Nesse tipo de técnica, existem dois antígenos, um antígeno é demarcado radioativamente e outro antígeno não é demarcado. Esses dois antígenos irão competir pelos anticorpos e formarão complexos de Antígeno/Anticorpo. Por fim, isolam-se todos os complexos formados e medindo a radioatividade é possível determinar a concentração do antígeno não radioativo.
Esse método também pode ser feito por meio da demarcação dos anticorpos.
O radioimunoensaio é um dos métodos mais sensíveis para a análise quantitativa das reações antígeno-anticorpo, permitindo medidas rápidas e precisas, mesmo em preparações não purificadas, apresenta limiar de detecção da ordem de nanogramas ou picogramas. Com limitações destacam-se o custo do teste, a vida média dos reagentes e o risco operacional.
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