基于磁分离技术的生物传感器研究进展

李杜娟 冯 硕 樊 凯 刘红英 王高峰 苏 畅

1(杭州电子科技大学自动化学院，杭州 310018)

2(杭州电子科技大学电子信息学院，杭州 310018)

3(浙江大学医学院附属儿童医院，杭州 310051)

引言

一些具有高度传染性的病毒易从人体传播到人体，并引发严重的疫情。例如，1957年亚洲流感(H2N2)和1968年香港流感(H3N2)，造成了大量的民众死亡[1]。而最近新型冠状病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19)疫情严重，感染人数众多，给世界上多个国家和人民造成了巨大的损失。为了防止病毒的大规模传播，减少病毒给民众带来的生命、财产损失，迫切需要建立简便、快速、灵敏的医学检测方法。

生物传感器通过将生物敏感材料固定在传感器表面，利用生物分子间的特异性识别或反应，实现对诸多目标物的特异性检测，因其具有体积小、成本低、反应速度快的优点，已被广泛应用于医学检测、食品安全检测等领域[2-4]。

研究发现，磁珠(magnetic beads, MBs)具有尺寸小、表面官能团丰富和可控性强的优良特性，适合用作生化分析[5]。过去的20年中，报道了很多大小从纳米到微米的磁珠被用于分离和检测各种生物和化学靶标的应用。其中，直径为20～200 nm的纳米磁珠(magnetic nanobeads, MNBs)具有比表面积大、位阻小、分布均匀的优点，受到了广泛的关注[6]。纳米磁珠已经被应用于病原体检测中的分离和富集、细胞捕获和分离、靶向给药和癌症治疗等多个领域[7-12]。

分离方法对于目标物的捕获效率至关重要。为实现将目标物与样品背景分离，一些新兴的基于磁珠的分离方法取得了不错的分离效果，如高梯度磁选(high gradient magnetic separation，HGMS)、磁泳分离(magnetophoretic separation, MPS)和磁流分离(magnetic flow separation，MFS)等。这些方法被证明用于生物传感器中，可以使传感器的灵敏度得到有效提高[13-16]。下面主要从纳米磁珠、磁分离方法、基于磁分离技术的生物传感器设计方法以及磁分离在不同检测目标中的挑战4个方面进行系统阐述。

1 纳米磁珠

纳米磁珠是利用磁分离技术分离、富集目标物和设计生物传感器的关键，主要包括纳米磁珠的物理结构、制备方法以及表面改性3个方面。

1.1 物理结构

纳米磁珠按结构可分为核壳式、夹心式和弥散式三类。核壳结构磁珠，采用无机磁性颗粒为核、聚合物为壳的结构，主要利用聚合物稳定剂对磁性颗粒进行表面涂覆合成[17]；夹心结构磁珠，最内层为聚苯乙烯，中间层为Fe3O4磁性颗粒，最外层为包裹的聚合物，可利用乳液聚合与表面涂层涂敷的方式合成[18]；弥散结构磁珠，采用聚合物为外壳，不同于核壳结构磁珠，无机磁性颗粒遍布于磁珠复合物中，这种磁珠主要利用聚合物基质(纳米球)产成聚合物外壳，并包裹无机磁性颗粒产生[19]。

无机磁性颗粒主要由铁氧化物(FeO, Fe2O3, Fe3O4)、金属(Mn, Co, Ni，Mg)掺杂氧化铁或多功能复合材料(Fe3O4-Ag, Fe3O4-Au, FePt-Ag, CdSe-FePt)构成[20]，而聚合物外壳通常由聚合物稳定剂(如壳聚糖、PEG、PVA、右旋糖酐和聚乙烯亚胺等[21-23])涂覆纳米磁珠核产生。

1.2 制备方法

近年来，核壳结构的纳米磁珠被广泛应用于生物传感器的研究中[24-25]，其合成主要包括无机磁性颗粒的合成和聚合物稳定剂的涂覆两个步骤。无机磁性颗粒多采用Fe3O4纳米粒子，而共沉淀法是合成超顺磁Fe3O4纳米粒子简单、有效的方法。该方法主要包括：首先，向三价铁和亚铁的盐溶液中添加碱(如NaOH或NH4OH)，以沉淀铁和亚铁；然后，利用磁析或离心方法，分离凝胶状沉淀物；最后，在合适的表面活性剂(如油酸)下加热，将氢氧化铁沉淀物在空间上稳定为Fe3O4[26]。选用适当的聚合物稳定剂对Fe3O4纳米粒子进行表面涂层，可最终实现核壳磁珠的制备。例如，在Fe3O4表面涂覆SiO2,并掺杂三(2,2′-联吡啶)钌[Ru-bpy] (见图1)可合成一种具有超顺磁性和发光特性的核壳磁珠[27]。

