2 在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用 2．1石英晶體免疫傳感器 石英晶體免疫傳感器屬于質(zhì)量響應(yīng)型傳感器，它是在石英晶體（金或銀）電極表面固定一層抗體或抗原活性物質(zhì)，在液相中通過(guò)免疫反應(yīng)，固定的抗體（或抗原）分子能識(shí)別其相應(yīng)的抗體（或抗原），并特異性結(jié)合形成免疫復(fù)合物，沉積在電極表面，引起電極表面負(fù)載質(zhì)量的改變，該變化通過(guò)石英晶體諧振器轉(zhuǎn)變?yōu)槭⒕w振蕩頻率的變化△f，根據(jù)Sauerbrey方程可計(jì)算出被測(cè)物的質(zhì)量△M。免疫傳感器的檢測(cè)過(guò)程可用圖2表示。免疫傳感器能彌補(bǔ)常規(guī)免疫檢測(cè)方法不能進(jìn)行定量檢測(cè)的缺點(diǎn)。此外，它還能實(shí)時(shí)檢測(cè)抗原抗體反應(yīng)，同時(shí)，把反應(yīng)信號(hào)連續(xù)記錄下來(lái)，有利于進(jìn)行抗原抗體反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)分析。因?yàn)榭乖贵w的結(jié)合具有很高的特異性，從而減少了非特異性干擾，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性，并具有較大的檢測(cè)范圍。 圖2 石英晶體免疫傳感器檢測(cè)過(guò)程 2．1．1 微生物的檢測(cè) 檢測(cè)微生物的關(guān)鍵在于提高選擇性和靈敏度，石英晶體生物傳感器在這方面具有顯著的優(yōu)越性，已被用于對(duì)多種細(xì)菌和病毒進(jìn)行檢測(cè)。 （1）白色念珠菌的檢測(cè) 檢測(cè)時(shí)，將石英晶體芯片浸入可疑樣品液中，由于免疫吸附念珠菌，晶體表面的質(zhì)量增加，使測(cè)得的石英晶體的諧振頻率減少，并獲得了線性范圍。而且，在相同的混合液中對(duì)酵母菌無(wú)響應(yīng)，所以，能夠鑒別這2種真菌，具有一定的特異性。 （2）病毒的檢測(cè) 石英晶體免疫傳感器的出現(xiàn)為病毒的快速診斷提供了一種嶄新的手段。例如：將人類免疫缺陷病毒（HIV）某抗原表位的人工合成肽固定于石英晶體電極表面，可檢測(cè)體液標(biāo)本中的抗HIV抗體。如，被測(cè)標(biāo)本中含有抗HIV的單克隆抗體，則會(huì)與大分子蛋白肽鏈發(fā)生反應(yīng)，引起石英晶體電極表面質(zhì)量增加，從而導(dǎo)致晶體諧振頻率降低。也有采用人工合成單純皰疹病毒、水痘—帶狀皰疹病毒、巨細(xì)胞病毒、EB病毒等的各自特異性抗原肽，制備相應(yīng)的單克隆抗體，單克隆抗體通過(guò)蛋白A固定在10MHz的石英晶體金電極表面制成免疫敏感膜，檢測(cè)樣品中的病毒顆粒。用該方法檢測(cè)病毒，線性范圍可達(dá)5×104~1×109個(gè)病毒。 （3）腸道菌的檢測(cè) 通過(guò)蛋白A將抗腸道細(xì)菌共同抗原的單克隆抗體包被在10MHz的石英晶體表面，進(jìn)行腸道細(xì)菌的檢測(cè)，菌液濃度在106~109個(gè)／ml范圍內(nèi)可引起晶體頻率的明顯改變，通過(guò)測(cè)量頻率變化可測(cè)出腸道細(xì)菌的數(shù)量。Park等人利用Sulfo-LC-SPDP試劑來(lái)促進(jìn)巰基化沙門氏菌抗體和石英晶體表面金膜層的相互作用，從而提高了檢測(cè)的靈敏度和特異性，可檢測(cè)的菌懸液濃度范圍為9.9×105~1.8×108個(gè)／ml集落形成單位。 2．1．2 體液蛋白質(zhì)的檢測(cè) （1）激素的定量檢測(cè) Suri等人研制了一種可檢測(cè)胰島素的免疫傳感器，把胰島素的特異性抗體通過(guò)蛋白A固定在石英晶體電極表面，檢測(cè)血液中胰島素的濃度，最低檢測(cè)限為1ug／L。 （2）免疫球蛋白檢測(cè) 免疫傳感器常用于定量檢測(cè)人的免疫球蛋白，如，IgA，IgG，IgM，IgE等。用IgA，IgG，IgM，IgE的抗體固定在石英晶體金電極表面制成免疫識(shí)別敏感膜。Su等人設(shè)計(jì)了一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)血清標(biāo)本中IgE總量。將IgE抗體以生物自組裝方式固定于10MHz的AT切向石英晶體金電極表面，傳感器的檢測(cè)范圍為5~300IU／ml。傳感器用尿素和甘氨酸再生后可重復(fù)使用5次，其靈敏度和特異性無(wú)明顯下降。Suri等人用9MHz的石英晶體以魚精蛋白作為分子識(shí)別元件研制了檢測(cè)IgM的免疫傳感器，檢測(cè)范圍可達(dá)5~93ms／L。 2．