酶联免疫吸附测定(ELISA):原理、操作与应用指南
酶联免疫吸附测定(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或定量检测。
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过夜或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% BSA或5% 脱脂奶粉的PBS或TBS)至各孔(200-300μL/孔)。
37°C孵育1-2小时或室温孵育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小时或室温孵育2小时或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小时或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。
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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