免疫传感器是基于抗体和抗原之间的特异性识别功能而构建的一类生物传感器,在临床诊断、食品安全和环境监测等领域有着广阔的应用前景。作为传统免疫检测方法和生物传感技术的结合,免疫传感器不仅具有极高的特异性,而且简化了分析过程,因而引起了诸多研究者的关注。目前,免疫传感器的研究重点和热点主要集中在提高检测灵敏度、扩展检测范围以及实现现场快速检测(Point-of-Care Testing,POCT)等方面。近年来,基于石英毛细管和光纤的免疫传感器发展十分迅速。作为生物识别分子的固相载体,石英毛细管和光纤具有独特的优势:1)其主要成分为二氧化硅,可以通过丰富的硅化学方法将抗体或抗原固定在其表面;2)具有优异的导光性能,是构建光学免疫传感器的理想材料,如化学发光免疫传感器;3)极大降低了试剂和样品的消耗,尤其适合少量生物样品的分析。然而,石英毛细管和光纤固有的微纳尺寸和一维结构限制了生物识别分子的固载量,进而制约了免疫传感器检测灵敏度的提高和线性范围的改善。本论文围绕新型化学发光毛细管和光纤免疫传感器的构建和应用,提出了一系列改善其分析性能的有效策略,并对免疫分析仪器系统进行了集成化研究。具体内容如下:(1)提出了将信号放大系统与基于毛细管的免疫分析相结合的策略,构建了一种具有超高灵敏度的化学发光毛细管免疫传感器。在本项研究中,我们以石英毛细管为免疫识别分子的固相载体,利用链霉亲和素(SA)和生物素化辣根过氧化物酶(B-HRP)自组装形成的SA-B-HRP纳米复合物对化学发光信号进行放大,实现了人血清中降钙素原(PCT)的定量检测。结果表明,所构建的毛细管免疫传感器不仅具有较高的特异性,且兼具了极少的样品消耗和超高的灵敏度等优势。与常规的毛细管免疫传感器相比,其灵敏度提高了至少两个数量级。此外,利用该方法对实际血清样品中PCT的测定结果与临床方法相符,表现出极高的准确度。因此,所构建的新型化学发光信号放大-毛细管免疫传感器在PCT以及其它低含量生物标志物的检测中具有潜在应用价值。(2)构建了一种线性范围可调的化学发光光纤免疫传感器,用于牛奶样品中氯霉素、磺胺嘧啶、新霉素三种兽药残留的快速灵敏检测。在本项研究中,光纤探针同时作为生物识别分子的固相载体和信号传导元件,极大地降低了仪器的复杂性。更重要的是,通过对光纤进行调制(包括传感响应纤芯长度和光纤探针根数),可以实现免疫传感器线性范围从pg/mL至μg/mL的可控调节,以满足不同浓度目标物的检测需求。此外,SA-B-HRP纳米复合物与光纤免疫传感器的结合进一步提高了其检测灵敏度。所构建的线性范围可调的化学发光光纤免疫传感器采用了集成化设计,方便现场操作,可实现低丰度和高丰度目标物的多重定量检测。(3)构建了一种便携式铅笔型免疫传感器(PPS)分析平台,用于炎症标志物的现场即时检测。集成化的PPS平台由四部分组成:铅笔型光纤免疫传感器、浸入式免疫反应试剂带、紧凑型电池供电光子计数器以及数据处理系统。铅笔型光纤免疫传感器采用类似自动铅笔结构的设计,通过旋转可以实现光纤探针的可控伸缩,旋出的探针依次浸入免疫反应试剂带上各个试剂瓶中,可完成样品中目标物检测涉及的所有反应;电池供电、持久续航的高灵敏光子计数器,可用于现场环境中化学发光信号的检测;数据处理由触屏电脑完成。整个平台尺寸为32 cm~*23 cm~*11 cm,重量仅为3 kg。此外,PPS所使用的光纤探针可进行多达10次连续分析,降低了实验成本并避免了探针的频繁更换。所构建的PPS平台具有设计简明、灵活便携、功能集成且操作简单等优点,符合现场即时检测的要求,在疾病的早期诊断与筛查,以及监测治疗效果方面具有广阔的应用前景。(4)构建了一种全方位化学发光采集-光纤免疫传感器,实现了痕量生物标志物的超灵敏检测。在本项研究中,采用凹面镜和同轴管状镜分别作为瓶底和瓶壁,制作了全光学化学发光采集瓶(CC vial),显著增加了化学发光的采集效率,提高了光纤免疫传感器的灵敏度。以心肌肌钙蛋白I(cTnI)为分析物模型,通过CC vial进行全方位化学发光采集,其检出限比普通化学发光光纤免疫传感器降低了约两个数量级。此外,所提出的提高灵敏度的策略既不依赖复杂的仪器,也无需额外的化学试剂,经济实用,为痕量生物标志物的超灵敏检测提供了有力的工具。