傳統(tǒng)ELISA的不足及微量點樣儀在微型化ELISA中的應(yīng)用

精確噴點： 實現(xiàn)更快、更大規(guī)模診斷開發(fā)的關(guān)鍵

長期以來，酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）一直是臨床和研究領(lǐng)域檢測分析物的基準(zhǔn)。雖然有效，傳統(tǒng)的ELISA耗費資源，操作時間長，并且不適合高通量和多重應(yīng)用。隨著科學(xué)工作流程對更快和更具成本效益解決方案的需求日益增加，顯然經(jīng)典格式需要現(xiàn)代化升級。微型化ELISA提供了一種強(qiáng)有力的升級，利用皮升（picoliter）分配降低成本，加快時間進(jìn)度，并在不犧牲數(shù)據(jù)質(zhì)量的情況下擴(kuò)展檢測。在本文中，我們討論了傳統(tǒng)ELISA的不足之處，以及微型化如何為各類應(yīng)用提供更快、可擴(kuò)展和更高效的檢測方式。

01 為什么ELISA需要升級
ELISA是靶標(biāo)分析物免疫檢測的黃金標(biāo)準(zhǔn)，一直以來都是研究和臨床應(yīng)用中非常有價值的工具。ELISA在評估感染狀態(tài)方面尤其具有革命性，目前仍是各生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域常規(guī)診斷和前沿研究的基石。例如，醫(yī)療專業(yè)人員使用它來測量針對各種病原體的循環(huán)抗體水平，如肝炎病毒和HIV，以及用于健康篩查目的，例如評估前列腺特異性抗原水平。  

盡管它的重要性和普遍性，這一技術(shù)仍存在一些局限，使其在現(xiàn)代工作流程中不再是一個可行的選擇。它可能是：

• 資源密集型：它們通常涉及多個步驟（例如涂層、封閉、洗滌、孵育），這些步驟耗時數(shù)小時，并且需要合格的人員進(jìn)行操作和解讀。  
• 試劑密集型：在大規(guī)模進(jìn)行時，它們涉及使用昂貴的主要抗體，以及可能需要大量不同的緩沖液和洗滌試劑。  
• 易變性：抗體或基質(zhì)的批次間變異可能導(dǎo)致結(jié)果隨時間不一致。交叉反應(yīng)或非特異性結(jié)合可能導(dǎo)致錯誤結(jié)果。清洗不當(dāng)或試劑問題也會影響準(zhǔn)確性。此外，ELISA的手動移液增加了額外的挑戰(zhàn)，如增加人為錯誤的風(fēng)險，因此需要現(xiàn)代化的替代方法。  
• 難以多重檢測：即便在96孔和384孔格式下，多重檢測的挑戰(zhàn)也可能給尋求提高資源效率并滿足競爭性時間表的團(tuán)隊帶來阻礙。 

02 微型化ELISA的案例
ELISA微型化是解決成本、通量和復(fù)用等問題的一個解決方案。得益于技術(shù)進(jìn)步，許多檢測和實驗室流程現(xiàn)在都可以在體積上進(jìn)行縮小，從而減少所需試劑和樣品的數(shù)量。微型化的ELISA可以使用微陣列或芯片格式進(jìn)行，并通過專用的微量點樣儀將反應(yīng)體積縮小到微升、納升和皮升范圍。這些功能為研究人員帶來了幾個優(yōu)勢，包括：
節(jié)省試劑：微型化減少了每次反應(yīng)所需的試劑劑量，精密的微量點樣儀設(shè)計為低死體積，減少了在運行之間浪費的液體。這降低了整體耗材使用和成本，為實現(xiàn)更高通量或滿足其他實驗需求釋放了預(yù)算。  

• 更高的通量：微量點樣系統(tǒng)可以快速處理多個微孔或微陣列，增加通量，使研究人員能夠并行處理更多樣本。這促進(jìn)了大規(guī)模研究，其中準(zhǔn)確性不受運行間變異的影響。  
• 更快的工作流程：一次處理更多樣本縮短了研究和臨床時間表，從而加快臨床決策并可能改善患者結(jié)果。此外，自動點樣儀及其與其他機(jī)器人系統(tǒng)的可能集成減少了人工操作時間、錯誤和變異性。  
• 多重檢測：微型化的ELISA平臺，包括那些利用皮升點樣的，能夠在單次檢測中同時檢測多個分析物。這節(jié)省了樣本，提高了數(shù)據(jù)密度，并允許在單次運行中進(jìn)行更全面的分析。  
• 更好的重現(xiàn)性：精密的點樣儀能夠提供準(zhǔn)確、可重復(fù)的皮升至微升體積的試劑，最小化人工錯誤和變異性。均勻的液滴沉積提高了孔或載玻片之間抗原/抗體結(jié)合的一致性，從而導(dǎo)致更可靠的結(jié)果。

