用于生物传感器的磁珠分离器初步研究_刘洪山
生物传感器-磁分离-3110100122-邵建智
视频观感：在观看这个视频之前，一直以为只有离心是比较大众的分离方法，现在才知道了还有磁分离这种利用物理上的特性进行分离的方法，而视频中只是大概介绍了一下磁分离，具体的并没有详细说明，我觉得将抗体结合到磁珠上是其中非常重要的一步，因为抗原与抗体结合成复合物和该复合物在磁力作用下发生力学移动都是相对比较简单的步骤，理论上可以实现，而如何将抗体结合到磁珠上则是需要研究的问题，即如何对磁性微球进行处理使抗体能够结合上去。
免疫磁分离技术
原理：磁性微球经过一定处理后，可将抗体结合到磁珠上，形成免疫磁性微球，免疫磁性微球的抗体与特异性抗原结合形成抗原—微球复合物，该复合物在磁场中具有与其它组分不同的磁响应性，在磁力作用下，该复合物发生力学移动，从而达到分离抗原的目的。
结构原理图：
设计思路：免疫磁珠法分离细胞基于细胞表面抗原能与连接在磁珠上的特异性单抗相结合，在外磁场中，通过抗体与磁珠相连的细胞被吸附而滞留在磁场中，无该中表面抗原的细胞，由于不能与相连着磁珠的特异性单抗结合而没有磁性，不在磁场中停留，从而使细胞得以分离。
使用方法：
1.取培养液，沉淀所有的粗糙残渣，移取1mL上层液体加入试管中，加20uL转杯好的免疫磁珠，在漩涡缓和期上混合该悬液。
2.将试管固定在磁架的管孔中。
180度轻缓摆动磁架5-6次，使免疫磁珠聚集到磁极。
小心地打开磁架上的试管管盖，从磁极对面一侧慢慢吸出液体，不要接触管壁上的磁珠。
每一个样品换一次枪头并重新盖好盖子。
将磁极从支架上移走，180读轻缓摆动磁架5-6次，使管内各成分混合，重新将磁极放回到支架上。
重复该清洗步骤几次，并将离心管从磁性分离器上移开，用手轻轻摇晃。
粉煤灰磁珠的分选及其磁珠@C材料的制备和吸波性能研究
粉煤灰磁珠的分选及其磁珠@C材料的制备和吸波性能研究粉煤灰是燃煤电厂废弃物中的一种重要成分。
粉煤灰中富含二氧化硅、氧化铝等有用矿物，其中磁性颗粒是其中的一类。
近年来，磁性纳米材料的制备技术发展迅速，磁珠作为一种具有特殊磁学性质的纳米材料，吸波性能较好，已成为研究热点。
本文旨在探究粉煤灰磁珠的分选方法及其制备的磁珠@C材料的吸波性能。
在粉煤灰的磁珠分选过程中，常用的方法包括湿磁选法、磁力筛选法和洗涤磁选法等。
湿磁选法是通过将粉煤灰与磁化剂混合后在磁场中进行分选，使磁性颗粒在磁场作用下被捕获，从而实现分选的目的。
磁力筛选法则是利用磁性颗粒在磁场中的磁力作用使之与非磁性颗粒分离。
洗涤磁选法是在磁选的基础上结合洗涤过程进行细分选，提高磁性颗粒的纯度。
随后，磁珠的制备步骤包括模板制备、磁性粒子制备和炭化过程。
首先，通过溶胶-凝胶法制备模板。
以无机盐为原料，通过溶胶-凝胶法制备出一定形状和粒度的模板。
接下来，将模板与特定的功能磁性粒子进行包裹，形成核-壳结构的磁性微球。
核-壳结构的磁性微球中，磁性颗粒起到了保持结构稳定性和吸波性能的作用。
最后，通过高温炭化过程，将磁性微球炭化成炭化磁珠，形成磁珠@C材料。
在磁珠@C材料的吸波性能研究中，首先进行了材料的结构表征。
通过扫描电镜观察磁性微球的形貌和尺寸分布，同时通过X射线衍射分析研究材料的晶体结构。
接下来，对磁珠@C 材料的吸波性能进行了研究。
利用矢量网络分析仪测量了材料在不同频率下的复介电常数和磁导率，进而计算出材料的反射损耗。
研究结果表明，粉煤灰磁珠的分选方法可有效提高磁性颗粒的纯度和利用率。
通过合理选择磁场强度和分选条件，可实现高效的磁珠分离。
在磁珠@C材料的制备中，核-壳结构的磁性微球能够保持结构稳定性，并且炭化后得到的炭化磁珠具有较好的吸波性能。
实验结果显示，在频率范围内，磁珠@C材料的复介电常数和磁导率同时高于空气介质，有效地减少了在界面处的反射。
因此，磁珠@C材料能够在一定程度上实现吸波的效果，具有应用潜力。
磁性材料在生物分离中的应用研究
磁性材料在生物分离中的应用研究在当今生物科学领域，生物分离技术的发展至关重要。
而磁性材料的出现，为生物分离带来了新的契机和巨大的应用潜力。
磁性材料，顾名思义，是具有磁性的物质。
它们能够在外部磁场的作用下产生响应，这种特性使得它们在生物分离过程中发挥着独特的作用。
磁性材料在生物分离中的一个重要应用是细胞分离。
细胞是生物体的基本单位，对于疾病的诊断、治疗以及细胞生物学的研究，分离特定类型的细胞是关键的一步。