2 石英晶體DNA傳感器 石英晶體DNA傳感器屬于質(zhì)量響應(yīng)型傳感器，它以石英晶體諧振器為換能器，在石英晶體電極區(qū)表面固定ssDNA探針，然后，浸入含有被測(cè)目標(biāo)DNA分子的溶液中，在溶液中電極表面的ssDNA探針與互補(bǔ)序列的目標(biāo)ssDNA分子雜交，形成dsDNA，引起石英晶體諧振器的振動(dòng)頻率發(fā)生變化，振動(dòng)頻率隨電極表面上的質(zhì)量增加而減小，靈敏度可達(dá)到亞納克級(jí)，通過(guò)檢測(cè)頻率的變化達(dá)到測(cè)量的目的。如，采用AT切割的基頻為9MHz的石英晶體作為換能器，并在晶體的表面蒸發(fā)100Hm厚的Au薄膜作為電極，ssDNA探針通過(guò)巰基結(jié)合在電極表面，1ug的物質(zhì)附著在晶體上可使振動(dòng)頻率減少0.95Hz。Fawcett等人通過(guò)研究提出：固定在石英表面DNA分子雜交后會(huì)引起諧振頻率的明顯變化，當(dāng)用9MHz的AT切向石英晶體表面結(jié)合的poly（U）與溶液中位點(diǎn)互補(bǔ)的poly（A）互補(bǔ)雜交時(shí)，諧振頻率顯著下降，約下降500Hz，從而可對(duì)核酸的相互作用進(jìn)行研究，該研究為DNA生物傳感器的發(fā)展做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。Zhou等人報(bào)道構(gòu)建石英晶體DNA傳感器，用于遺傳性地中海貧血的突變基因診斷。Erdem等人報(bào)道將亞甲基藍(lán)嵌入雙鏈DNA分子中并保持其電化學(xué)活性，利用差分脈沖伏安法識(shí)別特定的DNA分子。Su等人在石英晶體表面固定DNA，用于檢測(cè)抗癌鉑藥物的含量，檢測(cè)限為10-1mol／L。石英晶體DNA傳感器能準(zhǔn)確診斷血清中的HBV病毒基因，實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)樣品中含有HBV時(shí)，石英晶體的頻率改變量平均為312.4Hz，變化很顯著，靈敏度高；而當(dāng)樣品中不含有HBV時(shí)，石英晶體的頻率改變量平均為83.8Hz，這是由于非特異性吸附所引起的。因此，可用石英晶體DNA生物傳感器直接檢測(cè)乙肝病毒基因。DNA傳感器還可用于表面雜交過(guò)程的動(dòng)力學(xué)研究，并為DNA傳感器的優(yōu)化提供依據(jù)。石英晶體DNA傳感器在基因診斷領(lǐng)域具有極大的優(yōu)勢(shì)，工作原理是基于石英晶體諧振對(duì)其表面質(zhì)量變化敏感的原理，在晶體表面固定大量特異的寡核苷酸序列，利用其與溶液中互補(bǔ)的核酸序列發(fā)生雜交反應(yīng)，導(dǎo)致晶體表面微質(zhì)量改變來(lái)檢測(cè)特定的靶基因序列，石英晶體DNA傳感器可望廣泛應(yīng)用于基因分析和腫瘤早期診斷。 2．3 石英晶體凝血傳感器 石英晶體凝血傳感器屬于非質(zhì)量響應(yīng)型傳感器，是利用石英晶體振蕩頻率變化對(duì)晶體所處體系密度和粘度變化的高度敏感性來(lái)檢測(cè)體系性狀的改變。凝血傳感器通過(guò)紅細(xì)胞阻抗特性的變化引起傳感器的響應(yīng)來(lái)檢測(cè)紅細(xì)胞凝集時(shí)間和沉降速率。其工作原理為：當(dāng)紅細(xì)胞凝集或沉降特性改變后，將導(dǎo)致溶液電導(dǎo)率的變化，通過(guò)檢測(cè)石英晶體的頻率改變可反映紅細(xì)胞凝集時(shí)間和沉降速率。國(guó)內(nèi)有學(xué)者曾通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了紅細(xì)胞變形性、滲透壓和溶液中其他大分子物質(zhì)對(duì)檢測(cè)的影響，經(jīng)與常規(guī)方法對(duì)比，證明該方法靈敏度高、能排除熱效應(yīng)干擾、檢測(cè)時(shí)間短、結(jié)果一致性好。 3 在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 石英晶體生物傳感器因其特有的一系列優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域獲得了較大的進(jìn)展，如，農(nóng)作物上殘留的殺蟲劑和丁業(yè)污染物的檢測(cè)。這類傳感器實(shí)用化的重點(diǎn)將是進(jìn)一步提高檢測(cè)的選擇性，石英晶體生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測(cè)中具有很大的發(fā)展前景。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，廣泛使用的除草劑和殺蟲劑的殘留物會(huì)對(duì)水源和土壤造成污染，因此，如何迅速準(zhǔn)確測(cè)定殘留物的濃度以保證農(nóng)作物的生長(zhǎng)是環(huán)境監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要方面。