例如，SCIENION的sciFLEXARRAYER 系列可在單孔內(nèi)完成通常需要消耗整個96孔板的ELISA，從而將材料消耗量減少100倍以上（圖 1）。

圖1

使用sciFLEXARRAYER生產(chǎn)了一種微陣列ELISA，每個斑點大約700pL，斑點的直徑大約為190µm。閱讀完整的應(yīng)用說明以了解這項技術(shù)如何用于評估心血管疾病生物標(biāo)志物。

03 微型化檢測中的精確點樣挑戰(zhàn)
微型化依賴于精確噴點，并越來越多地被臨床和研究工作流程所采用。然而，并非所有的微型化技術(shù)都是一樣的。在解決傳統(tǒng) ELISA 的挑戰(zhàn)時，它們也帶來了新的問題，可能會延誤時間或影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。

液滴體積不一致會導(dǎo)致 ELISA 工作流程中出現(xiàn)差異。添加過少或過多的初級抗體會影響抗原結(jié)合，導(dǎo)致變異，并可能產(chǎn)生假陰性/假陽性結(jié)果。這種不一致性使研究人員難以得出可靠的結(jié)論或復(fù)制結(jié)果。此外，斑點排列不齊和斑點形態(tài)不規(guī)則也會造成類似的問題。有些噴點技術(shù)還依賴于接觸式方法，這種方法存在較高的交叉污染風(fēng)險和斑點形態(tài)問題。

這些限制可能會讓研究人員回到起點，迫使他們面對與傳統(tǒng)、非微型化人工方法相同的挑戰(zhàn)，浪費寶貴的資源，產(chǎn)生不一致、不可靠的數(shù)據(jù)。

04 SCIENION 技術(shù)實現(xiàn)有效的 ELISA 微型化  
SCIENION的sciFLEXARRAYER儀器可實現(xiàn)小至 10 皮升的高精度、非接觸式點樣，幫助克服許多 ELISA 挑戰(zhàn)。這些平臺還提供了靈活性，以適應(yīng)不同規(guī)模和多重檢測需求的實驗方法。該技術(shù)可確保一致的微量噴點，這意味著在運行中和運行間的體積和斑點形態(tài)都是一致的。

此外，SCIENION 技術(shù)實現(xiàn)了零死體積并采用非接觸式噴點，使研究人員能夠保存昂貴的試劑并防止交叉污染（圖 2）。此外，sciFLEXARRAYER 還提供全系列儀器，（如 sciFLEXARRAYER S3）到用于早期研發(fā)入門級到高通量生產(chǎn)的需求（sciFLEXARRAYER S100）。這種可擴(kuò)展性使實驗室和生產(chǎn)設(shè)施都能從 SCIENION 噴點技術(shù)的精確性和可靠性中獲益。
 

圖 2

SCIENION儀器利用壓電技術(shù)進(jìn)行超低容量（最低可達(dá)10 pL），可實現(xiàn)絕對零死體積和精確定位，從而進(jìn)行精確的多重ELISA分析。

05 案例與應(yīng)用
有了功能強(qiáng)大的微量點樣儀做后盾，研究人員就能在提高現(xiàn)有 ELISA 工作流程的速度和效率的同時，開啟整個潛在應(yīng)用領(lǐng)域。受益于 ELISA 微型化的應(yīng)用包括：

• 多重細(xì)胞因子分析：微型化ELISA可同時測量少量樣本中的多種細(xì)胞因子，從而進(jìn)行全面的免疫分析，加快炎癥標(biāo)志物的識別，為臨床決策提供依據(jù)，并開發(fā)出新的治療方法。

• 傳染病樣本： 微型化ELISA可用于在一次試驗中檢測多種病原體的抗體，通過保存樣本和顯著縮短周轉(zhuǎn)時間來簡化傳染病診斷。對于樣本有限的復(fù)雜病例，微型化尤為重要。

• 生物標(biāo)記物的發(fā)現(xiàn)與驗證： 通過實現(xiàn)檢測的多重化，微型化可以從臨床樣本中快速篩選出候選生物標(biāo)記物。如果沒有精密點樣儀，這樣的應(yīng)用將過于昂貴，而且很可能會消耗過多的樣本而無法實現(xiàn)。