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Simoa超灵敏数字芯片

华盈生物推出的Simoa单分子超灵敏蛋白质检测技术,灵敏度比ELISA提高1000倍以上,达到fg级水平,有效解决神经因子和细胞因子等超低丰度蛋白质的检测问题....
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       蛋白质是临床诊断、疾病分型、药物筛选等领域广泛的检测对象。经典酶联免疫吸附实验(ELISA)技术的灵敏度一般只能达到pg/mL水平,对于超低丰度蛋白的检测往往力不从心。例如:NfL、Aβ40/42等神经相关因子虽然在脑脊液中的含量较高,一旦到了外周血中其丰度会成百倍降低。又例如,IL-1β、IL-17A等重要的炎症因子,在疾病初期和健康人群表达量非常低,往往只有fg级别。常规的ELISA,甚至包括以增强信号强度为出发点开发的电化学发光技术(如MSD)和以降低背景信号为出发点开发的毛细管电泳技术(如Ella和Erenna)等高灵敏蛋白质检测技术,也受到其检测下限的限制,难以获得这些蛋白准确的检测数值。

 

       Simoa(Single-molecule Array)单分子超灵敏蛋白质检测技术的出现,将蛋白质检测技术直接带入到单分子、数字化检测时代,灵敏度比ELISA提高1000倍以上,成为fg级超低丰度蛋白质检测领域的优势技术。

|   Simoa超灵敏蛋白质检测技术原理

       Simoa检测的生物学原理仍然是经典的免疫反应-双抗夹心法,所不同的是,Simoa技术将约250,000个捕获抗体包被在2.7 μm的小磁珠上,检测时加入生物素标记的检测抗体及亲和素偶联的酶和底物,通过一层油将单个磁珠分别封闭在238,000个4.5 μm的反应孔(Well)中进行反应。由于每个小孔的反应体系仅仅为50飞升,比传统ELISA小20亿倍,这时小孔中即使只有一个分子,其催化底物就可产生3000个荧光分子,通过CCD摄像头即可捕获到信号,利用泊松分布理论可计算出阳性荧光小孔(On Well)对应的蛋白浓度值,实现数字化单分子检测的愿望。

 

       ELISA检测如同墨水滴入2000个鸟巢大小的泳池中,信号会无限地扩散和稀释,只有样品浓度达到一定阈值(比如pg/mL以上),才能被ELISA检测到,再根据所有信号的平均值来计算浓度。而Simoa的检测就好比将一滴墨水滴入矿泉水瓶中,很容易就被观察到。之后通过对238,000个孔中每一个阳性信号孔(On Well)的个数进行统计,而不需要通过信号强度的线性增加来获取对应浓度值,也就降低了低丰度信号定量检测的门槛,即为“数字化”检测原理在蛋白检测中的运用。

 

       David Yeung [5]等研究人员对比了目前世界上现有的高敏蛋白质检测技术对于IL-2、IL-6、IL-17A、TNF-α等低丰度炎症因子的检测情况,发现Sioma技术无论在灵敏度还是在数据重现性上,相比其他技术均具有显著优势(见表1)。

 

表1. Simoa与其它高敏蛋白检测技术对比

 

FEAD: Frequency of endogenous analyte detection

 

 

|   Simoa超灵敏蛋白质检测技术优势

●   Simoa可以在血清/血浆中检测NfL、Tau、pTau、Aβ40、Aβ42等超低丰度神经因子;

●   Simoa可以通过加大稀释倍数,检测房水、玻璃体、眼泪等微量样品中的炎症因子;

●   Simoa可以在单个细胞中定量蛋白,实现单个胚胎细胞培养上清中的蛋白检测;

●   Simoa可以在外泌体等稀少样品类型中检测PD1、PD-L1蛋白;

●   Simoa可以在阿尔兹海默症初期(提前16年),在接近正常人的患者血清中检测到蛋白标志物NfL[2]

|  已商业化试剂盒(持续更新中)

 

|   经典案例:Luminex液相+Simoa芯片筛选肺结核活动早期标志物

 

 相关文献

[1]. Preische O, et al. Serum neurofilament dynamics predicts neurodegeneration and clinical progression in presymptomatic Alzheimer's disease. Nat Med. 2019.  IF=32.621

[2]. Holth JK, et al. The sleep-wake cycle regulates brain interstitial fluid tau in mice and CSF tau in humans. Science. 2019 Jan 24. pii: eaav2546.   IF=41.037

[3]. Shi M, et al. New windows into the brain: Central nervous system-derived extracellular vesicles in blood. Prog Neurobiol. 2019 Jan 24. pii: S0301-0082(18)30106-0.   IF=10.658

[4]. Park JC, et al. Plasma tau/amyloid-β1-42 ratio predicts brain tau deposition and neurodegeneration in Alzheimer's disease. Brain. 2019 Jan 21.   IF=11.814

[5]. Duan BK, et al. Ultrasensitive Single-Molecule Enzyme Detection and Analysis Using a Polymer Microarray. Anal Chem. 2018.  IF=6.042

[6]. Hampel H, et al. Blood-based biomarkers for Alzheimer disease: mapping the road to the clinic. Nat Rev Neurol. 2018, 14: 639-652.   IF=21.155

[7]. Evered L, et al. Association of Changes in Plasma Neurofilament Light and Tau Levels With Anesthesia and Surgery: Results From the CAPACITY and ARCADIAN Studies. JAMA Neurol. 2018.   IF=11.46

[8]. Mielke MM, et al. Plasma phospho-tau181 increases with Alzheimer's disease clinical severity and is associated with tau- and amyloid-positron emission tomography. Alzheimers Dement. 2018.  IF=12.764

[9]. Wendeln AC, et al. Innate immune memory in the brain shapes neurological disease hallmarks. Nature. 2018;556:332-338.   IF=41.577

[10]. Forsberg A, et al. The immune response of the human brain to abdominal surgery. Ann Neurol. 2017;81:572-582.   IF=10.25

[11]. Rodero MP, et al. Detection of interferon alpha protein reveals differential levels and cellular sources in disease. J Exp Med. 2017;214:1547-1555.   IF=10.79

[12]. Descours B, et al. CD32a is a marker of a CD4 T-cell HIV reservoir harbouring replication-competent proviruses. Nature. 2017;543:564-567.   IF=41.577

[13]. Loffler MW, et al. Personalized peptide vaccine-induced immune response associated with long-term survival of a metastatic cholangiocarcinoma patient. J Hepatol. 2016;65:849-55.   IF=15.04

[14]. Smith SC, et al. GDF11 does not rescue aging-related pathological hypertrophy. Circ Res. 2015;117:926-32.  IF=15.211

[15]. Rissin DM, et al. Single-molecule enzyme-linked immunosorbent assay detects serum proteins at subfemtomolar concentrations.  Nat Biotechnol. 2010 Jun;28(6):595-9.  IF=31.864

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