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石英晶体微天平QCM技术应用于病毒检测

发布:美国Gamry电化学
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       病毒由蛋白质外壳,外壳所包住的核酸(DNA或RNA)、脂类及其它微量组分构成。近年来,一些研究者发现,当某些受体与病毒的DNA或表面蛋白在石英晶片表面选择性结合时,结合过程的微小质量变化将引起晶片共振频率变化,而QCM仪器具有高度灵敏的特性,可以监测到这样的频率变化,进而对病毒进行选择性识别或定量分析。

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       常用的受体涉及合成抗体、天然抗体、DNA、核酸适体、生物大分子(如蛋白质)等,Tai用分子印迹聚合物(合成抗体)作为受体,检测了登革热病毒(DENV),检测限达到1-10μg/L,与传统ELISA方法测得的结果具有很好的关联性,而且一个样品的分析时间只需20-30分钟;Yu et al.使用天然抗体作为受体,检测埃博拉病毒(EBOV),实时监测结合的过程共持续12分钟,几种不同EBOV包膜糖蛋白的检测限达到14或56nM,Zdi可测质量11ng,与传统的ELISA方法得到的结果相当,测试过程非常快速,不像ELISA或表面等离子共振SPR方法需要几个小时。Adeel Afzal在其论文中对采用不同受体,使用QCM技术检测多种病毒做了很好的总结和分析。

       随着纳米材料研究的发展,基于其优异的性能,各种纳米材料如金属纳米粒子、碳纳米管、量子点等被广泛用于病毒检测。2018年,Mohamed将金纳米粒子结合QCM技术应用于登革热病毒(DENV)和埃博拉病毒(EBOV)的检测,纳米粒子材料放大了响应信号,DENV检测限达到1.6fM,而EBOV检测限达到了20fM。

       QCM技术无需标记,是一种快速、成本低、可靠、灵敏和专属性强的方法,非常适合临床诊断、临床即时检验(POC)或病毒的早期检测,它克服了传统方法交叉反应、假阳性等问题;另外,基于质量变化的QCM技术特别适合一些没有荧光活性或电传导性,很难用光学方法或电化学方法进行检测的病毒。鉴于其多方面的优势,这项技术不仅被用于病毒识别,还被用于微生物检测,如致病菌、酵母、HX细胞、疾病生物标志物等。

参考论文:

1)Gravimetric Viral Diagnostics: QCM Based Biosensors for Early Detection of Viruses. Chemosensors 2017, 5, 7, doi:10.3390   

2)Applications of gold nanoparticles in virus detection. Theranostics 2018, Vol. 8, Issue 7: 1985-2017, doi: 10.7150 

关于石英晶体微天平QCM

       当不断变化的电压施加在石英晶片上,晶片会发生震荡,其共振频率将随表面质量的变化而改变。石英晶体微天平高度灵敏,可以监测ng/cm2的表面质量变化。蛋白质分子吸附与结合、传感器表面修饰、生物膜增长、聚合物膜增长、离子嵌入与脱出、材料腐蚀等质量变化的界面过程,都可以通过QCM技术来测量。

       Gamry公司提供多种石英晶体微天平QCM产品,从较为基础的eQCM 10M,到可以测量耗散,获得多个倍频下信息的耗散型QCM-I系列产品。除了可以测量微小的ng/cm2质量变化;对于耗散型QCM-I,还可以进一步监测能量耗散,了解吸附、成膜等过程中厚度、质量的变化,实时追踪反应过程中的分子排列、结构变化,以及分析膜的粘弹性......

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