例如，在血液中，存在着各种不同类型的细胞，如红细胞、白细胞和血小板等。
要分离出特定的白细胞亚群，如淋巴细胞或单核细胞，可以利用磁性材料。
科学家们首先会将特定的抗体与磁性材料结合，这些抗体能够识别并结合目标细胞表面的标志物。
然后，将这种磁性标记的混合物加入到血液样本中，经过一段时间的孵育，使抗体与目标细胞充分结合。
接下来，通过外部磁场的作用，带有磁性标记的目标细胞就会被吸附到磁场附近，从而实现与其他细胞的分离。
这种方法具有高效、快速和相对温和的特点，能够最大程度地保持细胞的活性和功能。
除了细胞分离，磁性材料在蛋白质分离方面也表现出色。
蛋白质是生命活动的重要执行者，对其进行分离和纯化是深入研究蛋白质功能和结构的前提。
在这一过程中，磁性纳米粒子可以被功能化修饰，使其能够特异性地结合目标蛋白质。
例如，通过在磁性纳米粒子表面修饰特定的配体，如金属离子、小分子化合物或多肽，这些配体能够与目标蛋白质的特定结构域相互作用，从而实现选择性的分离。
而且，由于磁性纳米粒子的尺寸较小，它们与蛋白质的结合和解离速度较快，这有助于提高分离的效率和纯度。
在核酸分离领域，磁性材料同样大显身手。
核酸包括 DNA 和 RNA，它们在基因表达、遗传信息传递等方面起着关键作用。
从复杂的生物样本中分离出纯净的核酸对于分子生物学研究和疾病诊断至关重要。
磁性材料可以与核酸特异性结合的试剂相结合，如寡核苷酸探针或磁珠表面修饰的阳离子聚合物。
当样本与磁性复合物混合后，核酸会与磁性材料结合，然后通过磁场将其分离出来。
磁性纳米磁珠在微生物学检测中的应用_崔海燕
微生物学免疫学进展 2011 年第 39 卷第 2 期
Prog in Microbiol Immunol Jun． 2011 ， Vol． 39 No． 2
59
37℃ 时磁珠对常见的食源性微生物的吸 结果显示， ［2 8］ 附菌率达到了 97% 以上， 而且樊学军等 还对裸 磁珠吸附金黄色葡萄球菌与大肠杆菌的孵育时间 、 温度及磁珠的用量等的实验条件进行了分析 。结果 表明， 磁 珠 终 浓 度 在 5mg / ml、 温 度 为 37℃ 、 孵育 40min 时， 磁珠对目标菌的吸附率最高。 2001 年 Yazdankhah 等［2 9］ 报道了利用磁 另外， 珠对水悬浮液中的细菌进行了革兰法染色 。该方法 是将悬浮液与磁珠混合， 充分孵育后， 磁场分离清 洗， 加入碘液， 洗涤后加入酚品红液， 再经洗涤后以 最终颜色的不同， 判断其水悬浮液中的细菌为革兰 阳性菌抑或阴性菌还是无细菌， 此报道为磁珠在微 生物方面的又一新的应用实例。 4 展望 磁珠因其独特的性质， 在生物领域具有广泛的应 ， 用 在微生物检测方面也有着非常好的应用前景。目 前其应用受到限制的主要原因是抗体的成本较高， 为 保持抗体活性而使实验条件受到一定的限制。还有 ELISA 一个原因是后续的检测方法的限制， 如 PCR， 或是通过流式细胞仪检测等方法， 不同的方法对磁珠 形状等要求不一， 所以受到磁珠合成方面的 的粒径， 约束。人们期待随着生物技术的不断发展， 磁珠在微 生物检测方面的应用上将会越来越广泛。 参考文献：
［23］
的量比 对 颗 粒 粒 径、 形 貌 和 磁 性 能 的 影 响。2010 ［15 ］ 年， 杨宇翔等 以有机碱四甲基氢氧化铵 （ TMAH ）
2+ 为沉淀剂， 合成了 Fe3 O4 和 Co 混合的纳米 Fe3 O4 粒 子， 合成的粒径为 30 nm 左右； 他们还讨论了碱用
通过磁珠提取生物分子的装置[实用新型专利]
![通过磁珠提取生物分子的装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/f54b70224531b90d6c85ec3a87c24028915f85d4.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201621319603.9(22)申请日 2016.12.02(73)专利权人 上海默里科基因科技有限公司地址 201201 上海市浦东新区灵山路958号11幢11326室(72)发明人 魏宏泉 孙相鑫 李兴旺 武彦峰 杨鹏 王晓维 万戈江 (74)专利代理机构 上海恒锐佳知识产权代理事务所(普通合伙) 31286代理人 黄海霞(51)Int.Cl.C12M 1/42(2006.01)C12N 15/10(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称通过磁珠提取生物分子的装置(57)摘要本实用新型公开了一种通过磁珠提取生物分子的装置，包括混合工位、漂洗工位和洗脱工位，漂洗工位为一个或多个；混合工位、漂洗工位与洗脱工位固定连接为一体式工位组；一体式工位组的上方设置有能够上下运动的磁棒，磁棒与一体式工位组能够相对运动；一体式工位组的下方设置有磁体；混合工位上设置有至少一个混合反应管；漂洗工位上设置有至少一个漂洗反应管；洗脱工位上设置有至少一个洗脱反应管。
