免疫磁珠磁振觀測系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)研究

李　平

（長治醫(yī)學(xué)院，長治 046000）

免疫磁珠磁振觀測系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)研究

李平

（長治醫(yī)學(xué)院，長治 046000）

本文設(shè)計(jì)了一款觀測免疫磁珠在振動(dòng)磁場作用下磁振特性的系統(tǒng)，解決了處于微米級(jí)別的磁珠運(yùn)動(dòng)在肉眼下不可見的問題。 實(shí)驗(yàn)研究表明，系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足觀測要求，且磁珠振動(dòng)的頻率和振幅受振動(dòng)磁場的頻率和振幅的影響。

免疫磁珠 磁振 觀測 實(shí)驗(yàn)研究

引言

免疫分析是體外診斷的重要手段，包括病毒、腫瘤標(biāo)志物等多類檢測項(xiàng)目[1]，有均相免疫分析、非均相免疫分析。二者的主要差別在于免疫復(fù)合物是否需分離，其中，自動(dòng)化儀器中大多采用需將免疫復(fù)合物和其他游離物質(zhì)加以分離的非均相系統(tǒng)。

標(biāo)記免疫技術(shù)常用來增加靈敏度，以達(dá)到檢測微量、痕量甚至超痕量待測物的目的。化學(xué)發(fā)光免疫分析（CLIA）是以標(biāo)記發(fā)光劑為示蹤物信號(hào)建立起來的一種非放射性標(biāo)記免疫方法[2]。它是繼放射免疫、熒光免疫、酶免疫分析后的最新免疫檢測技術(shù)，具有靈敏度高、時(shí)間短、線性寬等優(yōu)點(diǎn)。在化學(xué)發(fā)光免疫分析中，待測物、發(fā)光標(biāo)記物和免疫磁珠[3]特異結(jié)合，通過測量此結(jié)合物在堿性環(huán)境下的發(fā)光值，從而測得待測物的濃度[4]。為了正確測量待測物的量，在進(jìn)行發(fā)光測量前，需先對免疫復(fù)合物進(jìn)行分離，去除未結(jié)合的發(fā)光標(biāo)記物。目前，流行的靶物質(zhì)為免疫磁珠。它有磁場響應(yīng)性，能被磁場吸附，便于物質(zhì)分離。

現(xiàn)有化學(xué)發(fā)光免疫分析儀多采用定磁分離，磁場強(qiáng)度不隨時(shí)間發(fā)生變化[5]。由于免疫磁珠間的磁引力，免疫磁珠懸浮在流場中易發(fā)生聚集，包裹未結(jié)合的發(fā)光標(biāo)記物，影響免疫復(fù)合物分離，甚至造成假陽性的錯(cuò)誤結(jié)果。所以，可改用振動(dòng)磁場，研究免疫磁珠在振動(dòng)磁場下的磁振。

本文的觀測系統(tǒng)可觀測免疫磁珠對振動(dòng)磁場的微觀響應(yīng)，使免疫磁珠在振動(dòng)磁場作用下的磁振性可視化，并通過實(shí)驗(yàn)來研究免疫磁珠在振動(dòng)磁場下的運(yùn)動(dòng)。

1　觀測系統(tǒng)

本文觀測系統(tǒng)主要由兩部分組成：一部分形成振動(dòng)磁場，另一部分是用于觀測免疫磁珠在振動(dòng)磁場下運(yùn)動(dòng)的顯微鏡系統(tǒng)。

1.1振動(dòng)磁場形成系統(tǒng)

系統(tǒng)采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)定磁模塊形成定磁場，由電壓控制其振動(dòng)頻率和振幅，以實(shí)現(xiàn)磁鐵的不同振動(dòng)特性。壓電陶瓷具有驅(qū)動(dòng)功率低、位移控制精度高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，其質(zhì)較脆，故不宜與磁場模塊直接相連，而是采用放大機(jī)構(gòu)間接將振動(dòng)傳至定磁模塊。其中，放大機(jī)構(gòu)終端與磁鐵模塊相連，不僅使壓電陶瓷更安全，而且使得壓電陶瓷輸出的位移被放大。圖1為Pro/E的三維模型圖，驅(qū)動(dòng)中藍(lán)色器件為PST150/5/60型壓電陶瓷，灰色為橢圓形位移放大結(jié)構(gòu)。

圖1　振動(dòng)磁場形成示意圖

電壓控制是根據(jù)壓電陶瓷位移與其兩端電壓呈一定函數(shù)關(guān)系的原理，通過控制電壓改變壓電陶瓷振動(dòng)振幅和頻率。位移量隨控制電壓增大而增大，隨控制電壓減小而減小。因此，只要改變電壓的波形或極性，即可實(shí)現(xiàn)精確的移動(dòng)與定位。系統(tǒng)采用波形發(fā)生器產(chǎn)生正弦波電壓，加之一定驅(qū)動(dòng)電路來控制壓電陶瓷的位移。

