磁小體介導(dǎo)的生物傳感器研究進展

李舒婷 周子琦 田杰生 許文濤

（1. 北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院，北京 100083）

磁小體（Bacterial magnetosomes，BMs）是由趨磁細菌（Magnetotactic bacteria，MTB）合成的用于在其水生棲息地中進行地磁導(dǎo)航的專用細胞器。細菌磁小體的合成是通過高度控制磁性晶體的生物礦化來實現(xiàn)的。BMs由生物膜包裹的納米晶體組成，納米晶體大多數(shù)為磁鐵礦（Fe3O4），較少數(shù)的為硫復(fù)鐵礦（Fe3S4）［1］。BMs在細菌細胞中成鏈狀排列，增加了細菌細胞的磁偶極矩［2］。BMs表面帶負電荷，可以很容易的被其他功能活性基團修飾［3］。BMs粒徑分布在35-120 nm之間［4］，是單磁疇納米粒子［5］，具有順磁性［6］。此外，其還具有形態(tài)均勻［5］、比表面積大［7］及生物相容性高等特點［4］?；谶@些特性，科學(xué)家主要將其應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，包括：核磁共振成像［8-9］、靶向藥物遞送［4］、腫瘤磁熱療［10］等。

作為一種天然磁性納米材料，目前，基于BMs的生物傳感器相對較少，且不論是電化學(xué)生物傳感器還是熒光生物傳感器都主要通過在BMs表面共價或非共價修飾上抗體，利用抗原（靶物質(zhì)）抗體之間的特異性免疫反應(yīng)來達到檢測靶物質(zhì)的目的，檢測方法相對較單一。本文著重綜述了近些年來細菌磁小體介導(dǎo)的生物傳感器研究進展，旨為進一步研發(fā)該項技術(shù)及其應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)及提供技術(shù)支撐。

1 磁小體的基本特性及特點

1.1 磁小體的結(jié)構(gòu)及組成

BMs由外部的膜和內(nèi)部的磁性納米晶體組成。BMs內(nèi)部的磁性納米晶體大多數(shù)為磁鐵礦（Fe3O4），較少數(shù)的為硫復(fù)鐵礦（Fe3S4）［1］，磁鐵礦晶體形態(tài)根據(jù)提取它的細菌菌株而變化［2］，有立方八面體型、子彈型及矩形［11］。此外，還有淚滴狀、薄片狀等。BMs的外層膜為脂質(zhì)雙層膜，與生物體內(nèi)的細胞膜系統(tǒng)相似，由98%脂質(zhì)和2%其他化合物組成，包括蛋白質(zhì)；磷脂占總脂質(zhì)的58%，磷脂酰乙醇胺占總磷脂的50%。此外，一些蛋白質(zhì)還與磁小體的形成有關(guān)［5，12-13］。磁螺菌MS-1的磁小體膜中含有中性脂質(zhì)和游離脂肪酸，其中糖脂、硫脂和磷脂重量比為1∶4∶6，磷脂包括磷脂酰絲氨酸和磷脂酰乙醇氨基［4］。2014年，Xu等［14］在BMs表面檢測到超過200種蛋白質(zhì)，其中有些是磁小體特有的。Mam C和Mam F是趨磁細菌MSR-1中磁小體膜上最豐富的蛋白質(zhì)，是分別由125個氨基酸（12.4 kD）和111個氨基酸（12.3 kD）組成的小蛋白質(zhì)。相較于人工合成的磁性納米粒子，磁細菌產(chǎn)生的BMs具有非常完美的晶體結(jié)構(gòu)，而且種類較多，很多研究者都將BMs作為理想晶形的標準［15］。

