Флуоресцентные микросферы в биомедицине

Флуоресцентные микросферы относятся к частицам с диаметром от нанометров до микрометров (0 твердые частицы, загруженные флуоресцентными веществами в диапазоне 0,1–10 мкм, которые могут быть возбуждены для испускания флуоресценции посредством внешней энергетической стимуляции. Анализ латерального потока (LFA) быстро развивался в последние годы, имея такие преимущества, как простота, скорость, независимость от крупных приборов и оборудования, а также низкая стоимость. Он широко используется при инспекции в реальном времени, инспекции на месте и самостоятельной инспекции в домашних условиях.

Флуоресцентные микросферы SHBC

Флуоресцентные микросферы, как особый тип функциональных микросфер, не только обладают свойствами неорганических и органических веществ, но и испускают флуоресценцию при внешней энергетической стимуляции. Недавно разработанные флуоресцентные микросферы имеют однородный размер частиц, хорошую монодисперсность, хорошую стабильность и высокую эффективность люминесценции. Кривизна поверхности микросфер способствует оптимальному состоянию реакции открытой поверхности кластера антигенных детерминант и сайта связывания антител. Поэтому они имеют широкий спектр применения во многих областях, таких как биохимия, биомедицина, клиническая медицина, анализ генов и оптические приборы. Среди них применение флуоресцентных микросфер в медицине и биологии особенно важно. Загрузка флуоресцентных микросфер на микросферы может быть разделена на четыре метода: набухание, адсорбция, встраивание, химическое связывание и сополимеризация.

01 Применение в маркировке и отслеживании

Флуоресцентные микросферы, полученные путем введения одного или нескольких флуоресцентных веществ на поверхность или внутрь полимерных микросфер, изначально использовались в качестве флуоресцентных стандартных микросфер для калибровки проточных цитометров и флуоресцентных микроскопов, а затем постепенно стали применяться для маркировки клеток, маркировки биомолекул и отслеживания в активных условиях. Они также могут иммобилизовать белковые молекулы и отслеживать процесс их функционализации.

02 Применение в обнаружении

Смешивая флуоресцентные микросферы с лигандами, которые могут связываться с аналитом на поверхности, с радиоактивно меченым аналитом, аналит, который может связываться с микросферами в системе, может быть возбужден их излучением для получения флуоресценции, в то время как аналит, который не может связываться с микросферами, может быть погружен в воду из-за их расстояния и не может быть возбужден их излучением, что позволяет обнаруживать неразделенные продукты. Более того, флуоресцентные микросферы могут нести много флуоресцентных молекул, а более слабые стимулы могут вызывать более сильные сигналы, поэтому для генерации флуоресцентных сигналов требуется лишь небольшое количество низкоэнергетического излучения, что позволяет избежать радиационных опасностей, вызванных использованием традиционных радиоактивных микросфер, и снизить затраты без потери чувствительности обнаружения.

03 Применение в иммуноанализе и скрининге лекарственных средств

В настоящее время наиболее широко используемое и перспективное применение флуоресцентных микросфер находится в биомедицинской области, и промышленные флуоресцентные микросферы за рубежом в основном используются в этой области. В основном это включает высокопроизводительный иммуноанализ, скрининг лекарств, иммобилизованные ферменты и т. д. Флуоресцентные микросферы могут достигать чувствительного, быстрого и эффективного обнаружения различных микроорганизмов. Карбоксилированные флуоресцентные микросферы могут быть ковалентно связаны с моноклональными антителами, и соответствующие иммунохроматографические тест-полоски флуоресцентных микросфер могут быть приготовлены с помощью режима реакции сэндвича с двойным антителом для обнаружения. Флуоресцентные микросферы служат в качестве иммобилизованных носителей для различных целей обнаружения при обнаружении биологических образцов. Они связываются с антителами или антигенами посредством физической адсорбции или ковалентного связывания и могут обнаруживать соответствующие антигены или антитела в жидкостях организма с помощью агглютинационного теста. Этот метод широко использовался на ранних стадиях благодаря своей простоте и чувствительности, а различные флуоресцентные микросферы соответствуют различным захватывающим антителам, которые могут распознавать различные антигены и обеспечивать качественное и количественное обнаружение нескольких тестовых антигенов.

04 Применение в исследованиях иммобилизованных ферментов и генов

Ферменты могут быть закреплены на флуоресцентных микросферах посредством физической адсорбции или химической связи. Благодаря фиксированной трехмерной морфологии ферментов они не только обладают высокой стабильностью pH, термической стабильностью и стабильностью при хранении, но также легко отделяются от реагентов, могут быть повторно использованы и повышают эффективность. Поэтому иммобилизация ферментов или других биоактивных веществ на носителях микросфер более благоприятна для их функциональной эффективности. Между тем, флуоресцентные микросферы также могут быть связаны с мишенями, такими как гены, посредством физической адсорбции или химической связи. Связывая эти мишени с соответствующими маркерами, можно проводить обнаружение и анализ.

Кроме того, флуоресцентные микросферы могут также использоваться в качестве стандартов для калибровки оптических приборов благодаря их стабильной морфологической структуре и эффективной люминесцентной эффективности.

Иммуноферментный анализ с временным разрешением является одним из самых передовых методов иммуноферментного анализа в настоящее время. В сочетании с эффектом усиления наносигналов он имеет широкие перспективы применения и подходит для разработки высокочувствительных наборов для иммуноферментного анализа на опухолевые маркеры, гормоны и другие факторы.

Из-за низкой эффективности люминесценции самих редкоземельных ионов, когда редкоземельные ионы образуют комплексы с лигандами с высокими коэффициентами поглощения, лиганды поглощают лазер и переходят в возбужденное состояние, передавая энергию редкоземельным ионам. Когда редкоземельные ионы получают переданную энергию, они возбуждаются до резонансного энергетического уровня и испускают флуоресценцию во время перехода обратно в основное состояние, демонстрируя сильную характерную флуоресценцию редкоземельных ионов.

На основании вышеописанной структуры микросфер и механизма люминесценции флуоресцентные микросферы с временным разрешением обладают следующими характеристиками по сравнению с обычными флуоресцентными микросферами:

(1) Внутренний процесс встраивания – поверхность без красителей для легкого соединения

(2) Интенсивность флуоресценции – выше, чем у обычных красных или зеленых флуоресцентных микросфер

(3) Смещение Стокса – больше, чем у обычных флуоресцентных микросфер (в основном выше 250 нм)

(4) Период полураспада – длительное время флуоресценции, сильная способность противостоять помехам

Время жизни флуоресценции, разрешенное по времени, обычно превышает 100 мкс, что на несколько порядков превышает время жизни флуоресценции обычных флуоресцентных микросфер. Это связано с тем, что люминесценция редкоземельных комплексов обусловлена переносом энергии возбужденного состояния лиганда

(5) Стабильность – комплексы редкоземельных ионов имеют более высокую стабильность, чем обычная флуоресценция, и более стабильные различия между партиями.

В настоящее время наиболее распространенными флуоресцентными микросферами с временным разрешением являются микросферы с редкоземельным элементом европием (Eu), который в основном используется при разработке флуоресцентных количественных иммунохроматографических тест-полосок для быстрого обнаружения POCT, тестирования безопасности пищевых продуктов (включая остатки пестицидов, лекарственные препараты и т. д.) и т. д. В сочетании с флуоресцентным количественным детектором можно добиться быстрого количественного обнаружения различных индикаторов.