除了控制壓電陶瓷振動(dòng)的主要電路外，還連接有檢測裝置，包括位移測微儀、示波器等。示波器用來監(jiān)測壓電陶瓷輸出的位移波形，而位移測微儀可以檢測磁場振動(dòng)的位移值，即驅(qū)動(dòng)裝置終端輸出磁鐵模塊的位移。圖2為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和政府檢測裝置的實(shí)物圖。

圖2　驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和振幅監(jiān)測裝置

1.2顯微鏡系統(tǒng)

顯微鏡系統(tǒng)主要由顯微鏡、攝像頭和電腦組成。

系統(tǒng)選擇了倒置三目生物顯微鏡。盛免疫磁珠液的器皿有高度，且放置變磁模塊也需一定空間。倒置顯微鏡載物臺(tái)周圍空間較大，物鏡處于載物臺(tái)下方，方便放置上述器皿。由于器皿有一定厚度，需選擇物鏡工作距離大的倒置顯微鏡。同時(shí)，三目顯微鏡常常與相機(jī)、數(shù)碼攝像頭等相連，能在電腦顯示屏上顯示待測物的運(yùn)動(dòng)情況，且方便處理圖像。

整個(gè)系統(tǒng)如圖3所示。

圖3　觀測系統(tǒng)

2　實(shí)驗(yàn)研究

2.1實(shí)驗(yàn)材料及試劑

（1）免疫磁珠；

（2）蒸餾水，用于稀釋免疫磁珠，配置成不同濃度的免疫磁珠，如圖4所示；

（3）磁鐵，用銣鐵硼合金材料制成。

圖4　免疫磁珠液

2.2實(shí)驗(yàn)方法

調(diào)節(jié)顯微鏡，使目鏡下免疫磁珠清晰可見，并固定好與載物臺(tái)的距離，防止視野中丟失被觀測對象。然后，施加振動(dòng)磁場，設(shè)置不同的振動(dòng)振幅和頻率。最后，觀測磁珠在振動(dòng)磁場中的磁振狀態(tài)。

2.3實(shí)驗(yàn)步驟

（1）連接顯微鏡與計(jì)算機(jī)。經(jīng)由縮小鏡接口聯(lián)接攝像頭與顯微鏡，攝像頭另一端插入U(xiǎn)SB接口，與電腦相連。

（2）打開電腦軟件，開始采集圖像。

（3）使磁珠成像清晰。首先，在低倍鏡下觀察，轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)焦機(jī)構(gòu)，使視野內(nèi)有磁珠的像，選擇合適觀察范圍調(diào)到視場中央。然后，換高倍鏡，調(diào)節(jié)細(xì)調(diào)焦機(jī)構(gòu)，直到出現(xiàn)清晰圖像。

（4）固定磁珠與載物臺(tái)的距離。

（5）施加振動(dòng)磁場。

（6）觀測。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過調(diào)節(jié)電壓控制壓電陶瓷的振動(dòng)頻率和振幅。在顯微鏡下觀測免疫磁珠的磁振情況，得到如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

（1）定磁場振動(dòng)可使免疫磁珠振動(dòng)，且免疫磁珠的振動(dòng)會(huì)有遲滯。

（2）振動(dòng)頻率不宜過大。振動(dòng)頻率小于10Hz時(shí)，磁珠可振動(dòng)；超過10Hz時(shí)，磁珠不再振動(dòng)。

（3）振幅大，磁珠振動(dòng)幅度也大。

4　結(jié)論

本觀測系統(tǒng)可以使免疫磁珠對振動(dòng)磁場的磁振響應(yīng)在顯微鏡下可視化，并在電腦上可以得到實(shí)時(shí)圖像，滿足觀測要求。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)磁場的頻率和振幅會(huì)影響免疫磁珠的振動(dòng)，振動(dòng)頻率不能太大，且振幅越大，免疫磁珠振幅越大。

[1]羅欣，杜穎穎，張進(jìn)等.密度梯度離心和免疫磁珠分選相結(jié)合分離臍血中胎兒有核紅細(xì)胞[J].中國產(chǎn)前診斷雜志：電子版，2010，2（3）：4-7.

[2]薛盼，章竹君，張曉明.化學(xué)發(fā)光免疫分析檢測人血清中的癌胚抗原[J].分析化學(xué)，2011，39（1）：95-98.

[3]盛躍穎，陳敏.免疫磁珠分離技術(shù)在病原微生物檢測中的應(yīng)用[J].中國食品衛(wèi)生雜志，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，趙建文，李全朝.面向化學(xué)發(fā)光免疫檢測的復(fù)合物磁分離技術(shù)研究[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào)，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?？萍佳芯块_發(fā)項(xiàng)目（20091025）。