1.2 磁小體的基本特性

作為具有獨特結(jié)構(gòu)的天然磁性納米粒子，BMs具有多種特性。當(dāng)趨磁細菌在最佳條件下培養(yǎng)時，磁小體的粒徑分布窄且形態(tài)均勻。磁小體通常是大的單磁疇納米粒子，在生理溫度下具有熱穩(wěn)定的磁矩［5］，并且磁鐵礦的磁矩比硫復(fù)鐵礦強得多［3］。另外，BMs還具有順磁性［6］及高生物相容性［4］。典型的BMs粒徑是在35-120 nm之間，然而在一些細菌中，也發(fā)現(xiàn)了大于200 nm的晶體［4］。但大部分的BMs表現(xiàn)出40-50 nm的尺寸分布［2］。小尺寸和完整的磁小體膜使BMs具有很大的表面積與體積比［7］。含有氨基殘基的磁小體膜覆蓋了每個BMs，可以利用交聯(lián)劑將蛋白質(zhì)固定在BMs表面［12］或通過羧基和氨基的反應(yīng)形成酰胺鍵修飾上其他功能活性基團。此外，Li等［16］從AMB-1菌株中提取出BMs并發(fā)現(xiàn)其具有固有的類過氧化物酶活性，可依賴這種活性清除活性氧，并且在可見光的照射下類過氧化物酶活性會增強。

1.3 磁小體的毒性

隨著磁小體在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的研究應(yīng)用，對磁小體進行毒性評估是必要的。Xiang等［17］評估了提取自磁螺菌MSR-1中的已經(jīng)純化和滅菌的BMs在體外對小鼠成纖維細胞的毒性，發(fā)現(xiàn)該BMs在體外對小鼠成纖維細胞沒有毒性。Sun等［18］檢測了BMs的急性毒性、免疫毒性和細胞毒性，確定了注射到SD大鼠舌下靜脈中BMs的LD50值是62.7 mg/kg。當(dāng)進一步注射40 mg/kg BMs時，在常規(guī)血液檢查結(jié)果，肝臟和腎臟功能測試，主要器官臟器指數(shù)或與ConA和/或LPS抗原結(jié)合的淋巴細胞刺激指數(shù)方面，BMs處理組和對照組大鼠之間沒有顯著差異；BMs處理大鼠的主要器官組織學(xué)檢查顯示除了肝中的空泡數(shù)量增加和肺中的小葉間隔稍厚外，沒有明顯的病理學(xué)變化。BMs對H22，HL60或EMT-6細胞幾乎沒有細胞毒性作用，用9 mg/mL BMs孵育時，3種細胞的生長都沒有被抑制也沒有被刺激，對DNA含量、細胞大小或細胞膜完整性也沒有影響。最近，Revathy等［19］在多種模型中對BMs的毒性進行了評估，其中包括人類紅細胞、白細胞、小鼠巨噬細胞系（J774）、洋蔥根尖和魚（Oreochromis mossambicus）。當(dāng)BMs濃度較低時，紅細胞和J774細胞沒有觀察到可檢測的形態(tài)改變，沒有檢測到白細胞的染色體畸變。此外，對魚也沒有毒性。他們得出結(jié)論，磁小體在較低濃度下是安全的，并且不會對生態(tài)系統(tǒng)造成任何潛在風(fēng)險。

1.4 磁小體的提取和純化方法

Erdal等［3］提到BMs的制備步驟較困難。在BMs提取和純化過程中一般都會輔助以超聲波加快BMs的分離。Chen等［7］利用超聲波破碎培養(yǎng)的磁螺菌MSR-1細菌細胞，然后再用Nd-Fe-B磁鐵對BMs進行富集，最后再純化得到BMs。Guo等［20］開發(fā)了一種新的快速連續(xù)程序，用于大規(guī)模提取和純化磁螺菌MSR-1細胞中的BMs。該程序主要包括4步：第一步，用高壓勻漿器破碎細菌細胞，直到超過90%被裂解，裂解率可通過顯微鏡進行測定；第二步，用持續(xù)磁力分離系統(tǒng)MIS并伴隨低功率超聲波處理和尿素處理分離BMs，直到廢棄物中的蛋白質(zhì)在280 nm的吸光度下檢測不到；第三步，用蛋白酶K去除被吸附的蛋白質(zhì)和表面蛋白質(zhì)并采用電洗脫去除核酸，直到檢測不到蛋白質(zhì)和核酸污染物；最后一步，用磁力攪拌系統(tǒng)中的蒸餾水代替緩沖液洗滌BMs。在冷凍干燥和用γ射線處理后，將純化的BMs保存在-20℃即可?？梢酝ㄟ^采用十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDSPAGE）、聚合酶鏈式反應(yīng)（Polymerase chain reaction，PCR）和傅立葉變換紅外光譜對所得到的BMs的純度進行評價。Pi等［21］從一種可以容易地在常規(guī)實驗室或商業(yè)環(huán)境中孵育的MTB中提取出了15 nm大小的BMs。他們先將含有MTB的肉湯培養(yǎng)基進行離心，多次洗滌得到?jīng)]有細胞碎片的純沉淀物，再利用超聲波細胞破碎系統(tǒng)設(shè)置10 s超聲和3 s間隔，超聲破碎30 min以從MTB體中釋放BMs。