本实用新型通过对磁珠在两个方向交替施加磁力，能够实现磁珠在液体里的往复运动，在混合步骤能够提高混匀效果，在漂洗步骤能够提高磁珠的清洗效果，在洗脱步骤能够加速生物分子与磁珠的分离。
权利要求书3页 说明书7页 附图2页CN 206232739 U 2017.06.09C N 206232739U1.一种通过磁珠提取生物分子的装置，其特征在于，包括混合工位、漂洗工位和洗脱工位，漂洗工位为一个或多个；混合工位、漂洗工位与洗脱工位固定连接为一体式工位组；一体式工位组的上方设置有能够上下运动的磁棒，磁棒与一体式工位组能够相对运动；一体式工位组的下方设置有磁体；混合工位上设置有至少一个混合反应管；当磁棒位于混合工位上方时，磁棒与混合反应管一一对应；在磁棒和磁体的交替吸附作用下，磁珠能够在混合反应管的溶液内上下往复运动；漂洗工位上设置有至少一个漂洗反应管；当磁棒位于漂洗工位上方时，磁棒与漂洗反应管一一对应；在磁棒和磁体的交替吸附作用下，磁珠能够在漂洗反应管的漂洗液内上下往复运动；洗脱工位上设置有至少一个洗脱反应管；当磁棒运动至洗脱工位上方时，磁棒与洗脱反应管一一对应；在磁棒和磁体的交替吸附作用下，磁珠能够在洗脱反应管的洗脱液内上下往复运动。
生物传感器ppt
生物传感器是一类特殊的化学传感 器，它是以生物活性单元(如酶、 蛋白质、DNA、抗体、抗原、生 物膜、微生物、细胞等)作为识别 元件，将生化反应转变成可定量 的物理、化学信号，从而能够进 行生命物质和化学物质检测和监 控的装置。
2、生物传感器与传统的分析方法 相比，具有如下的优点：
1）.生物传感器是由选择性好的生 物材料构成的分子识别元件，因 此一般不需要样品的预处理，样 品中的检测组分的分离和检测同 时完成，且测定时一般不需加入 其它试剂；
转换器（换能器transducer ）
生物传感器的选择性取决于它 的生物敏感元件，而生物传感器 的其他性能则和它的整体组成有 关。
生物传感器的传感原理
分子识别 生物功能性膜
化学物质 热 光 质量
介电性质
电极、半导体等
热敏电阻
电
光纤、光度计 信
压电晶体等
号
表面等离子共振
信号转换器
四、生物传感器中的信 号转换器
采用TTL-IC振荡 电路驱使石英晶 体谐振于其固有 的频率，图是压 电石英晶体传感 器的工作系统。
压电石英晶体传感器的工作系统
当石英晶体便面附着层的质量改变时 其频率随之改变，用Sauerbrey方程来 描述。即△F =KF2 △m /A，式中， △F 是晶体吸附外表物质后振动频率 （Hz）的变化；K为常数；F为压电晶 体的基础频率（MHz）； △m 为附 着层物质的质量变化。通常可检测低 至10-10g/cm2级的痕量物质，因此常称 之为石英晶体微天平。
三、生物传即感感受器器，结具有构分子和识原别能理 力的生物活性物质（如组织 切片、细胞、细胞器、细胞 膜、酶、抗体、核酸、有机 分子识别元物件分子等）； 主要有电化学电极（如电位、电流 的测量）、光学检测元件、热敏电阻、 场效应晶体管、压电石英晶体及表面等 离子共振器件等，从而达到分析监测的 目的。
生物传感器
⑵专一性强，只对特定的底物起反应，而且不受颜色、浊度的影响。
⑶分析速度快，可以在一分钟得到结果。
⑷准确度高，一般相对误差可以达到1%
⑸操作系统比较简单，容易实现自动分析
⑹成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币。
环境污染问题日益严重，人们迫切希望拥有一种能对污染物进行连续、快速、在线监测的仪器，生物传感器 满足了人们的要求。已有相当部分的生物传感器应用于环境监测中。
⑴水环境监测
