傳統(tǒng)的檢測方法大多依賴于精密儀器，雖然測定準確、靈敏度高，但儀器價格高、難以便攜、操作復雜，從而限制了其在現(xiàn)場檢測中的應用。因此，越來越多的科研工作者致力于研究快速、便捷、簡單的檢測手段，以期能夠有效監(jiān)測食品安全問題以及實現(xiàn)臨床早期診斷，快速檢測技術(shù)應運而生。近年來，各種快速檢測技術(shù)被報道，其中生物傳感器備受關(guān)注。生物傳感器是一種由物理、化學、生物等多學科交叉融合而發(fā)展起來的高新檢測技術(shù)，主要通過生物分子識別元件(如抗體、酶、核酸等)識別目標物，然后利用信號轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為光、電、磁等易于捕獲識別的信號，進而實現(xiàn)目標物簡易高效分析的方法。

因其檢測快速、自動化程度高、易于操作，生物傳感器已經(jīng)在生物化學分析、食品安全檢測、環(huán)境監(jiān)測等各領(lǐng)域得到了廣泛應用。主要包括電化學生物傳感器、光學生物傳感器等，但這些生物傳感器大多仍然受到精密儀器、檢測經(jīng)濟性、樣品基質(zhì)干擾等方面的影響，其性能在快速檢測方面尚需進一步提高。

磁弛豫生物傳感器(magneticreＧlaxationswitching，MRS)亦是近年來多次被報道的生物傳感技術(shù)之一。MRS傳感器是以磁弛豫時間作為讀出信號，進行目標物定性定量的快速檢測方法，具有檢測快速、操作簡單、信噪比高、易于實現(xiàn)現(xiàn)場檢測等優(yōu)點，是快速檢測領(lǐng)域最受關(guān)注的研究方向之一。本研究圍繞MRS傳感器的傳感機制、研究進展、應用領(lǐng)域等方面進行了介紹，并對MRS傳感器的發(fā)展進行了展望，以期能夠促進快速檢測技術(shù)的進一步發(fā)展。

1磁弛豫生物傳感器的介紹磁弛豫生物傳感器(MRS)的發(fā)展開始于磁納米顆粒介導的水分子弛豫時間縮短現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。在物理學上，弛豫指的是某種平衡狀態(tài)被破壞后，又恢復到平衡態(tài)的過程，用弛豫時間來衡量弛豫過程的快慢。在核磁共振中，弛豫過程分為縱向弛豫(又稱為自旋Ｇ晶格弛豫)和橫向弛豫(又稱為自旋Ｇ自旋弛豫)，分別用縱向弛豫時間(longitudinalrelaxationtime，T１)和橫向弛豫時間(transverserelaxationtime，T2)進行衡量。2002年，Weissleder課題組首次報道了磁弛豫現(xiàn)象，當超順磁納米顆粒(superparamagneticnanoparticles，MNPs，簡稱為磁顆粒)在水溶液中的狀態(tài)(分散或聚集)發(fā)生變化時，能夠引起其局部磁場均勻性發(fā)生改變，形成非均勻局部磁場，而不均勻磁場可加快周圍水分子質(zhì)子的橫向弛豫速度，進而縮短橫向弛豫時間。

目前，磁弛豫時間傳感現(xiàn)象以及相應傳感器的開發(fā)仍是研究的熱點之一?；趯Υ懦谠鞲鞋F(xiàn)象的深入研究，各式各樣的MRS傳感器被開發(fā)和完善并廣泛應用于食品安全檢測、臨床診斷分析、環(huán)境監(jiān)測等多個領(lǐng)域(圖１)，配合便攜式的微型核磁共振儀，可實現(xiàn)現(xiàn)場快速檢測。