1.5 磁小體形態(tài)結(jié)構(gòu)表征和組分元素分析

對BMs形態(tài)結(jié)構(gòu)進行解析能夠便于研究者更好地利用BMs來進行實驗?？梢酝ㄟ^掃描電鏡圖（Scanning electron microscope，SEM） 來 觀 察BMs［22］。透射電子顯微鏡（Transmission electron microscope，TEM）也可用于對BMs的結(jié)構(gòu)進行觀察，TEM提供了許多關(guān)于磁小體結(jié)構(gòu)的重要發(fā)現(xiàn)。Mann等［23］采用高分辨率透射電子顯微鏡（High resolution transmission electron microscopy，HRTEM）探究了從磁球菌細胞中分離的磁鐵礦顆粒。結(jié)果顯示顆粒具有與磁鐵礦結(jié)構(gòu)一致的晶格圖像，并且是單疇結(jié)構(gòu)，具有高度的晶體完美性。Feng等［24］在研究Mms 6磁小體蛋白質(zhì)的整合自組裝以形成鐵應(yīng)答結(jié)構(gòu)時表示，Mms 6是來自磁螺菌菌株AMB-1的60個氨基酸的小蛋白質(zhì)，其可以促進順磁磁鐵礦納米晶體的體外生長，在水溶液中組裝形成球形膠束可通過TEM可視化。但是，利用TEM進行觀察需要對生物樣品進行如固定、染色、脫水、包埋和薄切片等實驗操作，這些過程均可能會損害或改變生物標本的天然結(jié)構(gòu)。利用原子力顯微鏡（Atomic force microscope，AFM）觀察時，在樣品的光柵掃描期間，樣品的表面輪廓通過檢測樣品與AFM針頭之間的相互作用而成像。AFM能夠在接近原始的條件下以高信噪比使生物標本可視化，在分子分辨率下也能夠觀察到亞細胞大小的細菌細胞器的構(gòu)成［25］。Yamamoto等［25］應(yīng)用AFM來調(diào)查磁性螺旋菌AMB-1 中BMs的空間構(gòu)型。AFM觀察結(jié)果表明包裹在磁鐵礦晶體周圍的有機層的厚度大約為7 nm，并且BMs相關(guān)蛋白Mam A位于有機層的表面，BMs的最外層是由BMs相關(guān)蛋白的無定形層形成。將TEM與X射線能量色散譜（EDXS-TEM）結(jié)合能夠分析BMs的化學(xué)組分，空氣-乙炔火焰光譜能用來對元素進行分析［21］。

