IVD前沿丨ELISA检测利器“VEUS”系统

近期发表在《Biotechnology Journal》上的一篇文章——《All-in-one platform: Versatile, Easy, and User-friendly System (VEUS) based on automated and expert-independent antibody immobilization and immunoassay by utilizing customized movement of magnetic particles》提出了解决方案——“VEUS”系统。“VEUS”是一个创新的微型一体化平台，设计用来自动执行抗体固定（结合）、RSMPs上固定抗体的质量控制以及随后的免疫测定。这一创新平台不仅适用于实验室级别的研究机构，也适用于工业和医疗环境。它的自动化能力旨在减少人为操作误差，从而提高实验结果的重复性。

VEUS系统包括永磁体（Nd2Fe14B）和T-tips，这些部件负责控制杆状磁性粒子（RSMPs）的移动。系统还包含六排孔和成像分析设备。RSMPs可以在每个孔内部移动，也可以通过永磁体和T-tips的作用从一个孔转移到到另一个孔。经过自动化处理的RSMPs会经过所有预设的化学反应。反应后的RSMPs通过VEUS内部安装的成像设备和基于人工智能的多重分析工具（EzDiaTech Inc. Cat. No M001）进行分析。分析结果会自动得出，无需人工干预。

这个系统的设计旨在实现从抗体固定到免疫测定分析的全自动化，减少人为操作，提高实验的重复性和准确性。通过使用永磁体和T-tips精确控制RSMPs的移动，VEUS系统能够实现高效、自动化的生物标记物检测和分析。

RSMPs尺寸在几百微米级别，拥有铁磁核，对磁场的反应比纳米粒子或更小尺寸的微粒更为灵敏。由于RSMPs对磁力的强烈响应，它们会向永磁体移动并被吸附，当远离永磁体时失去磁性并沉到底部。通过精确控制作用在RSMPs上的磁力，并使用适当的辅助设备（如塑料T-tip），可以有效地分离RSMPs。通过实验验证，即使在重复操作中，RSMPs也能被精确控制。实验中进行了1000、3000、6000和10000个RSMPs的捕捉和释放动作，每个动作重复了10000次，所有RSMPs都能一致地被捕捉和释放。

该系统设计了8孔卡条（试剂盒），能够容纳不同的溶液。在每个孔内，RSMPs的移动可以被精确控制，便于执行激活、洗涤和阻断过程。

RSMPs偶联抗体时，首先，将化学处理过的RSMPs浸入MES溶液中准备。接着，使用EDC和NHS进行30分钟的激活处理。随后在MES溶液中洗涤RSMPs 2分钟以洗去剩余的EDC和NHS。然后，引入捕获抗体和HEPES缓冲液，附着在RSMPs表面，并在2小时的反应期间移动RSMPs以固定足够数量的抗体。反应完成后，用HEPES缓冲液单独洗涤RSMPs 1分钟以去除残留的捕获抗体。最后，在下一个孔中进行1小时的阻断，以防止非特异性结合。

偶联抗体后的RSMPs，需要进行质量控制，但手动质量控制会降低方便性。因此，该系统开发了自动化质量控制方法。

自动化质量检测时，首先将生物素标记的二抗（2 µg/mL）稀释在阻断缓冲液中并与抗体偶联的RSMPs反应60分钟，以允许其与捕获抗体结合。随后清洗以去除残留的二抗（每次1分钟，共两次）。接着将荧光物质（SA-PE，2 µg/mL）稀释在阻断缓冲液中并混合30分钟，以与二抗反应。冲洗孔以去除多余的荧光物质（每次1分钟，共两次）。最后使用明场和荧光成像观察反应后的acRSMPs。

实验证明VEUS系统生产的acRSMPs显示出高效的结合，与手动生产的acRSMPs相比，结合量相等或更大。此外，acRSMPs显示出良好的重复性，变异系数小于7%（甲流病毒: 6.7%，乙流病毒: 2.9%，COVID-19: 4.7%）。

这种方法使任何人都能够可靠地进行抗体固定并验证质量。通过这种自动化的质量控制过程，VEUS系统不仅提高了实验的方便性和重复性，还确保了抗体固定化过程的质量和一致性，这对于实验室级别的研究和工业及医疗环境中的应用都是至关重要的。

VEUS系统通过设计用于识别特定抗原或抗体的acRSMPs，可直接用于疾病诊断。研究人员测试了VEUS系统对甲型流感病毒、乙型流感病毒和COVID-19的检测能力。