图1 具有超顺磁性和发光特性的Fe3O4/SiO2核壳磁珠[27]Fig.1 Fe3O4/SiO2 core-shell magnetic beads with superpara-magnetic and luminescent properties[27]

1.3 表面改性

表面改性是指将生物识别元件(如抗体、适体或噬菌体等)修饰到纳米磁珠的聚合物外壳上[3,7]。针对目标物的抗体为具有氨基或羧基的蛋白质，采用的抗体修饰方法主要有：通过EDC/NHS方法，磁珠上的羧基或氨基与抗体上的氨基或羧基之间直接通过共价键偶联[28]；通过亲和素-生物素结合，磁珠上链霉亲和素或亲和素与生物素化抗体间接结合[14]；磁珠上蛋白A或蛋白G与抗体IgG的Fc片段间接结合[29-30]。此外，适配体与纳米磁珠的偶联主要通过EDC/NHS共价偶联实现。在EDC和NHS存在下，适配体的氨基可与羧基化的纳米磁珠成功实现偶联[31]。

2 磁分离方法

磁分离技术旨在利用改性的纳米磁珠，实现样品背景中目标物的分离和富集。近来，一些新兴的磁分离方法(如高梯度磁选、磁泳分离和磁流分离等)被开发出来，以实现目标物的分离和提高分离效率。

2.1 高梯度磁选

高梯度磁选是指在背景磁场中填充特定形状的聚磁介质，改变原磁场的磁通分布，在分选区产生高梯度磁场，进而产生强磁场力，实现细微目标物的分离[13]。

Ryumae等[32]开发了一种快速灵敏地检测嗜热黄杆菌的高梯度免疫磁分离-流式细胞仪，通过将钕环形磁铁放置在磁性过滤器的曲率外及增大磁珠体积的方式增加了磁力，使该设备对磁珠的捕获率超过80%。此外，Ryumae等[33]还提出了一种利用PCR和高梯度免疫磁分离检测超嗜热黄杆菌的方法，通过在磁过滤器及其附近的色谱柱之间引入高磁梯度磁场来增强磁力，实现了磁珠的高效分离。Lu等[34]提出了一种利用高梯度磁选-紫外光催化联合系统高效去除压载水中大肠杆菌的方法，所设计的系统装置实现了在由激磁线圈构成的高梯度磁场分离区域中大肠杆菌的有效过滤。

2.2 磁泳分离

磁泳分离是实现生物分离的手段之一，利用免疫磁珠与目标物预先反应，再通过外部磁场，对磁珠的磁力实现目标物的有效分离[35]。

Arong等[36]提出了一种掺铯(Cs)的多核纳米磁珠的磁泳分离ICP-MS免疫法(见图2)，通过优化介质的物理条件，并将永磁体固定在1.1 T下，以获得足够的磁通密度，从而克服了高噪声背景的产生。结果表明，用该方法使伤寒沙门氏菌的捕获率高达98%。

图2 磁泳分离ICP-MS免疫法设计原理[36]Fig.2 Schematic outline of magnetophoretic separation ICP-MS immunoassay[36]

Munaz等[37]开发了一种利用平行铁磁流体分离不同尺寸抗磁颗粒的简易微流控平台，使得具有预定浓度的磁性纳米颗粒的铁磁流体促进负磁泳。结果表明，该分离平台对3.2和4.8 μm颗粒的最大分离效率分别为78%和75%。

