单域抗体(single-domain antibody，SdAb)只包含单一的抗体可变区（VH/VL）。同常规的抗体一样，它也能够选择性地结合特定抗原。单域抗体的分子量仅为12-15 kDa，远小于由两条重链和两条轻链组成的普通抗体（150-160 kDa）。
第一个单域抗体是从骆驼科动物体内发现的。骆驼的血清中存在一种天然缺失轻链和重链恒定区1(constant region 1，CH1)的抗体，称为重链抗体(heavy chain antibody，HcAb)。其中，位于重链抗体可变区的抗体片段被称为VHH单域抗体，也被称为纳米抗体（nanobody）。VHH单域抗体具有结构稳定、分子小、溶解性好、耐受各类不良环境、易于人源化等优点，已经被广泛使用在小型化基因工程抗体研究、新药开发以及疾病的诊断治疗上。
单域抗体的特性
- 高水溶性和高稳定性：普通单域抗体VL和VH相互作用的区域含有大量的疏水残基，与VL分开后，VH表面的疏水残基因大量暴露和相互粘附。而纳米抗体中的疏水残基被亲水残基所取代，因而增加其水溶性，减少聚合。纳米抗体的高稳定性来源于其内部的多个二硫键，因此可在常温中放置仍保持生物活性。
- 靶向性：天然重链抗体及其进一步重组得到的纳米抗体在疾病诊断和治疗中具有靶向性，并较其他普通抗体具有更强的抗原结合能力，小到半抗原和肽，大到蛋白和病毒，纳米抗体也可对其表位进行识别。
VHH的生产/制备
单域抗体的常规制备是用抗原免疫骆驼，从血清中筛选抗体。但当抗原具有高毒性，致病性或非免疫原性时，就不能采用常规免疫法，而是采用纳米抗体基因文库技术和噬菌体表面展示技术相结合的方法来筛选所需要的抗体。方法主要分成三个步骤：
- 天然单域重链抗体库的构建与鉴定：采取健康骆驼的外周血，构建单域重链抗体的噬菌体展示文库，鉴定文库的库容量以及多样性。
- 抗原的合成与鉴定：通过重组蛋白表达或其他方式获取抗原。
- 纳米抗体重组噬菌体的筛选与鉴定：通过辅助噬菌体的侵染将重组噬粒库转化成噬菌体展示库，从中筛选出高亲和力、高特异性的抗体。
单域抗体在医学上的应用
鉴于单域抗体具有上述的结构特征及体积小、稳定性强和易通过血脑屏障等优势，近年来单域抗体被用作为靶向导引剂、化学传感器、抗毒血清以及抗病毒免疫制剂等。
靶向导引剂
单域抗体体积小，易定位于普通抗体无法到达的组织部位或无法结合的靶标，增加药物疗效的同时也可减少药物对周围组织的毒性作用。研究人员将单域抗体作为引导剂应用于治疗癌症的光动力学疗法。用单域抗体将光敏剂带到癌变组织，将特定的激光照射到具有光敏剂的组织，通过激发光敏剂，使受到激发的光敏剂氧化周围的氧，生成活性较强的单态氧，进而氧化与之相邻的生物大分子，产生细胞毒性作用，使细胞受损死亡。光动力学疗法是辅助治疗癌症较为理想的方法。
化学传感器
单域抗体较高的稳定性，使其作为化学传感器时具有更长的保质期和更高的精确度。Singh等人将蓖麻毒素作为模板，以单域抗体为探针制作了热稳定性电化学免疫传感器，并将单域抗体与传统的单抗和多抗进行了比较，发现用单域抗体制作的电化学免疫传感器可在温度高达40℃时具有更长时间的保质期，且传感器的敏感度和精确度更高。
抗毒血清和抗病毒免疫制剂
单域抗体因为只含有重链可变区，没有Fc段，免疫原性较弱，对组织损伤较小。用纳米抗原作为抗毒血清有很大的优势。传统的抗蛇毒血清对于系统性损伤有效，且易引起过敏反应，由此推动了新型免疫力疗法的产生。