Simoa超灵敏数字芯片

       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

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