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流式熒光技術又稱懸浮陣列、液相芯片等,是近年來逐漸發(fā)展起來的多指標聯(lián)合診斷技術。該技術以熒光編碼微球為核心,集流式原理、激光分析、高速數(shù)字信號處理等多種技術于一體,多指標并行分析。該項技術其不僅擁有化學發(fā)光高靈敏度、高精密度的優(yōu)勢,同時還具備高通量、快速、并行檢測等特點,既可適用于臨床檢驗也適用于科研,而且檢測時對樣本需求量極少,特別適合一些珍貴樣本的多指標分析。此外,平臺具有良好的開放性和拓展性,用戶可根據(jù)自己的需求來設計和實現(xiàn)對不同目標分子的聯(lián)合檢測。
盡管流式熒光技術能同時檢測多種抗原,但在研發(fā)中可能會遇到一種情況:采用流式熒光法檢測單一或少數(shù)幾種指標能實現(xiàn)高靈敏檢測,然而當指標數(shù)進一步增加時,原本某一個本來靈敏度很高的指標可能會出現(xiàn)目標抗原濃度為0的標樣的檢測熒光值突然升高而導致靈敏度顯著下降的情況。以下是我們在開發(fā)多細胞因子檢測試劑時遇到的一個真實的例子:圖1(a)為我們構(gòu)建一個9個細胞因子聯(lián)檢時做標曲,其中的TNF-a的標準曲線。從結(jié)果中可知即使當抗原濃度低至3.4 pg/mL也在標準曲線線性范圍內(nèi)。此時,我們再增加一個細胞因子(共10因子),此時,再對TNF-α驗證標準曲線時,會發(fā)現(xiàn)TNF-α濃度為零的標樣熒光檢測值顯著升高(MFI從原來的142增加至984,相同的儀器,同樣的測試條件),隨之而來的是標曲的線性范圍覆蓋下限明顯不足(b)。
圖1 (a)9因子檢測時TNF-α的標曲;(b)增加到10因子檢測時TNF-α的標曲
當然,這是一個比較特別的例子,不一定在所有的實驗中都會出現(xiàn)這樣急劇增高的現(xiàn)象。然而,我們還是經(jīng)常會遇到隨著檢測目標抗原種數(shù)的增加,抗原濃度為0的標樣中檢測熒光值會逐漸升高的情況,只是升高得沒那么顯著。
接下來,讓我們來思考一下,為什么隨著檢測目標抗原種數(shù)的增加,個體微球群在標準品濃度為0時的標樣檢測熒光值會增加呢?不難想到,這個主要是由于微球與熒光檢測抗體間發(fā)生非特異性吸附導致的(我們把這種由于微球和熒光檢測抗體通過非特異性吸附產(chǎn)生的熒光增值叫做噪音,示意圖如圖2)。隨著聯(lián)檢項目的增加,熒光檢測抗體的種數(shù)也會隨之增加,故而通過非特異性吸附,結(jié)合到個體微球群的熒光檢測抗體也會增加,也就是噪音也會增加。
圖2 微球上的噪聲示意圖
這種情況對一些要求靈敏度較高的檢測項目明顯是不利的。此外,由于熒光檢測抗體與個體微球群之間的吸附是一種比較弱的結(jié)合力,容易受到多種因素的影響而產(chǎn)生波動。因此,當用于血清樣本檢測時,血清中存在的各種蛋白質(zhì)會與熒光檢測抗體競爭微球的非特異性吸附位點,最終的結(jié)果是導致檢測到的熒光信號不能正確的對應血清中各抗原的濃度,這種影響在含低濃度抗原的血清中尤為明顯。以細胞因子檢測試劑盒為例,我們會發(fā)現(xiàn)對一些正常人血清進行細胞因子檢測時,很大概率會出現(xiàn)熒光檢測值低于對照品為0的標樣,從而算不出細胞因子的濃度(圖3為細胞因子檢測出現(xiàn)負值的原因分析示意圖3)。從我們掌握的數(shù)據(jù)來看,即使是一些主流的進口多細胞因子試劑,對正常人血清各個因子的檢測率不到50%。
圖3 在噪音高時,低值血清樣本檢測熒光值出現(xiàn)負值的原因分析示意圖
有沒有好的方法去降低噪音呢?針對這個問題,碧芯生物科技開發(fā)出低吸附磁性熒光編碼微球,這種微球經(jīng)過特殊的工藝處理,對熒光檢測抗體的非特異性吸附非常低。那么如果采用這種微球做試劑,圖1所出現(xiàn)的問題能否得到解決呢?接下來我們又做了實驗,用低吸附磁性熒光編碼微球替代圖1中使用的普通磁性熒光編碼微球,同樣做成10因子檢測試劑盒,我們驚喜的發(fā)現(xiàn),TNF-α微球群噪音值得到明顯的改善,由原來的844降低到6,與之對應的是標準曲線覆蓋的濃度范圍又可以低至3.4 pg/mL了
最后我們對比了采用低吸附微球構(gòu)建的12細胞因子檢測試劑與進口七因子檢測試劑在噪聲方面的差異,如圖所示,采用碧芯生物生產(chǎn)的低吸附磁性熒光微球生產(chǎn)的12細胞因子檢測試劑的噪聲不到進口同類試劑的5%(圖5)。通過降低噪音,碧芯生物12因子檢測試劑顯著提升了各個細胞因子對于正常血清的檢出率,各因子檢出率均高于90%。
圖5碧芯生物試劑與某進口th1/th2/th7七因子檢測試劑噪聲對比