免疫磁珠磁振观测系统及其实验研究

李　平

（长治医学院，长治 046000）

免疫磁珠磁振观测系统及其实验研究

李平

（长治医学院，长治 046000）

本文设计了一款观测免疫磁珠在振动磁场作用下磁振特性的系统，解决了处于微米级别的磁珠运动在肉眼下不可见的问题。 实验研究表明，系统设计满足观测要求，且磁珠振动的频率和振幅受振动磁场的频率和振幅的影响。

免疫磁珠 磁振 观测 实验研究

引言

免疫分析是体外诊断的重要手段，包括病毒、肿瘤标志物等多类检测项目[1]，有均相免疫分析、非均相免疫分析。二者的主要差别在于免疫复合物是否需分离，其中，自动化仪器中大多采用需将免疫复合物和其他游离物质加以分离的非均相系统。

标记免疫技术常用来增加灵敏度，以达到检测微量、痕量甚至超痕量待测物的目的。化学发光免疫分析（CLIA）是以标记发光剂为示踪物信号建立起来的一种非放射性标记免疫方法[2]。它是继放射免疫、荧光免疫、酶免疫分析后的最新免疫检测技术，具有灵敏度高、时间短、线性宽等优点。在化学发光免疫分析中，待测物、发光标记物和免疫磁珠[3]特异结合，通过测量此结合物在碱性环境下的发光值，从而测得待测物的浓度[4]。为了正确测量待测物的量，在进行发光测量前，需先对免疫复合物进行分离，去除未结合的发光标记物。目前，流行的靶物质为免疫磁珠。它有磁场响应性，能被磁场吸附，便于物质分离。

现有化学发光免疫分析仪多采用定磁分离，磁场强度不随时间发生变化[5]。由于免疫磁珠间的磁引力，免疫磁珠悬浮在流场中易发生聚集，包裹未结合的发光标记物，影响免疫复合物分离，甚至造成假阳性的错误结果。所以，可改用振动磁场，研究免疫磁珠在振动磁场下的磁振。

本文的观测系统可观测免疫磁珠对振动磁场的微观响应，使免疫磁珠在振动磁场作用下的磁振性可视化，并通过实验来研究免疫磁珠在振动磁场下的运动。

1　观测系统

本文观测系统主要由两部分组成：一部分形成振动磁场，另一部分是用于观测免疫磁珠在振动磁场下运动的显微镜系统。

1.1振动磁场形成系统

系统采用压电陶瓷驱动定磁模块形成定磁场，由电压控制其振动频率和振幅，以实现磁铁的不同振动特性。压电陶瓷具有驱动功率低、位移控制精度高、响应快等优点，其质较脆，故不宜与磁场模块直接相连，而是采用放大机构间接将振动传至定磁模块。其中，放大机构终端与磁铁模块相连，不仅使压电陶瓷更安全，而且使得压电陶瓷输出的位移被放大。图1为Pro/E的三维模型图，驱动中蓝色器件为PST150/5/60型压电陶瓷，灰色为椭圆形位移放大结构。

图1　振动磁场形成示意图

电压控制是根据压电陶瓷位移与其两端电压呈一定函数关系的原理，通过控制电压改变压电陶瓷振动振幅和频率。位移量随控制电压增大而增大，随控制电压减小而减小。因此，只要改变电压的波形或极性，即可实现精确的移动与定位。系统采用波形发生器产生正弦波电压，加之一定驱动电路来控制压电陶瓷的位移。

除了控制压电陶瓷振动的主要电路外，还连接有检测装置，包括位移测微仪、示波器等。示波器用来监测压电陶瓷输出的位移波形，而位移测微仪可以检测磁场振动的位移值，即驱动装置终端输出磁铁模块的位移。图2为驱动系统和政府检测装置的实物图。