生化需氧量(BOD）是一种广泛采用的表征有机污染程度的综合性指标。在水体监测和污水处理厂的运行控制 中，生化需氧量也是最常用、最重要的指标之一。常规的BOD测定需要5d的培养期，而且操作复杂，重复性差， 耗时耗力，干扰性大，不适合现场监测。SiyaWakin等人利用一种毛孢子菌(Trichosporoncutaneum）和芽孢杆 菌(Bacilluslicheniformis）制作一种微生物BOD传感器。该BOD生物传感器能同时精确测量葡萄糖和谷氨酸的 浓度。测量范围为0.5～40mg/L，灵敏度为5.84nA/mgL。该生物传感器稳定性好，在58次实验中，标准偏差仅为 0.0362。所需反应时间为5～lOmin。
生物传感器在食品分析中的应用包括食品成分、食品添加剂、有害毒物及食品鲜度等的测定分析。
生物传感器⑴食品成分分析在食品工业中，葡萄糖的含量是衡量水果成熟度和贮藏寿命的一个重要指标。已 开发的酶电极型生物传感器可用来分析白酒、苹果汁、果酱和蜂蜜中的葡萄糖。其它糖类，如果糖，啤酒、麦芽 汁中的麦芽糖，也有成熟的测定传感器。
DNA传感器是生物传感器中报道最多的一种，用于临床疾病诊断是DNA传感器的最大优势，它可以帮助医生从 DNA,RNA、蛋白质及其相互作用层次上了解疾病的发生、发展过程，有助于对疾病的及时诊断和治疗。此外，进 行药物检测也是DNA传感器的一大亮点。Brabec等人利用DNA传感器研究了常用铂类抗癌药物的作用机理并测定了 血液中该类药物的浓度。
微生物分离磁珠
微生物分离磁珠微生物分离磁珠是一种常用的实验工具，用于从复杂的微生物样品中分离纯种微生物。
它具有高效、快速、方便和可靠的特点，被广泛应用于微生物学研究和应用领域。
微生物是一类非常微小的生物体，包括细菌、真菌、病毒等。
在研究微生物时，常常需要从样品中分离出纯种微生物，以便进行进一步的研究和应用。
然而，微生物样品通常是复杂的，含有多种不同种类的微生物，因此需要一种分离工具来将目标微生物与其他微生物分离开来。
微生物分离磁珠就是一种有效的分离工具。
它的原理是利用磁性珠子对目标微生物进行特异性捕获，然后通过磁力将捕获的微生物从样品中分离出来。
微生物分离磁珠通常由磁性核心、表面修饰层和目标微生物识别分子三部分组成。
磁性核心是微生物分离磁珠的重要组成部分。
它通常由铁氧体等磁性材料制成，具有强大的磁性，可以被外加磁场吸附和分离。
磁性核心的大小和形状可以根据需要进行调整，以适应不同的实验要求。
表面修饰层是微生物分离磁珠的关键部分。
它可以通过化学修饰或生物修饰的方法，将目标微生物识别分子固定在磁性核心表面。
目标微生物识别分子可以是抗体、寡核苷酸、蛋白质或其他具有特异性识别能力的分子。
当目标微生物存在于样品中时，识别分子会与目标微生物发生特异性结合，从而实现目标微生物的选择性捕获。
使用微生物分离磁珠进行微生物分离的步骤通常包括样品处理、磁珠捕获、磁珠分离和纯化等。
首先，需要对微生物样品进行处理，如培养、离心、裂解等，以便使目标微生物与其他成分分离开来。
然后，将修饰了目标微生物识别分子的微生物分离磁珠加入样品中，通过静置或搅拌等方式使目标微生物与磁珠发生特异性结合。
接下来，应用外加磁场，将带有目标微生物的磁珠吸附到容器壁上，然后将上清液去除，从而实现目标微生物的分离。
微生物分离磁珠具有许多优点。
首先，它具有高效性和快速性，可以在较短的时间内分离出目标微生物，节省实验时间。
其次，它具有较高的选择性和特异性，可以实现目标微生物与其他微生物的有效分离，避免了传统分离方法中的交叉感染和混杂问题。
禽流感文献参考
[1] 周凯,何宏轩.禽流感与猪流感病毒:跨越物种传播的新认识[J].生物化学与生物物理进展,2009,36(5):523-529.DOI:10.3724/SP.J.1206.2009.00310.[2] 段明星,何宏轩,张强哲等.禽流感及其免疫防制研究[J].生物化学与生物物理进展,2004,31(3):189-197.DOI:10.3321/j.issn:1000-3282.2004.03.001.[3] 刘盛平,陈国明,周奇等.多通道压电禽流感快速检测系统及应用研究[J].仪器仪表学报,2008,29(8):1583-1587.[4] 刘洪山,莫嘉嗣,袁润余等.禽流感病毒快速检测中的纳米磁珠分离器设计及试验[J].农业工程学报,2014,(1):10-17.DOI:10.3969/j.issn.1002-6819.2014.01.002.[5] 曾玫,朱燕凤,葛艳玲等.中国确诊的首例儿童H7N9禽流感[J].中华儿科杂志,2013,51(9):665-669.DOI:10.3760/cma.j.issn.0578-1310.2013.09.006.