2磁弛豫生物傳感器的分類

2.1磁顆粒介導的MRS

１)基于磁顆粒狀態(tài)改變的MRS?；诖蓬w粒狀態(tài)改變的MRS的基本原理是將磁顆粒進行表面修飾，在其表面偶聯(lián)上給體/受體(例如抗原/抗體、生物素/鏈霉親和素、適配體等)，從而制備成特異性磁信號探針，在檢測分析過程中通過給體Ｇ受體的特異性識別作用導致其狀態(tài)由分散變成聚集，從而產(chǎn)生磁弛豫傳感現(xiàn)象(狀態(tài)的改變會影響局部磁場的均勻性，周圍水分子擴散經(jīng)過這些不均勻磁場時導致質(zhì)子橫向弛豫加速，縮短橫向弛豫時間(T2)，其中，磁探針狀態(tài)改變的程度、T2的改變量均與樣品中目標物含量成正相關(guān)，從而達到定量定性檢測的目的。Weissleder課題組率先構(gòu)建了基于磁顆粒狀態(tài)改變的MRS免疫傳感器并用于與人類疾病密切相關(guān)的血清中皰疹病毒和腺病毒的快速靈敏檢測(圖2A)。

該方法檢出限為5個病毒/10μL血清(25％的蛋白)，并且由于無需PCR擴增過程，有效提高了檢測效率，具有快速、高靈敏等優(yōu)點。KaitＧtanis等基于同樣的原理建立了檢測血清和牛奶中副結(jié)核鳥分枝桿菌(Mycobacteriumaviumspp．Paratuberculosis，MAP)的磁免疫傳感方法，檢出限可達到15.5CFUs(colonyformingunits，CFUs)，遠遠低于其他傳統(tǒng)的方法。MRS免疫傳感器有以下幾個優(yōu)點：(a)分析速度快，因為磁顆粒的存在，檢測中可以通過磁分離而縮短分析時間；(b)信噪比高，將磁顆粒作為磁信號探針，大多數(shù)樣品中的磁信號可以忽略不計，是一種均相免疫分析方法；(c)特異性強，基于抗原與抗體的特異性結(jié)合，該方法具有良好的特異性；(d)所需樣品量少。但傳統(tǒng)的MRS免疫傳感器由于是基于磁顆粒狀態(tài)的改變，磁信號只在一定范圍內(nèi)和目標物的濃度成正相關(guān)，檢測的線性范圍較窄。

此外，由于磁顆粒的狀態(tài)改變?nèi)菀资艿綐悠坊|(zhì)等多因素的干擾，產(chǎn)生非特異性聚集，導致方法的穩(wěn)定性較差。為解決傳統(tǒng)基于磁顆粒狀態(tài)MRS的局限性，科研工作者開展了大量的工作。其中，采用新型的磁顆粒聚集介導信號放大策略能夠有效提高生物傳感器性能。Chen等構(gòu)建了一種基于磁/銀納米粒子自組裝的磁弛豫生物感應分析方法，并用于氯霉素(chloramphenicol，CAP)的高靈敏檢測。氯霉素是一種可以人工合成的廣譜性抗生素，濫用的CAP能夠通過食物鏈在人體富集，并產(chǎn)生細菌耐藥性、降低免疫力等嚴重危害。

我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部早在2003年第235號公告中就將CAP及其鹽、酯類列入禁用藥物，并明確規(guī)定在所有動物性食品中不得檢出CAP。該方法的原理是基于競爭性免疫反應，不同濃度的氯霉素競爭結(jié)合不同量的堿性磷酸酶(alkalinephosphatase，ALP)標記的單克隆抗體(alkalinephosphataseＧAntibody，ALPＧAb)，ALPＧAb中的ALP能夠催化抗壞血酸酯去磷酸化，產(chǎn)生具有還原性的抗壞血酸鹽，進而將銀離子還原為銀納米顆粒，磁納米顆粒進一步在其表面組裝形成磁/銀納米粒子，使磁顆粒由原先的單分散狀態(tài)變?yōu)榫奂癄顟B(tài)，導致T2信號的變化，從而對目標物進行定量分析。在本方法中ALP的催化放大作用及銀顆粒引導的信號產(chǎn)生和讀出機制，有效提高了磁弛豫傳感器的靈敏度。與傳統(tǒng)MRS免疫傳感器相比，此傳感器的靈敏度提高了50倍，分析性能良好，在有害小分子檢測方面具有良好的潛力。

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