上海富衡|如何区分ELISA试剂研发阴阳性OD值

小衡衡 2025-01-20 10:20:06
一、OD 值含义

在深入探讨问题前,先明晰 OD 值的概念。OD 值即光密度(Optical Density),也称吸光度 。原理是当特定波长的光穿过被检测物时,被检测物会吸收部分光,通过测量光被吸收的程度得出 OD 值。在 ELISA 检测中,OD 值与样本中待测抗原或抗体的量存在一定比例关系。简单来说,样本中目标物质浓度越高,对光的吸收越多,OD 值也就越大。

在理想状态下,阴性样本因所含目标物极少甚至没有,其 OD 值应处于较低水平;阳性样本含有一定量的目标物,OD 值会显著高于阴性样本 。这样,通过清晰的 OD 值界限,便能轻松判定样本的阴阳性。然而,当阴阳性样本 OD 值区分不开时,二者的 OD 值范围出现重叠,就如同把黑白两种颜色混合,界限变得模糊不清,导致难以依据 OD 值准确判断样本究竟属于阴性还是阳性,从而让实验结果的判断陷入困境。

二、分析原因

阴阳性样本 OD 值区分不开,犹如一团迷雾,笼罩着实验结果的准确性。这背后涉及多方面因素,下面将从试剂、样本、操作、仪器与环境这几个维度深入剖析。

(一)试剂方面

试剂过期或储存不当:ELISA 试剂如同有保质期的食品,一旦过期,其中的活性成分可能失活或降解。就像过期的面包会变质不能食用一样,过期试剂会严重影响实验结果。比如,抗体或抗原在过期后,其与目标物质的结合能力大幅下降,导致阳性样本的 OD 值无法正常升高,与阴性样本的 OD 值差距缩小。同样,若试剂储存不当,如未按要求在低温环境保存,频繁冻融,也会使试剂活性受损。想象一下,反复冷冻解冻的水果,其口感和营养都会大打折扣,试剂亦是如此。

抗体质量问题:抗体是 ELISA 试剂的核心部分,它如同精准的 “探测器”,负责识别目标抗原。若抗体特异性不够,就像一个视力不好的人,容易认错目标,可能与样本中其他无关物质发生非特异性结合,致使阴性样本的 OD 值异常升高,干扰阴阳性样本的区分。此外,抗体稀释错误也是常见问题,稀释度过高,抗体浓度过低,无法有效结合抗原;稀释度过低,又可能导致非特异性结合增加,这两种情况都会使 OD 值的区分变得困难。

抗原问题:抗原的表达水平、结构完整性等对实验结果影响显著。若抗原表达水平低,就像目标物质数量稀少,抗体难以找到足够的 “对手” 结合,阳性样本的 OD 值自然难以升高。而抗原的结构变化或降解,如同物品损坏,抗体无法正确识别,同样会造成阳性样本 OD 值偏低,与阴性样本的界限模糊。

(二)样本方面

样本污染:样本在采集、处理或储存过程中,稍有不慎就可能被污染。被细菌、真菌等微生物污染的样本,微生物可能产生一些酶或其他物质,与 ELISA 试剂发生反应,导致假阳性结果,使阴性样本的 OD 值升高。比如,采集样本时,未严格遵守无菌操作,就可能引入微生物。另外,样本接触到其他含有目标物的物质,也会造成污染,干扰阴阳性判断。

样本降解:长时间放置或保存条件不佳,样本中的蛋白质等成分可能降解。以血清样本为例,若未在合适温度保存,其中的抗体或抗原会逐渐分解,导致阳性样本的 OD 值降低,难以与阴性样本区分。这就如同水果长时间放置会腐烂变质,失去原本的特性。

样本浓度异常:样本浓度过高或过低都不利于 OD 值的区分。浓度过高时,可能产生钩状效应,即抗原抗体比例失衡,导致阳性样本的 OD 值反而降低,出现假阴性结果。而样本浓度过低,目标物含量稀少,阳性样本的 OD 值升高不明显,与阴性样本的差距缩小。

