酶联免疫吸附测定(ELISA):原理、操作与应用指南

酶联免疫吸附测(Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay, ELISA)于1971年由瑞典科学家Eva Engvall和Peter Perlmann提出,旨在克服放射免疫分析法(RIA)使用放射性物质的弊端。其核心原理巧妙结合了抗原-抗体特异性结合的高选择性与酶催化显色反应的高灵敏度。

 

核心机制:利用酶标记的抗体(或抗原)作为“探测器”。当目标分子(抗原或抗体)被固定在固相载体(通常为96孔微孔板)上并与其特异性结合的抗原/检测抗体结合后,加入的酶标记物能精准地锚定在复合物上。随后加入无色的特异性底物,酶催化其转化为有色产物。溶液颜色的深浅(通过检测吸光度OD值量化)与样本中目标分子的浓度呈正相关或负相关,从而实现对目标物的定性定量检测

 

 

ELISA 主要类型

 

直接ELISA

抗原直接吸附于板→酶标一抗→底物显色

优点:步骤少、时间短、交叉反应风险低

不足:信号可能较弱、每种抗体需单独标记

应用:检测高丰度、大分子抗原

 

间接ELISA

抗原吸附于板→未标记一抗→酶标二抗(抗一抗)→底物显色

优点:信号放大(二抗多标记)、灵活性高(一抗无需标记)

不足:步骤稍多、潜在交叉反应(二抗)

应用:血清学检测(如病原体抗体筛查)

 

夹心ELISA

捕获抗体包被板→捕获抗原→检测抗体(常酶标)→底物显色(检测抗体也可不标记,再加酶标三抗)

优点:灵敏度高、特异性强(需两个表位)、适合复杂样品

不足:抗原需足够大(≥两个表位)、需配对抗体

应用:细胞因子、激素、病毒抗原定量检测

 

竞争ELISA

1. 板包被抗原A→加入样本抗原(未知量)和定量酶标抗体→竞争结合→结合酶标抗体量与样本抗原量负相关

2. 板包被抗体→加入样本抗原和定量酶标抗原→竞争结合→结合酶标抗原量与样本抗原量负相关

优点:适合小分子(半抗原)、样品基质耐受性较好

不足:信号与浓度关系为负相关、优化可能复杂

应用:药物、激素、小分子污染物检测

 

ELISA 标准实验步骤

 

实验步骤 (以间接法检测抗体为例)

 

包被

用碳酸盐包被缓冲液(pH9.6)稀释纯化的目标抗原至合适浓度。

加入微孔板各孔(通常100μL/孔)。

4°C过夜37°C孵育1-2小时,使抗原吸附于孔底塑料表面。

弃去孔内溶液。

 

封闭

加入封闭缓冲液(常用含1-5% BSA5% 脱脂奶粉的PBS或TBS)至各孔(200-300μL/孔)。

37°C孵育1-2小时室温孵育2小时

目的:封闭孔板表面未被抗原占据的位点,减少后续步骤中抗体或蛋白的非特异性吸附,降低背景。

弃去封闭液。无需干燥。

 

洗涤

在后续每步孵育后及显色前均需充分洗涤,以去除未结合物质。

向孔内加入洗涤缓冲液(常用含0.05%  Tween-20的PBS,PBST),浸泡约30秒后弃去。重复此过程3-5次。最后一次洗涤后在吸水纸上拍干孔板。

 

一抗孵育

用抗体稀释液(常为含0.05-0.1% Tween-20和1% BSA的PBS)稀释待测样本(如血清)和/或标准品/对照品(阳性、阴性对照)。

加入稀释好的样品/对照品至对应孔中(通常100μL/孔)。

37°C孵育1-2小时室温孵育2小时4°C过夜(需优化)。

弃去孔内液体,充分洗涤。

 

二抗孵育

用抗体稀释液稀释针对一抗种属的酶标二抗(常用HRP或AP标记)。

加入稀释好的酶标二抗至各孔(100μL/孔)。

室温避光孵育1小时37°C孵育30-60分钟

弃去孔内液体,充分洗涤,通常增加次数至5-6次)。

 

显色

根据标记酶选择相应底物溶液:

