磁共振技术在生物样品中的快速检测
Source:多功能磁力架Author:admin Addtime:2018/08/28 Click:
Hello，大家好，研究方向是磁共振技术在快速检测食源性致病菌方面的应用。我会在接下来的【食品专栏】中为大家推送：磁共振技术在生物样品快速检测中的应用，磁共振技术在食品理化指标测量上的应用。介绍低场核磁共振在食品领域的应用，同时小Z还会为大家分享常用的数据分析软件的使用方法和自己做实验时的心得。最后，希望大家能关注我们的微信公众号，与小编一起遨游在核磁的海洋中，和小编共同成长。
感谢之前食品专栏的小编为大家介绍了低场核磁在肉的品质检测、果蔬的无损检测等方面的应用，下面我将介绍低场核磁共振技术在生物样品的快速检测中的应用。
核磁共振在生物样品的快速检测中是一门交叉技术，又叫磁弛豫开关（magnetic relaxation switching，MRSw）技术。该技术集合了纳米技术、免疫技术、磁共振技术，最早是由Weissleder课题组在2001年发现的。同时该课题组设计了四种模型，包括DNA-DNA、蛋白质-蛋白质、蛋白质-小分析和酶的催化，并于2002年发表在nature上。
纳米/微米磁珠表面含有大量的基团，如-COOH、-OH、-OCH3，可以通过化学/物理方式与生物配体结合，制备成传感器探针，进而能特异性识别目标物。当目标物存在时，目标物和探针相互作用，使颗粒由分散态变成聚集态，造成水分子的横向弛豫时间（T2）变化，因此可以根据T2的变化对目标物进行检测。
如下图所示纳米探针检测鸭沙门氏菌时，目标菌存在的时，纳米粒子聚集，溶液呈现出较低的横向弛豫时间（T2）；目标菌不存在时，纳米粒子依旧保持原来的状态，溶液呈现出较高的横向弛豫时间（T2）。
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纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸（0.1-100nm）或由它们作为基本单元构成的材料。它具有许多不同于常规材料的效应，如量子效应、宏观量子隧道效应、表面效应、小尺寸效应，磁性纳米粒子还会表现出顺磁性或超顺磁性。顺磁性或朝顺磁性就是外加磁场存在时，纳米粒子会表现出磁性，当外加磁场撤除后，纳米粒子的净磁矩为零，即对外不表现出磁性。同时，在外加磁场中，每个磁纳米颗粒都会产生一个很大的磁偶极子，由此产生的局部磁场梯度引起外部磁场的不均匀性。当水分子通过此不均匀磁场时，其质子会加速弛豫，引起纵向弛豫时间（T1）/横向弛豫时间（T2）的变化。
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以上的两个图片分别是纳米磁珠的“核壳”模型和磁珠修饰中比较常见的共价修饰。磁珠的核是磁性材料，如γ-Fe2O3、Fe3O4、Fe2O3。外层是由聚苯乙烯、聚乙烯亚胺或聚丙烯酸等高分子材料包裹，保证磁性的密封性良好，不易出现漏磁现象。表面的活化基团有羧基、氨基、巯基、甲苯磺酰基和环氧基等，能通过化学/物理作用与生物配体（抗体、DNA、RNA等）结合。
磁性纳米颗粒的生物学修饰是磁共振技术特异性检测目标物的前提，磁性纳米颗粒的生物学修饰方法，大体分为直接修饰和间接修饰。直接修饰又分为物理吸附和共价偶联。物理吸附是指蛋白质等生物亲和分子和纳米材料间的疏水作用和静电作用；共价偶联是指在纳米颗粒的表面修饰硫化物、氨基或羧基，通过这些基团与生物亲和分子之间形成共价键从而实现纳米颗粒的生物学修饰，间接修饰则需要通过链霉亲和素./亲和素-生物素介导，达到间接修饰的目的。
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当目标物存在的时候，目标物和探针相互作用，磁珠由分散态变成聚集态，引起外部磁场的不均匀性。当水质子通过此不均匀磁场时，其质子会加速弛豫，使得横向弛豫时间（T2）改变，而该变化可以通过核磁共振仪（NMR/MRI）量化。
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