(三)操作方面

试剂盒未回温:从冰箱取出的试剂盒若未恢复至室温就使用,由于温度较低,试剂的反应活性受到抑制,抗原抗体结合不充分,可能导致所有样本的 OD 值都偏低,且阴阳性样本的差异不明显。这就好比在寒冷天气里,人们的行动会变得迟缓,化学反应也会受到类似影响。

温度与孵育时间控制不当:ELISA 实验对温度和孵育时间要求严格。温度过高或过低,都会影响抗原抗体的结合反应速度和效率。温度过高,可能使抗原抗体复合物解离;温度过低,反应速度缓慢,甚至无法充分反应。孵育时间过长或过短同样不行,过长可能导致非特异性结合增加,使背景值升高;过短则抗原抗体结合不充分,阳性样本的 OD 值无法达到应有的水平。

洗涤操作失误:洗涤是去除未结合物质的关键步骤。洗涤冲击力过大,可能会将已结合的抗原抗体复合物洗脱下来,导致阳性样本的 OD 值降低;浸泡时间过长,可能会使包被在板上的抗原或抗体脱落,影响实验结果。洗涤次数不足,无法有效去除未结合的杂质,会导致背景值升高,干扰阴阳性判断;而洗涤次数过多,也可能破坏已结合的复合物。

加样量不准确:加样量的误差会直接影响反应体系中抗原或抗体的浓度。加样量过多,阳性样本的 OD 值可能过高,甚至超出检测范围;加样量过少,阳性样本的 OD 值则会偏低,难以与阴性样本区分。例如,移液器使用前未校准,或操作时移液器吸头与移液器不匹配,都可能导致加样量不准确。

(四)仪器与环境方面

仪器问题:酶标仪作为检测 OD 值的关键仪器,若波长设置错误,就像用错误的尺子去测量长度,得到的结果必然不准确。例如,波长未设置在试剂盒要求的特定波长,可能导致检测到的光吸收值出现偏差,无法真实反映样本中目标物的含量。此外,酶标仪长期使用未校准,其检测精度会下降,同样会影响 OD 值的准确性,造成阴阳性样本区分困难。

环境因素:实验环境的变化也不容忽视。阳光直射可能使酶标板上的试剂发生光化学反应,影响实验结果。风吹可能导致酶标板上的液体蒸发,改变反应体系的浓度。温度和湿度的大幅波动,会影响抗原抗体的结合反应,以及试剂的稳定性。比如,在夏季高温高湿环境下,若实验室内没有良好的空调和除湿设备,就可能对实验结果产生不利影响 。

三、解决方法探讨

面对 ELISA 试剂研发中阴阳性样本 OD 值区分不开的难题,犹如在迷雾中寻找方向,只要我们逐一排查可能原因,就能找到解决问题的有效方法。下面将从试剂、样本、操作、仪器与环境这几个方面详细阐述解决策略。

(一)针对试剂问题

更换合格试剂:若确定试剂过期或因储存不当导致活性降低,应立即更换新的、在有效期内且储存条件良好的 ELISA 试剂。选择试剂时,要挑选口碑好、质量可靠的品牌,并严格按照试剂说明书的储存要求进行保存,确保试剂始终处于最佳状态。

优化抗体选择:对于抗体特异性不佳的问题,需重新筛选高特异性的抗体。可通过查阅大量文献,参考其他研究者的经验,选择经过验证、特异性强的抗体。同时,务必严格按照说明书的要求进行抗体稀释,使用精确的移液器和合适的稀释液,确保抗体稀释浓度准确无误。

重新制备或优化抗原:当抗原表达水平低或结构有问题时,考虑重新制备抗原。优化抗原的表达和纯化条件,例如调整表达系统、优化培养条件等,以提高抗原的表达水平和质量。或者对现有的抗原进行结构分析和优化,确保其能够与抗体有效结合。

(二)针对样本问题

处理污染样本:一旦发现样本被污染,若样本珍贵,可尝试采用一些方法去除污染物。例如,使用过滤、离心等手段去除细菌、真菌等微生物。但需注意,这些处理方法不能影响样本中目标物的含量和活性。对于被其他物质污染的样本,若无法有效去除污染物,就只能重新采集样本。

重新获取合格样本:对于已降解的样本,由于其内部成分已发生改变,无法准确反映真实情况,应重新按照规范的操作流程采集样本,并确保样本采集后及时进行处理和保存。在样本采集过程中,严格遵守无菌操作原则,使用无菌的采集器具和容器,避免样本被污染。

