detectar los antígenos o anticuerpos correspondientes en fluidos corporales mediante pruebas de aglutinación. Este método se ha utilizado ampliamente en sus inicios debido a su simplicidad y sensibilidad, y las diferentes microesferas fluorescentes corresponden a diferentes anticuerpos de captura, que pueden reconocer diferentes antígenos y lograr la detección cualitativa y cuantitativa de múltiples antígenos de prueba.

04 Aplicación en la investigación de enzimas inmovilizadas y genes

Las enzimas pueden fijarse en microesferas fluorescentes mediante adsorción física o enlace químico. Gracias a su morfología tridimensional fija, no solo presentan alta estabilidad de pH, térmica y de almacenamiento, sino que también son fáciles de separar de los reactivos, reutilizar y mejorar su eficiencia.

Por lo tanto, la inmovilización de enzimas u otras sustancias bioactivas en microesferas portadoras favorece su rendimiento funcional. Asimismo, las microesferas fluorescentes pueden conectarse a dianas como genes mediante adsorción física o enlaces químicos. Al unir estas dianas a los marcadores correspondientes, se pueden llevar a cabo la detección y el análisis.

Además, las microesferas fluorescentes también pueden utilizarse como estándares para calibrar instrumentos ópticos debido a su estructura morfológica estable y su eficiente eficiencia de luminiscencia.

El inmunoensayo de fluorescencia con resolución temporal es uno de los métodos de inmunoensayo más avanzados en la actualidad. Combinado con el efecto de amplificación de las nanoseñales, tiene amplias perspectivas de aplicación y es adecuado para el desarrollo de kits de inmunoensayo de alta sensibilidad para marcadores tumorales, hormonas y otros factores.

Debido a la baja eficiencia de luminiscencia de los propios iones de tierras raras, cuando estos forman complejos con ligandos con coeficientes de absorción elevados, estos absorben el láser y pasan a un estado excitado, transfiriendo energía a los iones de tierras raras. Cuando los iones de tierras raras reciben la energía transferida, se excitan hasta el nivel de energía de resonancia y emiten fluorescencia durante la transición de regreso al estado fundamental, exhibiendo una fluorescencia intensa característica de los iones de tierras raras.

Con base en la estructura de microesferas y el mecanismo de luminiscencia anteriores, las microesferas fluorescentes resueltas en el tiempo tienen las siguientes características en comparación con las microesferas fluorescentes comunes:

(1) Proceso de incrustación interna: superficie sin tinte para un fácil acoplamiento

(2) Intensidad de fluorescencia: mayor que la de las microesferas fluorescentes rojas o verdes comunes.

(3) Desplazamiento de Stokes: más grande que las microesferas fluorescentes comunes (en su mayoría por encima de los 250 nm)

(4) Vida media: larga vida útil de fluorescencia, fuerte capacidad antiinterferencias

La vida útil de la fluorescencia resuelta en el tiempo suele ser superior a 100 μs, lo que es varios órdenes de magnitud mayor que la vida útil de la fluorescencia de las microesferas fluorescentes comunes. Esto se debe a que la luminiscencia de los complejos de tierras raras se debe a la transferencia de energía del estado excitado del ligando.

(5) Estabilidad: los complejos de iones de tierras raras tienen mayor estabilidad que la fluorescencia ordinaria y diferencias entre lotes más estables.

En la actualidad, la microesfera fluorescente resuelta en el tiempo más común está incrustada con europio (Eu), un elemento de tierras raras, que se utiliza principalmente en el desarrollo de tiras de prueba inmunocromatográficas cuantitativas fluorescentes para la detección rápida POCT, pruebas de seguridad alimentaria (incluidos residuos de pesticidas, medicamentos, etc.), etc. Combinado con un detector cuantitativo de fluorescencia, se puede lograr una detección cuantitativa rápida de diferentes indicadores.