首先，将偶联甲型流感病毒、乙型流感病毒和COVID-19抗体的acRSMPs添加到第一个孔中。然后，将裂解的抗原添加到后续孔中，与acRSMPs反应30分钟，并通过清洗1分钟来去除未结合的残留物。在后续孔中添加检测抗体，与抗原结合的acRSMPs反应5分钟。接下来，将检测抗体上的SA-PE引入下一个孔，并允许其反应5分钟。然后清洗孔两次，每次1分钟，总共2分钟，以去除任何剩余的残留物。接着对甲型流感病毒、乙型流感病毒和COVID-19的acRSMPs进行荧光成像，并通过图像处理确认强度。最后，通过与预先分析的标准曲线比较，每个孔在40秒内计算抗原的绝对量。整个测定过程在不到一个小时内生成最终结果。结果显示，自动化方法获得的标准曲线优于手动方法，显示出更高的决定系数（R2 ≥ 0.995）和荧光强度。此外，检测系统的性能指标之一是检测限（LOD）值，较低的LOD值表示能够检测到较低的抗原浓度，意味着更好的系统性能。使用VEUS系统得到的甲型流感病毒和乙型流感病毒的LOD值为3.1 pg/mL，COVID-19的LOD值为0.6 pg/mL，展现非常好的检测能力。

VEUS系统能够快速、准确地进行传染病的诊断，显著提高了检测的方便性和重复性，减少了人为错误，使得非专业人员也能进行高质量的检测。

传统的RSMPs（杆状磁性粒子）如果只有统一的长度，只能检测单一目标。通过使用不同长度的RSMPs，能够在不使用多色报告荧光团的情况下，在一次测试中实现多重目标检测。

使用自动化制造系统精确切割RSMPs至200、300和400微米的长度。测量结果显示RSMPs的长度分别为199.5908微米、300.8131微米和400.4747微米，标准差分别为13.1523微米、13.6987微米和13.2982微米，变异系数（CV）值均低于7%。即使RSMPs的长度制造准确，也可能由于RSMPs的重叠或长条形排列而被错误识别。为了解决这个问题，引入了基于人工智能的分析技术，能够完美区分长度差异为100微米的RSMPs。使用不同长度（200、300和400微米）的RSMPs成功检测了甲型流感病毒、乙型流感病毒和COVID-19。

VEUS系统在1小时内得出的多重免疫诊断结果显示了每种病毒的高灵敏度、特异性和准确性。甲型流感病毒和COVID-19病毒的灵敏度为92%，特异性为100%，准确性为96.92%。乙型流感病毒的灵敏度为96%，特异性为95%，准确性为95.38%。与现有的COVID-19分子诊断设备（如Allplex SARS-CoV-2, Seegene Inc.）进行比较，当Ct值小于20时，灵敏度达到100%；在Ct值20至30的范围内，灵敏度为96.67%。在Ct值30至35和35以上时，灵敏度分别为60.71%和50%。与现有的快速测试相比，VEUS系统在Ct值超过30时显示出显著更高的灵敏度。

VEUS系统提供了用户友好的解决方案，结果具有快速PCR相仿的灵敏度。VEUS系统通过自动化实现了小于1小时的免疫测定，准确性可与分子诊断相媲美。在多重测定中使用不同长度的acRSMPs，结合灵敏的检测限，允许进行准确和快速的诊断。这些结果表明，VEUS系统不仅提高了实验的方便性和重复性，还确保了高灵敏度和准确性，使其成为一种多功能的一体化平台。

VEUS系统整合了抗体固定、质量控制和多重测定等过程，减少了人为错误并提高了重复性。该单一设备促进了这些过程的无缝执行，占用体积小。这种紧凑性为在有限的实验室空间内进行涉及多个生物标记物的详尽研究提供了新的可能性。

这种创新有望推进R&D领域内多生物标记物研究的发展。系统展示了与已建立的分子诊断设备相当的灵敏度、特异性和准确性，提升了其作为紧急分析领域中复杂分析工具的地位。

VEUS系统有助于深入理解各种疾病，最终促进临床应用。因此，预计该系统将积极融入IVD领域，为疾病诊断和研究提供重要的帮助。

无论是在实验室研究还是在临床应用中，通过这种全自动化一体化平台，研究人员和临床医生可以更高效、更准确地进行疾病诊断和生物标记物研究。