调整样本浓度:对于样本浓度过高或过低的情况,可通过稀释或浓缩样本进行调整。稀释样本时,要使用合适的稀释液,并确保稀释倍数的准确性。对于浓度过低的样本,可采用浓缩技术,如超滤、沉淀等方法提高样本浓度,但要注意操作过程中目标物的损失。在调整样本浓度后,需再次进行检测,观察 OD 值的区分情况。

(三)针对操作问题

规范试剂盒使用:从冰箱取出试剂盒后,务必将其放置在室温下,待其温度回升至室温后再使用。一般来说,回温时间控制在 30 分钟至 1 小时较为合适,具体时间可参考试剂盒说明书。同时,要注意避免试剂盒在回温过程中受到阳光直射或其他不良因素的影响。

精准控制温度与孵育时间:严格按照 ELISA 试剂盒说明书规定的温度和孵育时间进行操作。使用精度高的恒温设备,如恒温培养箱、水浴锅等,确保反应温度的准确性。设置定时器,精确控制孵育时间,避免因时间过长或过短影响实验结果。在实验过程中,可同时进行多个样本的检测,但要确保每个样本的孵育条件一致。

规范洗涤操作:洗涤时,要严格按照规定的洗涤次数和洗涤液用量进行操作。选择合适的洗涤设备,如洗板机,确保洗涤过程的均匀性和稳定性。如果使用手工洗涤,要注意洗涤的力度和方式,避免用力过猛导致抗原抗体复合物被洗脱。同时,要确保洗涤液能够充分覆盖反应孔的每一个角落,以有效去除未结合的物质。

确保加样量准确:使用前对移液器进行校准,选择合适的移液器吸头,并确保吸头与移液器紧密连接,避免加样过程中出现漏液现象。在加样时,要保持移液器垂直,缓慢吸取和释放液体,确保加样量的准确性。对于加样量较小的样本,可采用多次加样的方式,以减小误差。同时,要定期对移液器进行维护和保养,确保其性能稳定。

(四)针对仪器与环境问题

校准仪器:定期对酶标仪进行校准,确保其检测精度和准确性。使用标准品对酶标仪进行校准,按照酶标仪的操作手册进行波长设置,确保波长设置在试剂盒要求的特定波长。在使用酶标仪前,要检查仪器的各项参数是否正常,如光源强度、探测器灵敏度等。

控制环境条件:尽量避免阳光直射酶标板,可在实验室内设置遮光窗帘或在暗室中进行实验。保持实验环境的温度和湿度相对稳定,可使用空调和除湿设备调节室内温湿度。同时,要将实验台放置在远离风口的位置,避免风吹导致酶标板上的液体蒸发或温度变化。在实验过程中,要尽量减少人员走动和其他干扰因素,确保实验环境的稳定性。

四、实验优化建议

(一)实验前优化

确定合适的实验条件:温度、湿度、时间等实验条件对 ELISA 实验结果影响显著 。不同的试剂盒可能有不同的最佳反应条件,需依据试剂盒说明书,并结合预实验来确定。例如,在 ELISA 实验中,一般采用 37℃孵育 1 小时或者 4℃孵育过夜两种方式,具体选择哪种方式需要根据实际情况而定。同时,要确保实验环境的温湿度相对稳定,温度可控制在 20-25℃,湿度在 40%-60% 较为适宜,这样有利于抗原抗体的稳定结合,减少环境因素对实验结果的干扰。

选择优质的抗体和抗原:抗体的特异性、亲和力以及抗原的浓度和纯度,都会对实验结果产生重要影响。在选择抗体时,应优先挑选经过大量实验验证、特异性强的抗体,比如单克隆抗体对单个表位具有固有的特异性,可以对抗原的微小差异进行精细检测和定量。同时,要关注抗体的来源和种属特异性等因素。对于抗原,要保证其纯度高,且浓度经过精确测定。此外,还可考虑使用重组抗原,其除工程菌成份外,其他杂质少,而且无传染性,能有效提高实验的准确性 。