Steegbron等人研制了檢測(cè)除草劑at-razine的石英晶體免疫傳感器，其工作原理是：通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)分析來(lái)檢測(cè)水中的atrazine濃度。將有生物活性的atrazine以白蛋白分子為間隔分子固定在石英晶體的金膜表面，然后，把石英晶體放在流動(dòng)檢測(cè)池中，流動(dòng)池內(nèi)的反應(yīng)緩沖液加有過(guò)量的atrazine單克隆抗體，固定的atrazine和待測(cè)液體中游離的atrazine與其單克隆抗體競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合，通過(guò)檢測(cè)石英晶體頻率降低程度來(lái)間接反映待測(cè)液體中的atrazine濃度。該方法檢測(cè)靈敏度高，經(jīng)處理后石英晶體還可重復(fù)使用。通過(guò)與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性、連續(xù)性、自動(dòng)化。Guilbauh等人以金蛋白包被晶體作為固體底物與綿羊抗莠去津抗體結(jié)合建立了測(cè)定飲水中莠去津的測(cè)定方法。使用時(shí)將晶體置于含莠去津的溶液中，以非特異性抗體包被的相同晶體作為參比進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)的范圍為0.03—100μg／L，該方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為8％。Ngeh-Ngwaimbi等人用抗對(duì)硫磷抗體包被的石英晶體生物傳感器測(cè)定對(duì)硫磷，檢測(cè)限為36μg／L。 4 在食品工業(yè)中的應(yīng)用 食品如果被細(xì)菌毒素污染，則食用后會(huì)對(duì)人體造成很大的危害，甚至危及生命。因此，對(duì)細(xì)菌毒素的檢測(cè)是食品衛(wèi)生檢驗(yàn)常用的重要指標(biāo)。Harteveld等人研制了一種可以檢測(cè)金黃色葡萄球菌的腸毒素B的石英晶體免疫傳感器。將金黃色葡萄球菌的腸毒素B的多克隆抗體固定在20MHz的石英晶體金電極表面采用流動(dòng)注射技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。最低檢測(cè)限可為0.1mg／L。該方法能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)方便、快捷，是一種簡(jiǎn)單可靠的食品衛(wèi)生檢測(cè)手段。 石英晶體生物傳感器具有可實(shí)時(shí)檢測(cè)、靈敏度高等特點(diǎn)，在食品、釀酒、飲料等生產(chǎn)流程各環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中起了重要的作用。WuTzong-zeng研制了一種檢測(cè)不同氣體的石英晶體生物傳感器。用9MHz的金膜石英晶體，把從牛蛙中分離得到的嗅覺受體蛋白固定在金膜表面來(lái)檢測(cè)揮發(fā)性液體，如沉香醇、乙酸等，傳感器的靈敏度可達(dá)到10-7g，與人嗅覺的閾值水平一樣，故被稱為“電鼻子”，從而為釀酒和白酒的勾兌提供了新的方法。 5 展 望 石英晶體生物傳感器正處于開發(fā)階段，其研究和應(yīng)用從最初只應(yīng)用于氣相檢測(cè)到現(xiàn)在幾乎涉及到了各個(gè)領(lǐng)域，目前，研究重點(diǎn)正集中在對(duì)液相條件下傳感器的靈敏性、特異性的研究；尋找不同待測(cè)物有效、快速的識(shí)別元件和該元件合適的固定方法等方面的研究。日本的Aizawa等人采用一種新的凝膠壓電免疫測(cè)定法，使用固定有抗原—抗體的凝膠顆粒，省略了一般免疫傳感器必需的抗原—抗體固定步驟，其原理是這種凝膠顆粒能和血清中相應(yīng)的抗原—抗體反應(yīng)，使顆粒發(fā)生凝聚，靈敏性和特異性和有固定化過(guò)程的方法相似。Aizawa等人用此方法檢測(cè)了血清中的CRP，ASLO，RF等，并于2001年成功地用于血清中梅毒抗體的測(cè)定。隨著微細(xì)加工技術(shù)的不斷發(fā)展，微型化、陣列化程度將不斷提高，石英晶體陣列化、多通道液相實(shí)時(shí)檢測(cè)將成為石英晶體生物傳感器的發(fā)展方向。石英晶體生物傳感器操作簡(jiǎn)便快速、價(jià)廉、體積小、攜帶方便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等獨(dú)特優(yōu)越性使其具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在價(jià)值，<