- HRP(辣根过氧化物酶):常用TMB (3,3',5,5'-四甲基联苯胺,显蓝色)或OPD (邻苯二胺,显橙黄色),需提供H₂O₂。

- AP(碱性磷酸酶):常用pNPP(对硝基苯磷酸盐,显黄色)。

加入新鲜配制的底物溶液至各孔(100μL/孔)。

室温避光孵育一段时间(通常5-30分钟,需预实验确定最佳显色时间,避免过强或过弱)。

 

终止反应

当阳性对照孔显色达到预期深度或标准曲线最高点显色合适时,加入终止液(如HRP用 TMB时加2M H₂SO₄;AP用pNPP时加NaOH 或EDTA)终止酶反应(50-100μL/孔)。

颜色发生变化(TMB由蓝变黄,pNPP黄色加深)。

 

结果读取

立即在酶标仪上读取各孔在特定波长下的吸光度(OD值),如TMB终止后通常在450nm读取(参比波长630nm),pNPP在405nm读取。

定性:比较样品孔OD值与设定的Cut-off值(常为阴性对照均值+2或3倍标准差)判断阴阳性。

定量:以标准品浓度为横坐标(X轴),对应OD值为纵坐标(Y轴),绘制标准曲线(常用四参数或对数拟合)。根据样品OD值在标准曲线上插值计算浓度。

 

 
 
常见问题及解决方案

 

问题现象 1——高背景(所有孔都深)

 

可能原因

解决方案

封闭不充分或时间不够

优化封闭剂浓度/时间/类型(试BSA/酪蛋白/奶粉)

洗涤不彻底

增加洗涤次数和浸泡时间

抗体浓度过高

降低一抗/二抗浓度

酶标物浓度过高

降低酶标物浓度

样品中非特异结合物多

样品稀释/预处理

底物污染或过期

更换新鲜底物

显色时间过长

严格控制显色时间

 

问题现象 2——信号弱/无信号

 

可能原因

解决方案

抗原包被不足或脱落

优化包被条件(浓度/缓冲液/pH/时间/温度)

抗体失活或浓度过低

提高一抗/二抗浓度;验证抗体活性

酶标物失活

更换新酶标物

试剂过期或储存不当

检查试剂效期及储存条件(避光/低温)

孵育时间/温度不足

延长孵育时间或调整温度

洗涤过度

规范洗涤操作

底物失效或配置错误

使用新配底物

酶标仪故障

校准酶标仪更换新酶标物

 

问题现象 3——孔间重复性差(CV大)

 

可能原因

解决方案

加样操作不精确

使用精密移液器及校准吸头

洗涤不均一

确保洗板机通畅/手工冲洗到位

孵育温度/时间不一致

使用恒温振荡器

边缘效应(板边缘孔)

避免使用边缘孔/使用专用板

孔板质量问题

更换品牌孔板

试剂混合不均

充分混匀试剂

 

问题现象 4——标准曲线线性差/拟合差

 

可能原因

解决方案

标准品配制/稀释错误

严格按照规程配制/稀释标准品

标准品降解

分装冻存标准品,避免反复冻融

加样误差

提高加样精度

显色时间控制不佳

精确控制显色时间

酶标仪波长设置错误/光路污染

清洁酶标仪,核对波长

 

问题现象 5——假阳性

 

可能原因

解决方案

非特异性结合(封闭不足)

加强封闭

样品中存在类风湿因子等干扰物

样品预处理(如稀释、吸附)

交叉反应

选择特异性更高的抗体

洗涤不充分

充分洗涤

 

问题现象 6——假阴性

 

可能原因

解决方案

抗原/抗体失活

验证试剂活性

试剂失效

更换新试剂

操作失误(漏加步骤)

严格按SOP操作

样品中目标物浓度过低或存在抑制物

浓缩样品/去除抑制物

 

ELISA 技术凭借其卓越的灵敏度、特异性、高通量性和易操作性,已成为生物医学研究中不可或缺的强大工具,广泛应用于:

蛋白质表达与定量:精准检测细胞培养上清、细胞裂解液或各类体液中的目标蛋白,如细胞因子、趋化因子、生长因子、可溶性受体等。

蛋白质相互作用研究:为深入探索蛋白质间的结合关系提供关键检测支持(需结合其他技术进行实验设计)。

信号通路研究:灵敏检测信号转导关键分子,如磷酸化蛋白等翻译后修饰事件。

抗体筛选与效价测定:高效评估免疫后血清样本或其他来源抗体的结合活性与浓度(效价)。

 
 

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创建时间:2025-07-30 13:53