科学|化学发光免疫分析中的魔术师——磁颗粒
【科学|化学发光免疫分析中的魔术师——磁颗粒】
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化学发光磁颗粒结合过程
现代免疫诊断主要是利用抗原和抗体的特异性反应进行检测 ， 利用同位素、酶、化学发光物质等对检测信号进行放大和显示 ， 常被用于检测蛋白质、激素等微量物质 。 磁微粒化学发光免疫分析是将磁性分离技术、化学发光技术、免疫分析技术三者结合起来的一种新兴分析方法 ， 是免疫诊断中最为先进的检测技术 ， 也是目前化学发光免疫检测的主流 。 国际巨头无一例地都采用了磁微粒式化学发光免疫检测技术 。
磁颗粒的诞生
免疫磁珠是由挪威著名的化学工程师John Ugelstar在1979年首先制备出 ， 是磁珠免疫微球的一种 ， 为包被有单克隆抗体的球型磁性微粒 ， 可特异性地与靶物质结合使之具有磁响应性 。 免疫诊断磁颗粒大多数是铁氧体微纳米颗粒 ， 如四氧化三铁（黑色） ， γ-三氧化二铁（红棕色） 。 铁氧体制备工艺成熟 ， 同时具有良好的生物相容性 。 目前能够制备出几纳米至数十微米的颗粒材料 ， 广泛应用于生物医学领域 。
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磁颗粒的历史演变
磁颗粒的结构
磁珠是由核心金属颗粒（Fe2O3、Fe3O4）, 核心外层包裹的高分子材料（聚苯乙烯、聚氯乙烯）和最外层的功能配基（如-NH2 ， -COOH、-OH、-CHO）组成 。
按照结构可以分为4类（如下图）：
A、内核为磁性材料 ， 壳为聚合物或无机物的核/壳式结构；
B、以高分子材料为核、磁性材料作为壳层的核/壳式结构；
C、内层、外层皆为高分子或无机材料 ， 中间层是磁性材料的夹心式结构；
D、微球整体为高分子材料 ， 磁性物质混杂其中的结构 。
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磁颗粒的机构
磁颗粒的特性
1.超顺磁性
磁性物质包括铁 ， 铁氧化物、钴、镍、正铁酸盐等 ， 当其粒径达到一个临界尺度(15nm以下)时会表现出超顺磁性(Superparamagnetic)的特性 。 在外加磁场作用下 ， 其表现为具有很强的磁性 ， 进行磁分离和磁性导向 ， 而无磁场时磁性很快消失 ， 不会被磁化 。
2.表面功能基团的多样性
磁颗粒可通过共聚或表面修饰 ， 赋予磁珠表面多种反应性功能集团 ， 如-COOH、-NH2、-OH、-SH、-NHS、-CHO、-Epoxy等 。 多种功能基团可连接多种生物活性物质 ， 如免疫蛋白、生物酶和细胞等 。
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磁颗粒的超顺磁性（左图）和表面基团（右图）
磁颗粒的应用
磁颗粒由于直径小 ， 表面积大 ， 可捕获较多的待测物 ， 并直接在其表面进行酶显色、荧光或同位素显示 ， 从而建立了一系列检测速度快、特异性高、灵敏度高和重复性好的免疫检测方法 。 利用人工合成的内含铁成分 ， 可被磁铁磁力所吸引 ， 外有功能基团 ， 可结合活性蛋白质(抗体)的磁珠 ， 作为抗体的载体 。 当吸附在磁珠上的抗体与相应的微生物或特异性抗原物质结合后 ， 则形成“抗原-抗体-磁珠免疫复合物” ， 这种复合物具有较高的磁响应性 ， 在磁铁磁力的作用下定向移动 ， 使复合物与其他物质分离 ， 而达到分离、浓缩、纯化微生物或特异性抗原物质的目的 。
可用于化学发光领域的磁颗粒中 ， 链霉亲和素磁珠的使用最为广泛 ， 主要是因为亲和素-生物素系统的通用性以及广泛性 。 亲和素-生物素系统（BAS）的主要特点如下列表：
灵敏度高
生物素容易与蛋白质和核酸类等生物大分子结合 ， 并保持大分子物质的原有生物活性 。 每个亲和素分子有四个生物素结合部位 ， 可同时以多种形式结合生物素化的大分子衍生物和标记物 。 因此 ， BAS具有多级放大作用 ， 使其在应用时可极大地提高检测方法的灵敏度 。
稳定性好
生物素与亲和素间的作用是目前已知强度最高的非共价作用 ， 亲和常数（K）为1015mol/L ， 比抗原与抗体间的亲和力至少高1万倍 。 二者的结合稳定性好专一性强 ， 不受试剂浓度 ， pH环境 ， 抑或蛋白变性剂等有机溶剂影响 。
特异性强
亲和素与生物素间的结合具有极高的亲和力 ， 其反应呈高度专一性 。 而且 ， BAS结合特性不会因反应试剂的高度稀释而受影响 ， 使其在实际应用中可zui大限度地降低反应试剂的非特异作用 。
普适性广
生物素-结合素系统的多功能性还能提供一套统一的研究方法 ， 适合用于不同的项目体系 。
其他
通用性强 ， 可制成多种通用性试剂（如生物素化二抗）适用于不同的反应体系 。 生物素与亲和素的结合具高速、的特性 ， 尽管BAS的反应层次较多 ， 但所需的温育时间很短 。
磁颗粒作为全自动诊断试剂的重要上游原料 ， 其性能直接影响了最终试剂产品的性能评价 。 虽然国内磁微粒化学发光免疫检测起步较晚 ， 尚未有厂家能够对四大家构成直接威胁 。 但是在未来10年内 ， 国产化学发光代替进口产品是一大趋势 。 磁颗粒在这白热化的竞争中扮演着举足轻重的作用 ， 国内化学发光厂家还有很长的一段路要走 ， 我们拭目以待 。
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