2.3 磁流分离

磁流分离是指在微流控通道中，以一定流速实现目标物的分离。研究微通道内磁珠运动规律，对实现快速、高效的磁分离具有重要意义[38]。

Munir等[39]采用切向微流控通道，研究了纳米磁珠在钕永磁体包围的亚微升流体中的连续分离方案，使磁珠的分离速度加快；研究对比了非磁性聚苯乙烯颗粒与磁珠的混合物的分离性能，结果表明磁珠优先从低的微通道向高的微通道移动，从而实现了高效分离。Lee等[40]提出了一种集成的微流控芯片，利用磁选该芯片可以将背景细胞从循环肿瘤细胞(CTC)群体中排除；血样分析结果证明，CTC在溶液中被分类为未固定细胞。Zheng等[41]设计了一种基于多孔金铂纳米催化剂和3D微流控芯片的光学生物传感器，实现了对鼠伤寒沙门菌的灵敏检测，结果表明该3D微流控芯片可在10 min内分离出99%的目标细菌。

综上所述，高梯度磁选、磁泳分离和磁流分离方法有着较高的目标捕获率。然而，高梯度磁选在分离目标物时，易被样品基质中的大颗粒阻断；采用磁泳分离，需要大量的免疫磁珠与目标物预先发生反应；尽管磁流分离能够在微流控通道中实现，但其通常采用低流速以确保有效捕获目标物，结果导致分离时间变长或样品体积变小。近来，报导了一些有关细胞分选和预富集的磁性颗粒链的研究。这种磁性颗粒链可以增加与目标物接触的机会，从而提高分离效率[42]。Wang等[43]设计了一种用于生成磁性颗粒链的磁栅，并利用有限元法(FEMM)模拟了磁栅中的磁场分布；结果证明磁栅中形成了磁性颗粒链，可从50 mL体积样本中高效分离目标细菌。未来，将磁性颗粒链与微流控芯片结合，有望开发出快速、经济的目标物分离方法。

3 设计方法

采用磁分离技术的主要目的是利用纳米磁珠实现目标物的分离、富集；该技术与不同的分析方法结合，是实现生物传感器灵敏检测的关键。

3.1 磁分离结合酶联免疫吸附法

酶联免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)，是一种利用抗原和抗体免疫反应的特异性和酶的高效催化作用实现样品中待测物微量检测的测定方法，具有敏感性高、特异性强的特点。Hamidi-Asl等[44]将靶序列与生物素化信号探针杂交，并与功能化磁珠捕获探针进行“三明治杂交”得到目标夹心复合物；最终利用微流控平台对其进行ELISA，利用底物与酶作用的电流变化，成功实现了检测p53抑癌基因序列中的靶DNA序列和单核苷酸突变。Seo等[45]利用抗体功能化的磁珠浓缩细胞，并利用辣根过氧化物酶催化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺显色，设计了一种ELISA生物传感器系统，实现了对食品样品中单核细胞增生李斯特菌的检测，结果证明该传感器能够在6 h内检测到浓度为2.4 CFU/g的细胞。

3.2 磁分离结合聚合酶链式反应

聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，PCR)是一种用于放大扩增特定DNA片段的分子生物学技术。利用磁分离技术和PCR，可以实现微量DNA的大幅增加，能够使所设计的生物传感器更加灵敏。Tian等[46]利用多重超聚合酶链式反应同时识别和扩增双致病菌，并实现了PCR产物5′-PO4端的ssDNA尾信号到反应产物3′-OH端的ssDNA尾信号的转换；最终利用脱氧核苷酸转移酶末端与血红素结合形成G-四链DNA酶，实现了催化显色反应。实验结果表明，该传感器可同时灵敏地检测沙门氏菌和金黄色葡萄球菌。Zhang等[47]利用高梯度磁场，使磁珠-细菌复合物在同轴通道内外两壁上被均匀捕获；并利用微流控PCR系统，实现了大肠杆菌DNA的扩增；最终利用商业探针及检测平台，对微流控芯片中提取的DNA进行检测，从而测定了细菌的浓度。

3.3 磁分离结合电化学分析法

电化学分析法根据溶液中物质的电化学性质及其变化规律，在建立电位、电流、电量、电导等电学量与被测物质某些量之间的计量关系的基础上，对物质的组分进行定量分析。在生物传感器中，主要应用的有伏安法、阳极溶出伏安法和电化学阻抗法。

3.3.1磁分离结合伏安法

伏安法是根据电解过程中的伏安特性进行物质分析的方法，可与磁分离技术结合，实现生物传感器的灵敏检测。Xu等[48]首先合成了核壳磁珠-葡萄糖氧化酶-多巴胺纳米复合物，后利用金纳米粒子实现了抗体和葡萄糖氧化酶的吸附，合成了用于分离和放大信号的抗体-氧化酶-金纳米粒子-多巴胺复合物；最终利用该复合物实现了目标菌的分离，并利用普鲁士蓝修饰的丝网印刷叉指微电极测量电流响应，完成了大肠杆菌O157:H7的检测。结果表明，该生物传感器的检出限为1×102CFU/mL。