2 磁小體用于靶物質(zhì)富集

2.1 磁小體用于病原菌富集

在BMs表面固定上抗體，通過抗原抗體反應(yīng)吸附病原菌，然后利用外部施加的磁場可實現(xiàn)病原菌的快速富集和分離。早在20世紀末，就有科學(xué)家利用BMs來對致病菌進行富集和檢測，Nakamura等［12］就用將異硫氰酸熒光素綴合的單克隆抗大腸桿菌抗體固定在細菌磁性顆粒BMs上用于高選擇性的富集和除去細菌懸浮液中的大腸桿菌。2010年，Li等［26］通過雙琥珀酰亞胺辛二酸酯鈉鹽（BS3）交聯(lián)劑將多克隆抗體與BMs表面上的氨基進行連接以形成功能磁性載體，并用于捕獲食品樣品中的沙門氏菌，利用外部的磁場實現(xiàn)樣品中沙門氏菌的富集與分離。2014年，Xu等［14］利用表面展示技術(shù)通過將葡萄球菌蛋白A（Staphylococcal protein A，SPA）（一種來自金黃色葡萄球菌細胞壁的免疫球蛋白結(jié)合蛋白）與Mam C或Mam F這兩種BMs（來自趨磁細菌MSR-1）膜表面最多的蛋白質(zhì)進行融合，從而使SPA在BMs上大量表達。這種重組磁小體表面的SPA能夠與哺乳動物抗體（Abs）的Fc區(qū)自主裝。將得到的磁小體/抗體復(fù)合物用于捕獲富集致病菌，發(fā)現(xiàn)1 mg的復(fù)合物能夠捕獲多達1.74×107個副溶血性弧菌細胞。

2.2 磁小體用于磷酸化肽富集

不久前，Huang等［27］首次報道BMs可以直接將Zr4+和Fe3+吸附在其表面上不需要任何其他的修飾，這種吸附了金屬離子的表面對α-、β-和牛奶酪蛋白的胰蛋白酶消化物中的磷酸化肽具有選擇能力，可在30 s內(nèi)快速富集磷酸化肽。結(jié)果顯示每克BMs可以固定5.909×10-4moL的Fe3+和3.946×10-4moL的Zr4+，因此Fe3+固定的BMs可在較低濃度條件下檢測磷酸化肽。離子固定的量之間存在差異可以用兩種離子之間不同配位性質(zhì)來解釋：BMs膜上除了磷脂之外，還含有硫脂，因此，F(xiàn)e3+可以通過Fe-O（磷脂）和Fe-S（硫脂）配位鍵連接到BMs上，而Zr4+只有Zr-O（磷脂）配位。并且當(dāng)Fe3+固定的BMs只能富集單一的磷酸化肽時，Zr4+固定的BMs可以同時富集多種磷酸化肽。此外，BMs本身還可以直接通過BMs和磷酸化肽之間的弱相互作用從α-酪蛋白消化物中富集一種磷酸化肽。

圖1 免疫磁小體（IMS）的構(gòu)建和CTC富集過程［28］

2.3 磁小體用于腫瘤細胞富集

2016年，Xiong等［28］合成了仿生免疫磁小體用于高通量富集血液中的循環(huán)腫瘤細胞（Circulating tumor cells，CTCs）。如圖1所示，首先通過靜電相互作用在Fe3O4磁性納米簇（Magnetic nanoclusters，MNCs）表面覆蓋一層白細胞膜碎片形成復(fù)合物（LMNC）。這層白細胞膜帶有疊氮化物（N3），是作者通過將白細胞與疊氮化膽堿共同孵育在白細胞膜上產(chǎn)生N3預(yù)先設(shè)計的。隨后，N3-LMNCs可以用高活性的二苯并環(huán)辛烯基團修飾的抗體（DBCO-Ab）通過點擊化學(xué)以可控的密度進行修飾。由此產(chǎn)生的抗體修飾的仿生免疫磁小體被賦予了優(yōu)越的CTCs識別效率，近90%的罕見腫瘤細胞可在15 min內(nèi)被該免疫磁小體從全血中捕獲；由于同源性，免疫磁小體與白細胞之間存在斥力因此可顯著降低白細胞干擾，在富集的CTCs中檢測不到白細胞的存在。

