一文读懂单分子免疫检测（SiMoA技术）

风云

分子免疫阵列（single molecule array，SimoA）技术，是一种将单分子计数用于蛋白质生物标记物的检测方法。该技术检测限可达飞摩尔（fg/mL）数量级，是目前最具代表性的单分子免疫检测技术。  



图1：Simoa分析仪构造

技术原理
SimoA技术是基于微阵列芯片的单分子免疫检测，是在毫米级芯片上雕刻（或浇筑）成千上万个微米级微井，每个微井体积约 40 fl 左右，随后将免疫复合物磁珠分配于微井中，再借助高分辨率荧光显微镜对荧光点进行计数，依据泊松分布理论，计算同时含珠子与荧光产物孔的数量/含珠子孔总数的比值，以此确定测试样品中的蛋白质浓度。



图2：SimoA 原理图

工作流程
SiMoA通过磁珠酶联免疫反应与微孔阵列芯片的结合，实现单分子蛋白检测。其操作流程如下：



图3：SimoA 工作流程图

（1）利用表面标记有捕获抗体的磁珠捕获样品中的抗原；
（2）使用biotin标记的检测抗体对被捕获的抗原进行标记；
（3）加入链霉亲和素—半乳糖苷酶复合物，与检测抗体上的biotin结合；
（4）将反应洗净后的磁珠与底物混合，加载到含有微孔阵列的检测芯片中，利用磁场使磁珠落入与其尺寸完全匹配的微孔中（3μm左右），加入油相，使得微孔之间物理隔离；
（5）含有半乳糖苷酶的微孔由于酶分子催化底物产生荧光产物；
（6）对微孔阵列进行荧光成像，通过对发出荧光信号的微孔个数对照标准曲线来实现定量检测。
技术优势
灵敏度高：比传统ELISA灵敏度提高1000倍以上；检测下限达到fg/mL，实现了超低丰度蛋白的有效检测和定量。

全自动化：试验过程不依赖操作人员，从而保证结果的重复性和精准性。
多重检测：同时完成多达10种目标分子的检测；
高精准度：实验结果的批间变异系数（CVS）低于10%。
高线性范围：检测动态范围>4个数量级。
自主研发：可根据试验目的进行方案开发和优化，适合科研创新研究。
应用领域
神经性疾病的检测:借助单分子免疫检测技术的超高灵敏特性，可充分检测出血液样本中的生物标志物水平  ，在神经性退行性疾病的诊断中具有重要意义.
肿瘤检测：用于肿瘤早期诊断及治疗后的监测。利用 SimoA 对前列腺特异性抗原(PSA)进行检测，2 zmol/L 的检测灵敏度使得对前列腺癌的早期诊断成为可能，并且对于经过放疗或者切除前列腺的患者，能够提前数月乃至数年发现肿瘤的复发，对于提升患者的生存率具有重要意义。
传染性疾病检测：目前主要集中在病原体自身标志物及细胞因子。在针对 SARS-Cov-2检测中，利用 SimoA 将血液中 N 蛋白的检测灵敏度提高至RT-PCR 的检测水平(1 zmol/L)，可作为核酸检测的有效补充手段，对于感染的早期诊断及病情进展监测具有重要意义。
参考文献
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[2] 张雪洁,汤家宝,李廷栋,葛胜祥.单分子免疫检测技术研究进展[J].中国生物工程杂志, 2021,41(04) : 47-54.DOI: 10.13523 /j.cb.2101006.
[3] 王继业,姚伟宣,王鹏娟,孟凡伟.数字化单分子免疫分析技术研究进展及毒品领域应用展望[J].现代信息科技,2019,3(10):16-18.
[4] 樊晓旭,张皓博,刘蒙达,迟庆安,亓菲,刘婷婷,孙淑芳,范伟兴.单分子免疫阵列技术在传染病诊断中的应用[J].中国动物检疫,2021,38(07):73-78.

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