[6] 黄泽颖,王济民.我国禽流感相关防控政策演变与展望[J].中国畜牧杂志,2015,51(4):9-13,19.DOI:10.3969/j.issn.0258-7033.2015.04.002.[7] 吕让,毛雅元,杨国辉等.禽流感新型疫苗研究进展[J].中国畜牧兽医,2015,42(6):1608-1612.DOI:10.16431/ki.1671-7236.2015.06.043.[8] 刘玉霞,杨晓燕,李红叶等.2012-2014年新疆兵团禽流感职业暴露人群血清学监测[J].中华实验和临床病毒学杂志,2015,29(5):401-404.DOI:10.3760/cma.j.issn.1003-9279.2015.05.004.[9] 徐颖,顾勤,刘宁等.人感染H7N9禽流感重症肺炎患者肺部影像学特征与动态变化[J].中华危重病急救医学,2015,(10):850-852.DOI:10.3760/cma.j.issn.2095-4352.2015.10.014.[10] 蔡春生,高永清,何春梅等.中国人感染H7N9禽流感流行特点分析[J].浙江农业学报,2015,27(7):1168-1172.DOI:10.3969/j.issn.1004-1524.2015.07.09.[11] 熊伟川,何玉麟,余晨等.全球首例人感染H10N8禽流感患者的诊断与治疗的评估[J].中国医学影像学杂志,2015,(1):1-3.DOI:10.3969/j.issn.1005-5185.2015.01.02.[12] 顾豪高,张王剑,徐浩等.中国人感染H7N9禽流感危险区域预警识别的研究[J].中华流行病学杂志,2015,36(5):470-475.DOI:10.3760/cma.j.issn.0254-6450.2015.05.013.[13] 祝江斌,许鹏飞.重大传染病疫情应急管理现状与提升策略研究——基于人感染H7N9禽流感的个案分析[J].安徽农业科学,2015,(10):322-324.DOI:10.3969/j.issn.0517-6611.2015.10.113.[14] 车淑琴.几类禽流感模型稳定性分析[D].中北大学,2015.[15] 胡卫中,周自明.消费者对冷鲜鸡支付意愿的影响因素研究[J].中国畜牧杂志,2016,52(4):48-51.DOI:10.3969/j.issn.0258-7033.2016.04.009.[16] 黄珍霞,廖晓东.H7N9亚型禽流感综合防控技术现状分析与对策研究[J].中国卫生事业管理,2015,32(12):949-952.[17] 陈桂珍,郭叙林.基于CNKI的我国禽流感研究现状与热点分析[J].中国家禽,2015,37(8):1-5.DOI:10.16372/j.issn.1004-6364.2015.08.001.[18] 谢丽叶,罗艳华,陈佳利等.广州419例大学生对禽流感认知情况的调查分析[J].医学信息,2016,29(19):110-112.[19] 黄泽颖,王济民.禽流感发生、影响与防控的经济学分析[J].中国家禽,2015,37(13):57-59.DOI:10.16372/j.issn.1004-6364.2015.13.012.[20] 郑爱丽.禽流感(H5亚型)免疫抗体检测试验的血清学调查[J].兽医导刊,2016,(8):141.DOI:10.3969/j.issn.1673-8586.2016.08.136.[1] 刘峰.禽流感的防治经验总结[J].科学种养,2014,(3):142-143.DOI:10.3969/j.issn.1673-3339.2014.03.168.[2] 郇秀荣,曲秀华.冬季禽流感的防治要点[J].家禽科学,2012,(1):31-32.DOI:10.3969/j.issn.1673-1085.2012.01.010.[3] 鄢涛.浅谈禽流感的防治[J].江西饲料,2006,(6):20-23,27.DOI:10.3969/j.issn.1008-6137.2006.06.008.[4] 石立斌,陈海花.禽流感的防治措施[J].中国畜牧兽医文摘,2014,(6):135-135.。
免疫磁珠分离法
免疫磁珠分离法一、概述免疫磁珠分离法是一种利用特定的抗体与目标分子结合后，通过磁珠的磁性作用将目标分子从混合物中分离出来的方法。
该方法具有操作简便、高效快速、无需特殊设备等优点，在生物医学领域得到广泛应用。
