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Luminex系统的核心技术原理与应用领域

一、Luminex系统的核心技术原理

1. xMAP®技术

在国内又称为“液相悬浮芯片技术”、“多功能流式点阵技术”、“液相芯片分析技术”、“流式荧光检测技术”、“多功能多指标并行分析技术”、“(微球)悬浮阵列技术”等。

它有机整和了荧光编码微球技术、激光分析技术、流式细胞技术、高速数字信号处理技术、计算机运算法则等多项最新科技成果,具有自由组合、高通量、高速度、低成本、准确性高、重复性好、灵敏度高、线性范围广、无需洗涤、操作简便、在同一平台上即可完成蛋白质和核酸的检测等优点,代表着生命科学基础研究和医学诊断技术的发展方向。

被国际业界专家评价为临床诊断的趋势性技术之一。其技术原理为用不同配比的两种红色分类荧光染料将直径为5.6微米的聚苯乙烯微球染成不同的荧光色,从而获得多达100种荧光编码的微球。把针对不同待测物的抗体分子或者基因探针以共价交联的方式结合到特定的编码微球上,每个编码微球都对应相应的检测项目。先把针对不同待测物的荧光编码微球混合,然后加入待测物质或者待测的扩增片段,所形成的复合物再与标记荧光素发生结合反应。微球在流动鞘液的带动下单列依次通过红绿激光,红激光用来判定微球的荧光编码,绿激光用来测定微球上报告分子的荧光强度。从而达到快速准确的定量检测目的。

2. xTAG® 技术   

此技术使用Luminex专有的通用标签,通过标签序列与反标签序列的专一性互补配对,进行核酸实验优化,产品开发和分子诊断化验。

xTAG®技术能保证相同的复性温度和杂交效率,且有效避免不同检测物标记的微球之间交叉杂交。xTAG® 技术结合Luminex 相关仪器,能为临床多重基因检测提供最好的解决方案。

xTAG® 技术实验原理(见图1)为首先经过PCR反应扩增待测核酸,扩增的DNA与短序列TAG引物混合,若目标存在,则发生目标特异性引物延伸并同时掺入标记物,然后加入连有反-TAG序列的微球通过互补配对来特异性识别目标引物。微球在流动鞘液的带动下单列依次通过红绿激光,借助软件准确分析数据。

二、Luminex系统的主要应用领域

1. 定量检测细胞因子 

细胞因子参与多种免疫机能,某些细胞因子具有相同功能,并且调节其它细胞因子的合成和分泌,因此同时检测多种细胞因子有利于全面判断机体免疫功能、了解分子水平的免疫调节机制,在疾病的诊断、病程观察、疗效判断及细胞因子治疗监测方面有重要意义,还可用于研究发病机制、药物作用机理和药物临床试验。目前最常用于检测体液和细胞培养上清中细胞因子的方法有ELISA、TRFIA等,这些方法灵敏度、特异性和准确性都较好,但是也存在一些局限:每次仅能检测一种细胞因子,如果需要同时分析多种细胞因子,则检测费用较为昂贵并且费时,完成检测所需的样本量较大,非常浪费,对于一些量少的样本(如鼠血清、儿童患者标本)就比较困难。能够同时检测数种细胞因子的方法有RT-PCR、Northern Blot等,但它们均不能准确定量分泌性细胞因子,而且每次检测的细胞因子数目有限。用传统方法检测多种细胞因子时,要求的样品量多,费用高,ELISA的检测范围仅1~2个数量级,而液相芯片可同时检测同一样品中的多种分子,而且具有特异、快速、灵活、重复性好的特点,其检测范围为3~4个数量级,检测灵敏度也远胜于ELISA,其优势是显而易见的。因此定量检测细胞因子成为目前液相芯片技术应用最为活跃和广泛的领域之一,尤其是2004年以来,随着市场上越来越多的商品化试剂盒的涌现,液相芯片技术检测细胞因子的文献报道数量迅猛增加,大有取代常规ELISA方法之势。 

 2. 多重病原体检测

 从2002年中国爆发的由新型冠状病毒引起的严重急性呼吸综合征(SARS)到2009年全球爆发的甲型H1N1流行性感冒,这类呼吸道传染病毒以愈演愈烈的趋势威胁着人类的生命健康。Luminex xTAG® 多重呼吸道病毒检测试剂盒(respiratory viral panel,RVP)以开放式结构平台为基础,将xTAG® 技术与xMAP® 技术有效地融为一体,能同时在一个患者样本中快速准确地检测多达18种呼吸道病毒及亚型。使用xTAG® RVP检测,能帮助医生快速做出准确的判断,改善患者治疗,降低医疗成本,在临床诊断及疫情监测方面具有广泛的应用价值。 Luminex 最新推出多重肠胃道病毒检测试剂盒,可在一孔中同时检测15种常见的导致腹泻的病原体,包括9种细菌、3种病毒及3种寄生虫。 

 3. 肿瘤标志物检测 

 肿瘤的发生发展是一个多因素、多阶段、多基因变异累积的复杂病变过程。近年来,合理选择几项灵敏度、特异性能互补的肿瘤标志物进行组合检测逐渐成为共识。Luminex“液态芯片”出众的高通量检测性能正好契合了临床肿瘤标志物应用的需求。在不同荧光编码的微球上共价交联上针对不同肿瘤标志物的抗体,将这些带有抗体的微球混合,加入血清后与血清中相应的抗原结合,然后荧光抗体再与抗原结合,最后上机检测,通过两束激光分别检测微球编码和荧光信号,实现对多种肿瘤标志物的联合检测。现有的肿瘤标志物检测方法主要有:酶联免疫法、放射免疫法、发光法、固态(膜基)芯片法。固态芯片(蛋白芯片)也是一种多指标检测技术,由于其捕获与被捕获分子之间的反应特点,准确性和重复性存在一定的缺陷。目前用于肿瘤标志物检测的主流试剂属于化学发光免疫分析与电化学发光免疫分析两大类(技术比较,见表1),前者以美国的雅培(ABBOTT)、贝克曼(BECKMAN),德国的拜耳(BAYER)为代表,后者为瑞士罗氏(ROCHE)的专利技术。Luminex液态芯片技术与化学发光、电化学发光技术一样同属发光类技术之一,具有灵敏度高、重复性好、线性范围广等优点,同时又由于其独特的检测原理,液态芯片具备了其他发光类技术所不具备的高通量检测能力,代表了临床肿瘤标志物检测的应用趋势。2009年3月,在该技术平台上SFDA已经颁发了12项常用肿瘤标志物的医疗器械注册证(包括AFP、CEA、CA125、CA19-9、t-PSA、f-PSA、NSE、CA72-4、SCCA、Cyfra21-1、CA242 和free-β-hCG)。

性能指标luminex液态芯片技术化学发光/电化学发光仪
检测指标多指标并行检测,1次最多可测500个指标,灵活,按需组合单指标检测,1次检测1个指标
是否可以做基因检测可以,如HPV不可以
试剂成本比发光法低20%-30%以上成本高
检测速度最快可达10000测试/小时80~150测试/小时
灵敏度、准确性
重复性 好,每个指标分析100次取平均值好,每个指标分析1次
是否能扩展为科研平台非常优秀的科研平台技术,可以自行设计指标。基因和蛋白都可以研究不可扩展性,不可自行设计指标,不可研究基因


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