确定最佳的洗涤与显色系统:合适的洗涤液和洗涤条件能够有效去除未结合的杂质,降低背景干扰 。常用的洗涤液为含有一定浓度 Tween 20 的缓冲液,Tween 20 是一种非离子去垢剂,能借助其疏水基团与经疏水性相互作用被动吸附于聚苯乙烯固相上蛋白分子的疏水基团形成疏水键,从而削弱蛋白分子与固相的吸附,同时在其亲水基团与液相中水分子的结合作用下,促进蛋白质分子脱离固相而进入液相,最终被洗脱。在洗涤过程中,可采用浸泡和冲洗相结合的方法,或者适当增加洗涤次数来提高洗涤效果。显色系统方面,要根据试剂盒的要求选择合适的底物、显色剂和终止液 。例如,HRP 可催化的底物为过氧化氢,参加反应的显色供氢体有邻苯二胺(OPD)、邻联甲苯胺(OT)及四甲基联苯胺(TMB)等,其中 TMB 的反应产物为蓝色,目视对比鲜明,其性质稳定,对人体无毒,若选用各类酸性终止液,则会使蓝色转变为黄色,TMB 作底物时的产物检测波长为 450nm 。

(二)实验过程控制

设置阴阳性对照和空白对照:阴阳性对照是判断实验结果是否可靠的重要依据 。阳性对照应含有已知量的目标物,其基本组成尽量与检测样本一致,比如以人血清为标本的测定,阳性对照多用确定的病人血清或者以复钙人血浆为原料加入一定量标准品。阴性对照则应不含有目标物,且组成也与检测样本相似,如检测人血清标本时,阴性对照选择正常人血清。通过对比阴阳性对照的 OD 值,能及时发现实验过程中可能出现的问题,如试剂失效、操作失误等。空白对照仅用稀释液代替检测样本,用于观测最终反应的显色 “本底”,并在酶标仪读数时扣除 “本底” 值,以确保检测结果的准确性 。

多设平行孔:为提高实验结果的准确性和可靠性,减少实验误差,每个样本应设置多个平行孔进行检测 。一般来说,设置 3-6 个平行孔较为合适。通过对平行孔检测结果的统计分析,如计算平均值和标准差,能更准确地反映样本的真实情况。若平行孔之间的 OD 值差异过大,可能提示实验操作存在问题,需要重新检查操作过程,如加样是否准确、孵育条件是否一致等。

使用 ELISA 专用微孔板振荡器:在加样和孵育过程中,使用 ELISA 专用微孔板振荡器,能够使样本、试剂充分混匀,确保反应均匀进行 。振荡器的振荡速度和时间应根据实验要求进行合理设置,一般振荡速度不宜过快,以免产生过多气泡,影响实验结果。合适的振荡有助于抗原抗体充分接触,提高反应效率,使 OD 值的检测更加准确。

(三)数据分析与结果判断

正确处理数据:在获取 OD 值数据后,首先要对数据进行整理和筛选 。剔除明显异常的数据,如因操作失误导致的数值偏差过大的数据。对于平行孔的数据,计算其平均值作为该样本的代表值。同时,可采用统计学方法,如计算标准差、变异系数等,来评估数据的离散程度和可靠性。若数据的离散程度较大,可能需要重新进行实验。

合理判断结果:依据试剂盒提供的判断标准,结合阴阳性对照的 OD 值,对样本的阴阳性进行判断 。例如,某些试剂盒规定样本 OD 值/阴性对照平均 OD 值≥2.1 判断为阳性,否则为阴性。在判断过程中,要严格按照标准执行,避免主观因素的干扰。若样本的 OD 值处于临界范围,难以明确判断阴阳性时,可考虑重复实验,或者采用其他检测方法进行验证。

排查异常值:当出现异常的 OD 值时,要仔细排查原因 。可能是实验操作不当,如加样不准确、洗涤不彻底等;也可能是样本本身的问题,如样本污染、降解等;还可能是试剂或仪器故障。通过逐一排查,找到问题所在并加以解决,确保实验结果的准确性。例如,若某样本的 OD 值明显高于其他样本,且排除了操作失误的可能,可对该样本进行重新检测,并检查样本是否存在污染或其他异常情况 。

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小衡衡

简介:一个从事生物科技,专注于细胞相关技术、服务的打工仔