二、原理免疫磁珠分离法的原理基于抗原与抗体之间的特异性结合。
首先，将具有特异性的抗体固定在表面经过改性处理后的磁珠上，形成免疫磁珠。
然后将样品加入反应体系中，待抗体与目标分子结合后，通过外加磁场作用使得免疫磁珠与目标分子一起被吸附在反应管壁上，而其他非目标成分则被洗去。
最后通过改变环境条件（如pH值）或者使用洗脱缓冲液使得目标物从免疫磁珠上脱离下来。
三、步骤1. 免疫磁珠制备：将具有特异性的抗体固定在表面经过改性处理后的超顺磁性磁珠上，形成免疫磁珠。
2. 样品制备：将需要分离的样品进行处理，如细胞裂解、血清去除等。
3. 反应：将样品加入反应管中，加入免疫磁珠并充分混合反应。
4. 磁珠分离：通过外加磁场作用使得免疫磁珠与目标分子一起被吸附在反应管壁上，而其他非目标成分则被洗去。
5. 洗涤：使用洗脱缓冲液进行洗涤，去除非特异性结合的物质。
6. 洗脱：通过改变环境条件（如pH值）或者使用洗脱缓冲液使得目标物从免疫磁珠上脱离下来。
四、优点1. 高效快速：与其他常规方法相比，免疫磁珠分离法具有高效快速的特点，可在较短时间内完成大量样品的处理。
2. 特异性强：由于抗体具有高度特异性，因此该方法可对目标物进行高度选择性纯化和富集。
3. 操作简便：该方法无需特殊设备，操作简便，适合于实验室规模的研究。
4. 可重复性好：该方法具有良好的可重复性，可用于大规模的生产和制备。
五、应用1. 生物医学研究：该方法可用于分离和纯化蛋白质、细胞、细胞器等生物大分子，是生物医学研究中不可或缺的手段。
2. 临床诊断：该方法可用于临床诊断中对血清中的肿瘤标志物等进行检测和分析。
3. 生物制药：该方法可用于生物制药领域中对目标蛋白质进行纯化和富集。
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用于生物传感器的磁珠分离器初步研究刘洪山，莫嘉嗣，罗锡文（华南农业大学工程学院，广州 510642）摘要：纳米磁珠分离技术是生物分析学与磁珠载体技术结合而发展起来的一项新技术。
由于磁性聚合物微球具有磁响应性和不同的表面功能基，因此其在生物学、医学、环境、食品微生物检测等方面得到了日益广泛的应用。
本文介绍了通过合理布局永磁体汇聚其磁通，以增强实验空腔的磁通密度和磁场梯度的思想设计的多个磁珠分离器方案和部分原理性装置的测试与分析结果，结果表明：使磁路闭合并将磁隙处流散的磁通集中起来可以提供足够的捕获表面积和高梯度磁场点。
本文在介绍磁珠分离器设计的基础上，对磁珠分离器的自动化、集成化实现提出了具体设想。
关键词：磁珠；分离；仿真中图分类号：[S24]0引言磁珠技术是生物分析学和磁珠载体技术结合而发展起来的一项技术，是20世纪90年代兴起的一类新型技术。
磁珠是包被有特异性生物分子的磁性微球，可与含有相应的靶物质特异性结合形成新的复合物，通过磁场时，这种复合物可被滞留，与其它组分相分离。
磁性聚合物微球（磁珠）的研究开始于70年代，它除具有聚合物微球的特性，可以通过共聚、表面改性等方法赋予其表面多种反应性功能基外，还因具有顺磁性，可以在外加磁场的作用下方便地分离而在生物医学、生物工程、细胞学、分离工程等众多领域显示了广泛的应用前景。
在生物传感器领域，磁性微球除可以成功应用生物芯片中的样品制备，为生物芯片检测全自动化、芯片实验室的建立提供一种具有广泛应用前景的方法之外，磁性微球还主要应用于蛋白质纯化、细胞分离、环境或食品微生物检测等[1]。
磁珠技术的核心在于采用适当的外加磁场，使磁珠磁化并吸附在磁极上，当撤去外加磁场时，磁珠的磁性消失，磁珠重新分散在溶液中，而不是聚集在一起，这一技术称为磁珠分离技术。
该技术利用经特殊处理过的磁珠在磁珠分离器中进行生物样品的分离和定位等操作，从而对生物样品进行更精确、快速的检测。
1永磁体磁珠分离器研究人员常用的磁场发生装置有：永磁铁、电磁铁、亥姆霍兹线圈和螺线管，其中永磁铁能够提供磁通密度∗收稿日期：修订日期：项目基金：基于生物传感器的禽流感病毒快速检测技术及装备研究（2010DFA31000）作者简介：刘洪山（1968—），男（汉族），广东韶关人，副研究员，硕士，从事传感器与微电子技术研究。
通讯地址：华南农业大学工程学院，510642。
Email: hugoliu@通讯作者：罗锡文（1945—），男（汉族），湖南株洲人，工程院院士，从事农业机械和农业工程技术研究。
