基于氧化铁纳米材料特性的生物分离和生物检测

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1、基于氧化铁纳米材料特性的生物分离和生物检测【关键词】超顺磁性氧化铁纳米粒子；制备；生物分离；生物检测；评述　　AbstractSuperparamagicironoxidenanomaterialshavebeenaterialsandenvironmentalchemistry,etc.Inthisrevieethodsofsuperparamagicironoxide,themeritsanddefectsofthesemethods,andtheirapplicationincell,protein,nucleicacidseparationandb

2、ioassayagicironoxidenanoparticles;Synthesis;Bioseparation；Ｂioassay;Revieg/g，显示出在白蛋白的分离和固定上有很大的应用潜力。Herdt等[44]利用羧基修饰的吸附/解离速度快的核壳型（Fe3O4/PAA）磁性纳米颗粒与Cu2+亚氨基二乙酸（IDA）共价交联，通过Cu2+与组氨酸较强的亲和能力实现了组氨酸标记蛋白的选择性分离，分离过程如图2所示。　　磁性纳米粒子也是核酸分子分离的理想载体[4５]。DNA/mRNA含有单一碱基错位，它们的富集和分离在人类疾病诊断学、基因表达研究方面有着

3、至关重要的作用。Zhao等[4６]合成了一种磁性纳米基因捕获器，用于富集、分离、检测痕量的DNA/mRNA分子。这种材料以磁性纳米粒子为核，包覆一层具有生物相容性的SiO2保护层，表面再偶联抗生素蛋白维生素H分子作为DNA分子的探针，可以将10－15mol/LDNA/mRNA有效地富集，并能实时监控产物。Tayor等[4７]用硅酸钠水解法、正硅酸乙酯水解法制备SiO2/Fe2O3磁性纳米粒子并对DNA进行了分离。结果表明，SiO2功能化的Fe2O3磁性纳米粒子对DNA的吸附分离效果明显好于单独Fe2O3磁性纳米粒子的分离效果，但是其吸附机理有待进一步研究

4、。　　3.2磁性氧化铁纳米材料在生物检测中的应用　　3.2.1基于磁学性能的生物检测　　磁性氧化铁纳米粒子因其特有的磁导向性、小尺寸效应及其偶联基团的活性，兼有分离和富集地作用，使其在生物检测领域有广泛的应用。当检测目标为低含量的蛋白分子时，不能通过聚合酶链反应（PCR）对其信号进行放大，而磁微球与有机染料或量子点荧光微球结合可以对某些特异性蛋白、细胞因子、抗原和核酸等进行多元化检测，实现信号放大的作用。Yang等[4８]采用一对分子探针分别连接荧光光学条码（彩色）和磁珠（棕色），对DNA（顶端镶板）和蛋白质（底截镶板）生物分子进行目标分析（图3）。如果目

5、标DNA序列或蛋白存在，它将与两个磁珠结合一起，形成了一个三明治结构，经过磁选，光学条码可以在单磁珠识别目标水平下，通过分光光度计或是在流式细胞仪读出。通过此方法检测目标分子是基于数百万个荧光基团组成的微米尺寸光学条码信号的扩增而检测出来，其基因和蛋白的检出限可达到amol/L量级，甚至更低。Nam等［４９］利用多孔微粒法（每个微粒可填充大量条形码DNA）和金纳米微粒为基础的比色法生物条形码检测技术检测了人白细胞介素2（IL2），检出限可达到30amol/L，比普通的酶联免疫分析技术的灵敏度高3个数量级。Oh等[５０]利用荧光为基础的生物条形码放大方法检

6、测了前列腺特异性抗原（PSA）的水平，其检出限也低于300amol/L，而且实现了快速检测。在免疫检测中，磁性纳米粒子作为抗体的固相载体，粒子上的抗体与特性抗原结合，形成抗原抗体复合物，在磁力作用下，使特异性抗原与其它物质分离，克服了放免和酶联免疫测定方法的缺点。这种分离具有灵敏度高、检测速度快、特异性高、重复性好等优点。Yang等[5１]通过反相微乳液法制备了粒径很小的SiO2包覆的Fe3O4磁性纳米粒子，生物分子通过诱导这些高单分散的磁性纳米粒子可用于酶的固定和免疫检测。Lange等[5２]采用直接或三明治固相免疫法（生物素基化抗IgG抗体和共轭连接链

7、霉素的磁性纳米粒子组成三明治结构）和超导量子干涉法（SQUID），研究它们在确定抗原、抗体相互作用免疫检测中的应用，结果表明特异性键合的磁性纳米颗粒的驰豫信号大小依赖于抗原（人免疫球蛋白G，IgG）的用量，这种磁弛豫(Magicrelaxation)免疫检测方法得到的结果与广泛使用的ELISA方法的结果相当。因磁性纳米粒子独特的性能，在生物传感器上也有潜在的应用前景。Fan等［５３］在磁珠上偶联被检测物的一级抗体，在金纳米颗粒上连接二级抗体，两者反应后，利用HClNaClBr2将Au氧化为Au3+，催化发光胺（Luminol）化学发光，人免疫球蛋白G（

8、IgG）的检出限可达2×10－10mol/L，实现了磁性纳米颗粒