3.3.2磁分离结合溶出伏安法

溶出伏安法是将待测物在适当电位下电解并富集在电极上，后反向改变电位让富集在电极上的物质重新溶出，同时记录电流电压曲线，再根据溶出峰电流的大小进行定量分析。Wu等[49]将多个碱性磷酸酶信号分子固定在纳米磁珠表面，用于放大检测信号，并将抗体成功地修饰在磁珠上，通过抗原抗体的亲和结合反应实现了病毒的捕获(见图3)。最终他们利用银沉积和阳极溶出伏安法积累酶产物，实现了酶诱导金属化，进而实现了放大检测信号。结果表明，在最佳条件下生物传感器的线性范围为0.01～20 ng/mL。

图3 H7N9碱性磷酸酶分子的固定和病毒的捕获[49]Fig.3 The ALP is fixed on the MBs and the target virus was captured by MBs[49]

3.3.3磁分离结合电化学阻抗分析

电化学阻抗法是电化学测量的重要方法之一，同时也是表征电化学系统的一种实验方法，它通过测量系统在一定频率范围内的阻抗来揭示系统的频率响应。Xu等[50]利用生物素化抗体对链霉亲和素修饰的纳米磁珠进行功能化，并将功能化磁珠与目标菌结合，形成磁珠-抗体-细菌复合物；利用葡萄糖氧化酶对复合物进行标记，并利用氧化酶催化葡萄糖来降低溶液阻抗，最终利用丝网印刷叉指微电极测定了致病菌浓度。结果表明，该免疫传感器的线性范围为102～106CFU/mL。Chen等[51]利用抗李斯特菌单克隆抗体修饰的纳米磁珠捕获细菌，并与尿素酶修饰的金纳米粒子在分离芯片中形成夹心复合物；最终利用高梯度磁选在分离芯片中捕获该复合物，并利用叉指微电极的微流控芯片测量酶催化产物溶液阻抗，确定了李斯特菌细胞的数量。结果表明，依靠阻抗幅值和相位角的变化，均能检测到低至1.6×102CFU/mL的李斯特菌。

3.4 磁分离结合光学分析法

光学分析法在生物传感器中的应用较为广泛，总的来说可以分为光谱法与非光谱法两大类。利用光学分析法与磁分离技术设计生物传感器，主要涉及光谱分析法、比色法、化学发光法、荧光分析法、共振法等。

3.4.1磁分离结合光谱分析法

光谱分析法是一种利用物质的光谱特征进行定性、定量及结构分析的方法。近来利用磁分离技术与光谱法设计生物传感器，实现了对多种目标物的检测，而研究中大多利用可见光光度法和拉曼散射法作为生物传感器的检测方法。Chen等[52]利用链霉亲和素修饰的纳米磁珠与生物素化抗体特异性分离目标菌，并形成磁标记细菌；然后将尿素酶修饰的金纳米颗粒和通过静电吸附的多克隆抗体与磁标记细菌反应，形成磁珠-细菌-脲酶复合物。利用尿素酶能催化尿素水解为碳酸铵导致尿素溶液的pH值增加的特性，将溴甲酚紫作为pH指示剂，在588 nm的特征波长处测定了细菌的浓度，结果表明该传感器检测限低至1×102CFU/mL。Sun等[53]成功将4-巯基苯甲酸分子自发吸附在金纳米粒子的表面，形成自组装单分子层SERS标记，并与氧化铁-金纳米粒子、H3N2病毒结合形成“三明治”复合物；最终利用磁选富集病毒和便携式拉曼光谱仪对加标样本进行检测，以测定SERS光谱的方式测定了H3N2禽流感病毒样品的浓度。结果表明，该生物传感器检出限低至102TCID50/mL(TCID50是指50%组织细胞感染量)。