图2　驱动系统和振幅监测装置

1.2显微镜系统

显微镜系统主要由显微镜、摄像头和电脑组成。

系统选择了倒置三目生物显微镜。盛免疫磁珠液的器皿有高度，且放置变磁模块也需一定空间。倒置显微镜载物台周围空间较大，物镜处于载物台下方，方便放置上述器皿。由于器皿有一定厚度，需选择物镜工作距离大的倒置显微镜。同时，三目显微镜常常与相机、数码摄像头等相连，能在电脑显示屏上显示待测物的运动情况，且方便处理图像。

整个系统如图3所示。

图3　观测系统

2　实验研究

2.1实验材料及试剂

（1）免疫磁珠；

（2）蒸馏水，用于稀释免疫磁珠，配置成不同浓度的免疫磁珠，如图4所示；

（3）磁铁，用铷铁硼合金材料制成。

图4　免疫磁珠液

2.2实验方法

调节显微镜，使目镜下免疫磁珠清晰可见，并固定好与载物台的距离，防止视野中丢失被观测对象。然后，施加振动磁场，设置不同的振动振幅和频率。最后，观测磁珠在振动磁场中的磁振状态。

2.3实验步骤

（1）连接显微镜与计算机。经由缩小镜接口联接摄像头与显微镜，摄像头另一端插入USB接口，与电脑相连。

（2）打开电脑软件，开始采集图像。

（3）使磁珠成像清晰。首先，在低倍镜下观察，转动粗调焦机构，使视野内有磁珠的像，选择合适观察范围调到视场中央。然后，换高倍镜，调节细调焦机构，直到出现清晰图像。

（4）固定磁珠与载物台的距离。

（5）施加振动磁场。

（6）观测。

3　实验结果

通过调节电压控制压电陶瓷的振动频率和振幅。在显微镜下观测免疫磁珠的磁振情况，得到如下实验结果：

（1）定磁场振动可使免疫磁珠振动，且免疫磁珠的振动会有迟滞。

（2）振动频率不宜过大。振动频率小于10Hz时，磁珠可振动；超过10Hz时，磁珠不再振动。

（3）振幅大，磁珠振动幅度也大。

4　结论

本观测系统可以使免疫磁珠对振动磁场的磁振响应在显微镜下可视化，并在电脑上可以得到实时图像，满足观测要求。经过实验研究发现，振动磁场的频率和振幅会影响免疫磁珠的振动，振动频率不能太大，且振幅越大，免疫磁珠振幅越大。

[1]罗欣，杜颖颖，张进等.密度梯度离心和免疫磁珠分选相结合分离脐血中胎儿有核红细胞[J].中国产前诊断杂志：电子版，2010，2（3）：4-7.

[2]薛盼，章竹君，张晓明.化学发光免疫分析检测人血清中的癌胚抗原[J].分析化学，2011，39（1）：95-98.

[3]盛跃颖，陈敏.免疫磁珠分离技术在病原微生物检测中的应用[J].中国食品卫生杂志，2011，23（5）：478-481.

[4]Fan A，Cao ZJ，Li H，Kai M，Lu J Z. Chemilumicescence Platforms in Immunoassay and DNA Analyses[J]. Analytical Sciences，2009，25（5）：587-597.

[5]姚玉峰，赵建文，李全朝.面向化学发光免疫检测的复合物磁分离技术研究[J].分析科学学报，2014，30（3）：297-302.

The Observation System to The Magnetic Resonance of The Immune Magnetic Beads and The Experimental Research

LI Ping
(Department of Biomedical Engineering, Chang Zhi Medical College, Changzhi 046000)

The system was designed what can observe the magnetic resonance of the immune magnetic beads under the effect of vibrating magnetic field, and the problem was solved that the motion of magnetic beads at the m icro level was not vis ible from the naked eye. T he vibrating magnetic field was produced by the vibrating constant magnetic field actuated by piezoelectric ceramic. The microscope was used to observe the motion of magnetic beads under the action of vibrating magnetic field, and through the experimental res earch, the following conclus ions are obtained: the observation system meets the demand and the vibr ation frequency and amplitude of magnetic beads is influenced by the vibration frequency and amplitude of magnetic field.

immune magnetic beads, Magnetic resonance, Observation, Experimental study

山西省高校科技研究开发项目（20091025）。