通讯地址：华南农业大学工程学院，510642。
Email: xwluo@ 最大为1Tesla左右的静磁场，亥姆霍兹线圈和螺线管可提供交变磁场或相对均匀的磁场，也可用螺线管提供磁通密度为10Tesla左右的超强静磁场，电磁铁则可产生磁通密度为几百毫特斯拉或特斯拉级的静磁场。
相比较而言，永磁体磁珠分离器简单易用，无需提供专用电源及制冷等庞大的外围设备，从而易于集成与便于携带，因此，在生物传感器领域，尽管永磁体磁场有其固有的缺点，但依然得到更为普遍的应用。
本研究中以永磁铁为基本研究对象，着重解决采用合理结构实现强磁场以及装置的自动化及集成化等关键技术。
1.1 局部强磁场的实现生物传感器中的磁珠分离器的构造应该是可以产生一个闭合磁路，使充填在气隙中的磁珠被磁化，从而可以分离混合物中的磁性物质。
为了使磁珠分离器具有良好的分离能力，就要求其结构方面是磁通的良好导体，一方面要使磁路闭合而且要把磁隙处流散的磁通集中起来；另一方面要提供足够的捕获表面积和高梯度磁场点, 以提高捕获磁珠的效率。
有研究显示：提高分离器磁通密度和磁场强度将大大提高磁珠分离效率[2]。
因此，磁珠分离器的结构要点在于选择合适的永磁材料及外形，通过合理布局以汇聚永磁体产生的磁通，增强空腔磁场梯度，并在此基础上，研究不同背景下，基于磁珠分离技术生物传感器的强磁场实现。
1.2 移磁珠式磁珠分离器图1为美国Thermo Scientific公司的KingFisher系列产品磁珠分离原理示意图。
样品、溶液和磁珠置于微孔板或管中，磁棒表面套有专门的磁套用于保护磁棒，避免与样品或溶液或磁珠直接接触。
该装置适于分离DNA/RNA、蛋白和细胞的全自动提取纯化系统。
基于专利的KingFisher技术(专利号US 6447729，US 6448092)，通过特制的磁棒吸附、转移和释放磁珠，从而实现磁珠（样品）的转移，避免了液体处理过程，提高了自动化程度。
该装置目前适用于粒径1μm的磁珠分离[3]。
图1KingFisher技术原理图Fig．1The Schematic Diagram of the KingfisherTechnology由于基于磁珠分离技术的生物传感器常用纳米量级的磁珠，而不同大小磁珠的分离效果与磁通密度有着密切关系：磁珠尺寸越小，所需磁通密度越大。
因此，要将装置应用于纳米磁珠生物传感器尚需进行改进；但其避免了液体处理的繁琐程序，利于集成与自动化，应该具有良好的应用前景。
1.3 移液式磁珠分离器美国阿肯色大学农学部在利用生物传感器对禽流感病毒进行快速检测的研究中，采用了用八块立方体永磁通过磁极的巧妙摆放和金属薄片铁芯的共同作用，在试管孔内产生强磁场用于纳米磁珠的吸附，成功实现了150nm磁珠的分离。
在对150nm磁珠进行分离过程中，该磁珠分离器（以下称矩形磁分离器）的工作效果仿真如图2所示[4]，其在轴线方向试管壁处实现了约1.32Tesla的强磁场，在试管中心的磁通密度约为0.88Tesla，沿试管壁轴线方向的磁场梯度约为：0.69Tesla/cm。
图2磁珠分离器布局Fig．2Layout of the Magnetic Separator2永磁体磁珠分离器设计与仿真依据生物传感器磁珠分离对磁场结构的要求，通过分析比较，设计了三类永磁体磁珠分离器，并采用MAXWELL 14仿真软件对不同结构进行了二维和三维的仿真。
由于国内高性能钕铁硼永磁体小批量定制较为困难，工艺上尚存不足[5]，根据市场情况仅加工其中一种结构相对简单的磁珠分离器进行相关的测试。
2.1环形孔布局环形孔布局磁珠分离器是受矩形分离器结构的启发而设计的。
将直线布局改为封闭环形结构，装置首尾相接，使两端失效的试管孔由单边励磁变为双边励磁，从而提高试管利用率，见图3。
三孔、五孔和六孔的仿真结果对比见表1。
由表1可知：这种装置可以实现较大的磁通密度和磁场梯度，有利于磁珠分离，同时，因为装置呈环形，利于旋转，方便自动化集成。
但组成装置的单块磁体形状较为复杂，不易加工，需要定制。