2.4 磁小體用于真菌毒素富集

最近，Pi等［21］通過化學(xué)鍵合將黃曲霉毒素B1（Aflatoxin B1，AFB1）多克隆抗體連在天然BMs上構(gòu)建了一種磁小體-AFB1抗體免疫磁性探針，并用這種磁性探針富集和除去植物油中的AFB1毒素。用此免疫磁性探針從人為AFB1污染的商業(yè)植物油中富集AFB1的15 min過程中，回收率可高達93.7%。與傳統(tǒng)的Fe3O4磁性納米顆粒-AFB1抗體探針相比（4 ng/mg），這種新構(gòu)建的磁小體-AFB1抗體免疫磁性探針對植物油中AFB1毒素的富集能力（115 ng/mg）高了28倍。且這種免疫磁性探針經(jīng)過簡單的激活可以重復(fù)使用，通過在BMs表面附著上不同的抗體還可以開發(fā)出一系列磁小體-抗體免疫磁性探針用于其他靶物質(zhì)的富集。

3 磁小體介導(dǎo)的電化學(xué)生物傳感器

將BMs應(yīng)用于電化學(xué)生物傳感器的研究相對較少，目前僅發(fā)現(xiàn)一例。即2013年，Wu等［22］首次構(gòu)建了一種基于BMs的電化學(xué)免疫傳感器用于檢測葡萄球菌腸毒素B（Staphylococcal enterotoxin B，SEB）。這種電化學(xué)免疫傳感器主要依賴SEB孵育后電極阻抗的變化來對SEB進行定量測定。其構(gòu)建過程如圖2所示。在實驗中，該免疫傳感器是直接通過物理吸附逐層組裝構(gòu)建的，通過共價鍵合法合成SEB抗體功能化的BMs。所使用的BMs不僅提供了更大的比表面積以增加抗體的固定量和免疫反應(yīng)速率，而且還提供了良好的分散性以在金電極表面形成光滑致密的膜。已經(jīng)構(gòu)建好的傳感器能夠在大約20 min內(nèi)實現(xiàn)對SEB的快速檢測，檢測范圍0.05-5 ng/mL，檢測限為0.017 ng/mL；而采用沒有BMs的檢測方法檢測SEB，檢測限為0.033 ng/mL，相對更高。該方法具有線性范圍寬、檢出限低、特異性好、穩(wěn)定性強、回收率高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點，最重要的是可以將其應(yīng)用于實際樣品的檢測。

圖2 電化學(xué)免疫傳感器的制備過程［22］

4 磁小體介導(dǎo)的熒光生物傳感器

基于BMs構(gòu)建熒光生物傳感器相較于其他類型生物傳感器研究較多。Ota等［29］通過使用基于BMs的雜交方法檢測轉(zhuǎn)化生長因子-β1（Transforming growth factor-β1，TGF-β1）基因內(nèi)的單核苷酸多態(tài)性（Single nucleotide polymorphism，SNP）。先使用交聯(lián)劑將用于檢測TGF-β1中SNP的短（9個堿基）和特異性DNA檢測探針固定在BMs上。用熒光染料香豆素標記TGF-β1的PCR產(chǎn)物（139 bp），并與BMs上的檢測探針雜交，最后通過測定熒光強度來成功區(qū)分SNP基因型。與一個堿基錯配雜交相比，完全互補雜交產(chǎn)生的熒光強度要高出4倍。這種方法適用于自動化工作系統(tǒng)，以實現(xiàn)高通量SNP檢測。該系統(tǒng)還具有對其他類型的SNP進行基因分型的潛力，并且還可用于鑒定插入或缺失多態(tài)性。Ceyhan等［6］采用了兩種策略在BMs的表面修飾上生物素得到生物素化的BMs。隨后，他們采用鏈霉親和素作為連接體在生物素化的BMs表面連接上生物素修飾的寡核苷酸鏈或抗體形成官能化BMs納米復(fù)合物。作者基于這種納米復(fù)合物設(shè)計了熒光生物傳感器用于蛋白質(zhì)檢測實驗，小鼠免疫球蛋白G（Immunoglobulin G，IgG）作為檢測模型。其構(gòu)建原理如圖3所示，首先通過免疫吸附將捕獲抗體（多克隆抗小鼠IgG）固定在微孔反應(yīng)板上用于小鼠IgG抗原固定，隨后讓連接有抗小鼠IgG和寡核苷酸鏈的雙功能化的BMs納米復(fù)合物與微孔反應(yīng)板上固定化抗原結(jié)合，然后讓雙功能化的納米復(fù)合物通過特異性DNA雜交來捕獲DNA-鏈霉親和素-堿性磷酸酶綴合物，最后加入熒光堿性磷酸酶的底物Attophos，根據(jù)測量得到的熒光信號強度來判定IgG的含量。

