傳統(tǒng)的檢測(cè)方法大多依賴于精密儀器，雖然測(cè)定準(zhǔn)確、靈敏度高，但儀器價(jià)格高、難以便攜、操作復(fù)雜，從而限制了其在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中的應(yīng)用。因此，越來(lái)越多的科研工作者致力于研究快速、便捷、簡(jiǎn)單的檢測(cè)手段，以期能夠有效監(jiān)測(cè)食品安全問(wèn)題以及實(shí)現(xiàn)臨床早期診斷，快速檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。近年來(lái)，各種快速檢測(cè)技術(shù)被報(bào)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(xué)、生物等多學(xué)科交叉融合而發(fā)展起來(lái)的高新檢測(cè)技術(shù)，主要通過(guò)生物分子識(shí)別元件(如抗體、酶、核酸等)識(shí)別目標(biāo)物，然后利用信號(hào)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為光、電、磁等易于捕獲識(shí)別的信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物簡(jiǎn)易高效分析的方法。

因其檢測(cè)快速、自動(dòng)化程度高、易于操作，生物傳感器已經(jīng)在生物化學(xué)分析、食品安全檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。主要包括電化學(xué)生物傳感器、光學(xué)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(cè)經(jīng)濟(jì)性、樣品基質(zhì)干擾等方面的影響，其性能在快速檢測(cè)方面尚需進(jìn)一步提高。

磁弛豫生物傳感器(magneticreＧlaxationswitching，MRS)亦是近年來(lái)多次被報(bào)道的生物傳感技術(shù)之一。MRS傳感器是以磁弛豫時(shí)間作為讀出信號(hào)，進(jìn)行目標(biāo)物定性定量的快速檢測(cè)方法，具有檢測(cè)快速、操作簡(jiǎn)單、信噪比高、易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，是快速檢測(cè)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(jī)制、研究進(jìn)展、應(yīng)用領(lǐng)域等方面進(jìn)行了介紹，并對(duì)MRS傳感器的發(fā)展進(jìn)行了展望，以期能夠促進(jìn)快速檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)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(kāi)始于磁納米顆粒介導(dǎo)的水分子弛豫時(shí)間縮短現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。在物理學(xué)上，弛豫指的是某種平衡狀態(tài)被破壞后，又恢復(fù)到平衡態(tài)的過(guò)程，用弛豫時(shí)間來(lái)衡量弛豫過(guò)程的快慢。在核磁共振中，弛豫過(guò)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(shí)間(longitudinalrelaxationtime，T１)和橫向弛豫時(shí)間(transverserelaxationtime，T2)進(jìn)行衡量。2002年，Weissleder課題組首次報(bào)道了磁弛豫現(xiàn)象，當(dāng)超順磁納米顆粒(superparamagneticnanoparticles，MNPs，簡(jiǎn)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(shí)，能夠引起其局部磁場(chǎng)均勻性發(fā)生改變，形成非均勻局部磁場(chǎng)，而不均勻磁場(chǎng)可加快周圍水分子質(zhì)子的橫向弛豫速度，進(jìn)而縮短橫向弛豫時(shí)間。

目前，磁弛豫時(shí)間傳感現(xiàn)象以及相應(yīng)傳感器的開(kāi)發(fā)仍是研究的熱點(diǎn)之一。基于對(duì)磁弛豫傳感現(xiàn)象的深入研究，各式各樣的MRS傳感器被開(kāi)發(fā)和完善并廣泛應(yīng)用于食品安全檢測(cè)、臨床診斷分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域(圖１)，配合便攜式的微型核磁共振儀，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。

2磁弛豫生物傳感器的分類

2.1磁顆粒介導(dǎo)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(jìn)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(hào)探針，在檢測(cè)分析過(guò)程中通過(guò)給體Ｇ受體的特異性識(shí)別作用導(dǎo)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(huì)影響局部磁場(chǎng)的均勻性，周圍水分子擴(kuò)散經(jīng)過(guò)這些不均勻磁場(chǎng)時(shí)導(dǎo)致質(zhì)子橫向弛豫加速，縮短橫向弛豫時(shí)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(biāo)物含量成正相關(guān)，從而達(dá)到定量定性檢測(cè)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(cè)(圖2A)。

該方法檢出限為5個(gè)病毒/10μL血清(25％的蛋白)，并且由于無(wú)需PCR擴(kuò)增過(guò)程，有效提高了檢測(cè)效率，具有快速、高靈敏等優(yōu)點(diǎn)。KaitＧtanis等基于同樣的原理建立了檢測(cè)血清和牛奶中副結(jié)核鳥(niǎo)分枝桿菌(Mycobacteriumaviumspp．Paratuberculosis，MAP)的磁免疫傳感方法，檢出限可達(dá)到15.5CFUs(colonyformingunits，CFUs)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他傳統(tǒng)的方法。MRS免疫傳感器有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(a)分析速度快，因?yàn)榇蓬w粒的存在，檢測(cè)中可以通過(guò)磁分離而縮短分析時(shí)間；(b)信噪比高，將磁顆粒作為磁信號(hào)探針，大多數(shù)樣品中的磁信號(hào)可以忽略不計(jì)，是一種均相免疫分析方法；(c)特異性強(qiáng)，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(hào)只在一定范圍內(nèi)和目標(biāo)物的濃度成正相關(guān)，檢測(cè)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(dǎo)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(kāi)展了大量的工作。其中，采用新型的磁顆粒聚集介導(dǎo)信號(hào)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(yīng)分析方法，并用于氯霉素(chloramphenicol，CAP)的高靈敏檢測(cè)。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(guò)食物鏈在人體富集，并產(chǎn)生細(xì)菌耐藥性、降低免疫力等嚴(yán)重危害。

我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部早在2003年第235號(hào)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(dòng)物性食品中不得檢出CAP。該方法的原理是基于競(jìng)爭(zhēng)性免疫反應(yīng)，不同濃度的氯霉素競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合不同量的堿性磷酸酶(alkalinephosphatase，ALP)標(biāo)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(jìn)而將銀離子還原為銀納米顆粒，磁納米顆粒進(jìn)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(dǎo)致T2信號(hào)的變化，從而對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行定量分析。在本方法中ALP的催化放大作用及銀顆粒引導(dǎo)的信號(hào)產(chǎn)生和讀出機(jī)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(cè)方面具有良好的潛力。

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