图3环形孔布局(五孔)Fig．3Layout of the Annular Magnetic Separator（Five Holes）表1环形孔布局试管孔仿真结果Table 1The Simulation Results of the Annular Magnetic Separator环形三孔环形五孔环形六孔最大磁通密度 2.72 Tesla 2.43 Tesla 2.62 Tesla最小磁通密度0.47 Tesla 0.78 Tesla 1.09 Tesla磁场梯度 3.75 Tesla/cm 2.75 Tesla/cm 2.55 Tesla/cm 装置尺寸φ170mm×25.4mm圆柱φ170mm×25.4mm圆柱φ170mm×25.4mm圆柱所需磁体和有效试管孔数量6块大体积瓦形磁体(三个孔)10块大体积瓦形磁体(五个孔)12块大体积瓦形磁体(六个孔) 2.2魔环布局魔环结构是利用若干的磁体包围中间试管孔而成，磁体数目可以是四块，六块，八块，十六块等，磁体越多，磁场越均匀，漏磁越少，见图4。
按照K．Halbach 的旋转理论，外围磁体的充磁方向要和试管孔内匀强磁场的磁力线回路一致，才能使孔内产生平行度很好的匀强磁场，并由于磁力线汇聚的原因，使装置外围的漏磁很少[6]。
四孔、六孔和八孔的仿真结果对比见表2。
图 4 魔环布局（六单元）Fig ．4 Layout of Magic Ring （Six Units ）表 2 魔环布局试管孔仿真结果Table 2 The Simulation Results of the Magic Ring四单元魔环 六单元魔环 八单元魔环 最大磁通密度 2.59 Tesla 1.68 Tesla 2.61 Tesla 最小磁通密度 1.32 Tesla 1.05 Tesla 1.8 Tesla 磁场梯度 2.12 Tesla/cm 1.05 Tesla/cm 1.35 Tesla/cm 装置尺寸 91.3mm×91.3m m×25.4mm φ192mm×25.4mm圆柱 φ196mm×25.4mm圆柱 所需磁体和有效试管孔数量四块缺角的立方体(一个孔)六块缺角三棱柱(一个孔)八块缺角三棱柱(一个孔)魔环是实现匀强磁场较理想的方案，所包围的试管孔内磁场均匀，无外泄，磁力线平行度很好，但磁场梯度不明显，不利于需要高磁场梯度情况下的磁珠分离。
因此，从对磁场梯度的要求看，只有由四块永磁铁组成的单孔分离器可以满足要求，但是该结构所需磁体形状不规则，且所需磁体较多，加工订制困难。
2.3 双磁环布局利用磁极相向的两个钕铁硼磁环沿磁铁充磁方向纵向布局，将单块永磁铁磁通汇聚在两个磁环交接处的圆环上，并通过硅钢片铁芯强化汇聚效果。
采用N40牌号钕铁硼材料所设计的双磁环单孔磁分离器实物见图 5，图 6为磁通密度沿试管孔径向分布的仿真数据绘图，如仿真结果所示，在试管孔内的磁通密度最大处达到了2.31Tesla，最小处是0.08Tesla，差值达2.23Tesla ，磁场梯度为3.72Tesla/cm 。
图5 双磁环单孔磁珠分离器照片Fig ．5 Picture of the Double Magnetic Ring Separator图 6 双磁环装置试管孔内磁通密度随位置变化 Fig ．6 Magnetic Flux Density Change with Distance Change通过采用HT201数字特斯拉计对该装置各点的磁通密度测量结果与仿真结果对比可知，尽管仿真数据（图 6）与实际测量结果在趋势上完全一致，但在数值上存在较大差别，采用相同仿真和测试手段对矩形磁分离器的仿真和测试结果也进行了对比，结果见表 3。
表 3 两种磁分离器仿真与测试结果Table 3 The Simulate Results and the Measured Results of TwoMagnetic Separator磁通密度 (最大) 磁通密度 （最小） 磁场梯度 仿真结果 2.31Tesla 0.08 Tesla 3.72 Tesla/cm 实测结果 0.61 Tesla0.03 Tesla0.97 Tesla/cm双磁环磁分离器误差73.59% 62.50% 73.92% 仿真结果 2.59 Tesla 0.83 Tesla 2.77 Tesla/cm 实测结果 1.32 Tesla0.88 Tesla0.69 Tesla/cm矩形磁分离器误差49.03% -6.02% 75.09%造成仿真和实际数值相差较大的原因可能在于：（1）MAXWELL 14软件中没有与实际使用材料严格对应的数据库；（2）仿真是理想情况，并且软件采用有限元算法，划分的网格不同，仿真结果会有误差；（3）装配过程中出现位置误差，破坏了磁通的汇聚；（4）虽然两种磁分离器的仿真环境和方法一致，但矩形磁分离器是用高牌号的N52钕铁硼制作，而双磁环磁分离器是用较低牌号的N40钕铁硼制作，磁体性能与工艺可能导致一定的误差。