圖3 在夾心免疫測定中使用抗體/DNA-官能化的生物磁小體粒子（MP）作為試劑的示意圖［6］

在2009年，Chen等［7］通過熒光免疫實驗使用從磁螺菌MSR-1中提取出的細菌磁粒子BMs與抗體和異硫氰酸熒光素形成的復(fù)合物對兩種果樹病毒：枯枝壞死環(huán)斑病毒（Prunus necrotic ring spot virus，PNRSV）和葡萄扇葉病毒（Grapevine fanleaf virus，GFLV）進行了精確高靈敏檢測。采用這種方法，可以檢測到極低的抗原濃度（原始樣品濃度的1×106稀釋）。而使用雙抗體夾心酶聯(lián)免疫反應(yīng)（Double antibody sandwich enzyme linked immunosorbent assay，DAS-ELISA），最小抗原檢測濃度是原始樣品濃度。因此，基于BMs的方法比基于ELISA檢測PNRSV和GFLV的方法靈敏度提高了6個數(shù)量級（106）。兩種病毒的濃度線性檢測范圍都在1×10-6-1×10-3。

5 磁小體介導(dǎo)的磁生物傳感器

由于BMs的單磁疇和順磁特性，常常被用作磁標記物應(yīng)用于生物傳感器中。Amemiya等［30］開發(fā)了一種使用綴合了生物素的BMs用于鏈霉親和素檢測的系統(tǒng)，如圖4所示。其中，BMs用作磁力顯微鏡（Magnetic force microscopy，MFM）成像的磁性標記物。這是第一篇使用單疇納米磁性顆粒作為生物傳感的磁性標記的報告。在實驗中，使用MFM可以在不施加外部磁場的情況下從單個顆粒中獲得磁信號。該技術(shù)的最低鏈霉親和素檢測限為1 pg/mL，比常規(guī)的熒光檢測系統(tǒng)靈敏度高100倍。該測定系統(tǒng)還可用于高靈敏度的免疫測定和DNA檢測。

圖4 使用生物素-BMP和MFM對鏈霉親和素進行磁性檢測的程序［30］

6 磁小體介導(dǎo)的其他生物傳感技術(shù)

6.1 縱向表面等離子體共振檢測法

2013年，Sun等［31］第一次使用抗體功能化的金納米棒（Gold nanorods，GNRs）作為信號探針和抗原-卵白蛋白（Ovalbumin，OVA）修飾的生物磁小體作為信號放大探針，開發(fā)了一種簡單的縱向表面等離子共振（Longitudinal surface plasmon resonance，LSPR）檢測方法，用于同時進行紫外-可見檢測海鮮中的培氟沙星（Pefloxacin，PEF）和微囊藻毒素LR（Microcystin-LR，MC-LR）。如圖5所示，該傳感器是根據(jù)抗原-OVA可以與抗體和游離抗原進行競爭的原理構(gòu)建的?？贵w功能化的GNRs和抗原-OVA修飾的BMs可以根據(jù)游離抗原的濃度形成不同大小的聚集體。組裝到GNRs表面的BMs的數(shù)量越多，GNR的LSPR的紅移越高。隨著游離抗原濃度的增加，組裝的BMs數(shù)量會減少，GNRs的紅移也會隨之減少。通過磁分離和信號放大效應(yīng)及當(dāng)GNRs縱橫比發(fā)生變化時，LSPR吸收光譜產(chǎn)生的獨特光學(xué)性質(zhì)；LSPR免疫測定法可靈敏和選擇性的同時檢測PEF和MC-LR。整個分析時間少于3 h，PEF和MC-LR的檢測線性范圍均為1-20 ng/mL。與無BMs的LSPR測定相比，響應(yīng)信號放大2.5-5.0倍。

