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化学发光免疫分析仪器与试剂

2018.8.10
一、概述

发光检测作为分析化学领域内一个强有力的技术手段,始终以其高灵敏度、低成本、简单快速的优势发挥着重要作用,对于某些特定化合物(如有机磷农药和神经毒剂)、某些酶活性、金属离子等的动态分析和现场检测具有不可替代的优势。从上世纪中叶开始,生物医学界一直在致力于将该技术体系应用于实验室研究中,并取得了巨大成功。例如:利用化学发光测定血清和组织中的超氧化物歧化酶(SOD),利用细菌萤光素酶(LUX)系统检测样本中极少量的微生物,利用萤火虫萤光素酶(LUC)系统高灵敏度检测细胞活性或细胞杀伤效果以替代传统的MTT实验等等,至今仍然属于先进技术。


上世纪八十年代末,化学发光自显影技术的出现,逐步替代放射自显影,应用于免疫组化和原位杂交等分子病理学技术、DNA指纹图、酶切图谱等技术在临床诊断、法医物证、病原体分型等领域,尤其是化学发光技术在常规免疫分析(Immunoassay)领域内的应用,直接推动了临床实验室定量化和自动化检测技术的进步。

上世纪九十年代,英国Amersham公司在全球率先开发化学发光自显影底物和标记技术,并在国际上首先推出第一款化学发光免疫分析仪器和相关试剂,被国内厂家引进并应用于临床。作为上述技术的核心,基于过氧化物酶的化学发光增敏剂的诞生起到了关键的作用,其中第一代增敏剂-对位取代酚类的发现者Larry J Kricka,英国剑桥大学和美国宾夕法尼亚大学教授,先后任美国临床化学学会(AACC)主席,国际生物和化学发光学会(ISBC)主席。其后美国密歇根大学等单位相继合成了基于碱性磷酸酶的发光底物AMPPD及其衍生物,从而与前述增敏剂共同奠定了酶促发光系统的技术基础。该底物系列分别被美国Lumigen公司和Tropix公司(后被ABI并购)迅速实现了商品化,引发了几年后化学发光免疫分析系统如雨后春笋般的诞生和广泛临床应用,国内外众多知名品牌的全自动化学发光免疫分析系统依然在使用该类发光底物。


根据美国病理专科医师学会(The College of American Pathologists,CAP) 的统计,目前全球有超过30家大型全自动化学发光免疫分析仪器的厂商,具有超过60个免疫自动化化学发光检测系统。该系统发展趋势为检验仪器的实验室集成化、系列化、智能化。检测试剂项目涵盖传染病、心脏标志物、肿瘤标志物、甲状腺功能、性腺激素、代谢物质、药物浓度、肝炎、先天性疾病、肝纤维化、优生优育、高血压、炎症和过敏原等系列百余种检测试剂。

20世纪60年代末,国内引入了免疫沉淀试验技术,开创了我国抗原抗体检测的先河。当时采用琼脂免疫扩散、对流免疫电泳、免疫放射电泳自显影等方法,其特异性和敏感性均较差。70年代初,采用间接免疫凝集试验技术,如间接血凝试验(IHO)、免疫粘连血凝试验(IAHA)、乳胶凝集试验等,使检测的敏感性和特异性有所提高,但仍然满足不了临床诊断和防治的需求。随着科技进步,免疫学检测发展迅速,尤以标记免疫分析最为显著,如酶联免疫技术、化学发光检测技术、时间分辨荧光免疫测定技术、荧光偏振免疫分析测定技术等。进入新的世纪,伴随着生物学及光机电相关技术应用的不断发展,全自动化学发光免疫分析检测系统不断普及和推广,大幅提高了检验结果的准确度,使得实验室标准化得以实现。


二、原理及分类

自然界有物理发光,化学发光和生物发光三种发光类型,狭义的发光免疫分析,主要指化学发光。化学发光系氧化化学反应,电子激发后回到基态以光子的形式释放能量,利用释放的光子个数反映化学反应的强度,常用的发光剂为氨基苯二酰肼(异鲁米诺和鲁米诺)、吖啶酯类和金刚烷衍生物。自1976年Schroeder利用异鲁米诺标记生物素进行化学发光测定以来,化学发光免疫分析技术得到迅速发展,并逐步发展了酶促化学发光疫分析技术,直接化学发光免疫分析技术和电化学发光免疫分析技术。因为其灵敏度高,特异性强,检测范围宽,试剂稳定和无放射性污染等优点得以在国内外市场上广泛推广,主要应用于微孔板式和磁微粒免疫化学发光检测系统上。


化学发光免疫分析检测系统的发展主要围绕在固相载体和发光体系两大核心技术的不断发展和完善:


①采用的固相载体有塑胶微粒、超顺磁微粒、弹性塑料管、塑料珠等,其中磁微粒具有包被量大,易于实现自动化的优势。转盘式化学发光免疫分析仪主要采用微米级超顺磁微粒作为固相载体,通过化学键直接将生物活性物质连接在磁微粒表面;或者采用链霉素-生物素、荧光素-荧光素抗体体系连接生物活性物质。

②采用的化学发光体系有酶促化学发光、直接化学发光、电化学发光三种,化学发光分类及代表性厂家详见表1。其中酶促化学发光分为辣根酶体系和碱磷酶体系,直接化学发光法主要有吖啶酯、异鲁米诺发光体系。


类型

原理

底物试剂

代表厂家

酶促化学发光免疫分析(CLEIA)

在酶免疫分析完成后加入底物

鲁米诺系统

Autobio,Ortho



AMPPD系统

Beckman

直接化学发光免疫分析(CLIA)

化学发光物质直接标记抗原(体)

吖啶酯

Abbott,Siemens



异鲁米诺

DiaSorin

电化学发光免疫分析(ELCIA)

电致化学发光与电化学手段相结合

三联吡啶钌三丙氨系统

Roche

表1 化学发光免疫分析分类及代表性厂家


三、国内外化学发光免疫分析仪器和试剂

化学发光免疫分析技术兴起于20世纪80年代,目前在欧美等发达国家已经成为了临床实验室广泛使用的常规检测技术。近些年,我国化学发光免疫分析技术处于快速发展阶段,市场上应用的化学发光检测产品大部分为进口产品。

我国化学发光检测技术的产业研究和应用处于发展期,与欧美等先进国家相比尚有差距,但差距在迅速缩小。国内化学发光技术经历了由微孔板式化学发光检测系统到磁微粒化学发光检测系统的发展历程。微孔板式化学发光仪器和试剂是化学发光检测技术在我国免疫诊断产业中独特的产品形式,至今仍以其检测通量大,产品性价比高而在市场中占有独特的地位。代表厂家有郑州安图生物、北京引航、石家庄华洋、北京科美、北京源德、北京泰格科信、北京量质、北京华科泰等;磁微粒化学发光仪器和试剂是化学发光检测技术在我国免疫诊断产业中处于导入进入高速成长期的阶段,代表厂家有郑州安图生物、深圳新产业、威海威高、四川迈克、北京利德曼、苏州达成、深圳迈瑞、苏州长光华医等。以下就国内外化学发光免疫检测系统生产商及其主要产品进行介绍:


1.国内化学发光免疫分析仪器和试剂

1.1

微孔板式化学发光仪器及试剂

1.1.1北京引航医学生物技术研究所


1996年,北大人民医院杨晓林教授创立的北京引航医学生物技术研究所,在国内率先进行化学发光底物、半自动仪器和试剂的研究,于同年获得半自动化学发光仪注册证,建立了微孔板化学发光分析系统。

1.1.2郑州安图生物工程股份有限公司


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