6.2 磁免疫-PCR

Wacker等［32］在傳統(tǒng)的免疫-PCR的技術(shù)上進行創(chuàng)新構(gòu)建了磁免疫-PCR（Magneto immuno-PCR，M-IPCR）。這種M-IPCR是在抗體功能化的BMs上建立的?？贵w功能化的磁小體結(jié)合物主要用于產(chǎn)生信號的檢測復(fù)合物的固定和磁性富集。M-IPCR的一般原理與雙面（三明治）免疫分析法相似。該實驗的抗原檢測模型是重組乙型肝炎表面抗原（Hepatitis B surface antigen，HBsAg）。首先，使用NHS-生物素將BMs膜初始生物素化，然后使用膜結(jié)合的生物素基團結(jié)合鏈霉親和素；隨后，將鏈霉親和素官能化的BMs與生物素化的抗HBsAg抗體偶聯(lián)形成復(fù)合物，再以HBsAg抗原作為連接體，通過抗原抗體反應(yīng)連上DNA-抗體結(jié)合物形成了可產(chǎn)生信號的檢測復(fù)合物；使用磁力分離法洗滌所得到的檢測復(fù)合物顆粒，重新懸浮后，將確定體積的檢測復(fù)合物溶液轉(zhuǎn)移至含有PCR主混合物的微孔板中以實現(xiàn)固定化抗原的實時PCR檢測。其線性檢測范圍為200 ng/mL-320 pg/mL，檢測限為320 pg/mL。作者將BMs與商業(yè)用磁珠作為磁性載體進行了比較發(fā)現(xiàn)，使用BMs構(gòu)建的M-IPCR具有更高的信噪比，更低的標準偏差和更好的靈敏度。相比較于商業(yè)用磁珠而言，靈敏度提高了約25倍。

圖5 使用指定的金納米棒探針和磁小體探針開發(fā)的縱向表面等離子體共振測定的示意圖［31］

7 結(jié)語

目前，相較于人工合成磁納米粒子，科學(xué)家將磁細菌產(chǎn)生的天然磁性納米顆粒BMs應(yīng)用到生物傳感器中的研究相對較少，且形式較單一，沒有比色和化學(xué)發(fā)光等類型的生物傳感器，這可成為未來的研究方向。且不管何種類型的生物傳感器，都主要通過在BMs表面共價或非共價修飾上抗體，利用抗原抗體之間的特異性免疫反應(yīng)來達到檢測靶物質(zhì)的目的，檢測的靶物質(zhì)主要傾向于蛋白質(zhì)類的生物大分子，沒有發(fā)現(xiàn)對寡核苷酸鏈、糖苷類、金屬離子等物質(zhì)的檢測。這是今后基于BMs構(gòu)建生物傳感器需要克服的關(guān)鍵技術(shù)之一。

利用抗體功能化的BMs來實現(xiàn)靶物質(zhì)的檢測局限性較大，能夠檢測的靶物質(zhì)較少，且制作成本較高。BMs膜表面含有大量的氨基，可以通過在BMs表面共價修飾上各種不同的功能活性物質(zhì)，如適配體等，并結(jié)合BMs的順磁特性來構(gòu)建生物傳感器實現(xiàn)其他類型的靶物質(zhì)的快速檢測。BMs的毒性較低，可在外部磁場的控制下定向移動，因此，將其應(yīng)用于體內(nèi)實現(xiàn)體內(nèi)物質(zhì)的檢測也是未來科學(xué)家可以進行研究突破的。BMs相較于人工合成磁性納米粒子具有突出的優(yōu)勢，BMs介導(dǎo)的生物傳感器應(yīng)用前景廣泛。