3.4.2磁分离结合比色法

比色分析法是通过眼睛或光电比色计，对加入显色试剂后呈现的颜色进行观察或测量，以确定溶液中被测物质的浓度。Wang等[43]首先制备了用于实现免疫磁分离的磁栅，并合成了铂负载沸石咪唑骨架纳米催化剂，用于放大生物信号；然后利用抗体修饰的纳米磁珠和磁栅，实现了目标菌的有效分离，并与制备的纳米催化剂结合，形成磁珠-细菌-纳米催化剂复合物；最终利用该复合物催化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺，在450 nm的特征波长下对催化产物进行测定，实现了沙门氏菌的检测。结果表明，该生物传感器的线性范围为10 ～104CFU/mL。Luan等[54]利用金纳米粒子标记单链DNA结合蛋白制备了磁性探针，在二氧化硅-金纳米颗粒的外壳固定了核酸适体和辣根过氧化物酶制备了检测探针，并通过磁性探针与检测探针结合构建了一种亲和性复合探针；将氯霉素加入反应体系，利用磁分离使氯霉素-磁珠-过氧化物酶复合物释放到上清液中，催化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺体系显色，实现了氯霉素的检测。结果表明，该生物传感器的线性范围为0.05～100 ng/mL。

3.4.3磁分离结合化学发光法

化学发光法是一种痕量分析方法，主要依据化学检测体系中待测物浓度与体系的化学发光强度在一定条件下呈线性定量关系的原理，利用仪器对体系化学发光强度的检测来确定待测物的含量。Yang等[55]采用溶胶-凝胶法，制备了氧化钛包覆的氧化铈纳米磁珠，并与石墨烯包覆的氧化铁纳米粒子结合，形成石墨烯-氧化铁复合物；将该复合物与金纳米粒子杂交并固定抗体，合成了石墨烯-氧化铁-氧化钛复合物，利用氧化钛光作为催化剂，实现了癌胚抗原的检测。结果表明，该免疫传感器的线性范围为0.01～10 ng/mL。Sun等[56]首先制备了壳聚糖修饰的氧化铁-石墨烯微球，然后将凝血酶适配体和血红素依次修饰到复合物表面，制备了氧化铁-石墨烯-适配体-血红素复合物；利用凝血酶与适配体的特异性识别以及血红素与复合物的解析，实现了催化鲁米诺-过氧化氢化学发光，最终实现了人凝血酶的检测。结果表明，该生物传感器的检出限为1.5×10-15mol/L。

3.4.4磁分离结合荧光分析法

荧光分析法是一种利用荧光染料作为信标的光学检测方法。近来将磁分离技术与荧光分析法结合设计生物传感器，大多利用半导体量子点(quantum dots, QDs)作为标记物来实现目标物的灵敏检测。Xue等[57]将蛋白G修饰的纳米磁珠注入到外加高梯度磁场的双层毛细管通道中，并使其被均匀捕获；然后向通道中注射抗大肠杆菌O157:H7单克隆抗体与细菌形成的磁珠-细菌复合物，并与量子点修饰的抗大肠杆菌O157:H7多克隆抗体一起，在通道中与磁珠-细菌复合物反应，形成磁珠-细菌-量子点复合物；最终利用便携式光学系统，测定了细菌的浓度(见图4)。结果表明，该生物传感器在2 h内可检测到低至14 CFU/mL的大肠杆菌细胞。

图4 使用便携式光学仪器检测大肠杆菌的原理[57]Fig.4 Schematic outline of using portable optical instrument to detect E.coli O157:H7[57]

Wu等[58]提出了一种基于电致发光纳米球的高效扩增和免疫磁选相结合的埃博拉病毒检测方法。他们通过超声波将大量的CdSe/ZnS量子点嵌入到纳米磁珠复合物中，制备了均匀的发光纳米微球，并利用磁分离将目标物从复杂样品中分离出来，建立了一种灵敏的电致发光生物传感器。结果表明，该生物传感器的检出限为5.2 pg/mL。

3.4.5磁分离结合共振法

表面等离子体共振(surface plasmon resonance，SPR)是一种灵敏的表面分析技术，利用分子吸附在重金属膜上引起介电常数的变化来进行检测。Wu[59]等用羧基功能化的氧化石墨烯作为敏感膜，实现了抗体的固定，并将检测抗体与Fe3O4纳米粒子和金纳米粒子杂交，得到了用于特异性分离目标物的磁珠复合物；最终利用在抗体与人免疫球蛋白结合过程中金纳米粒子放大敏感膜介电变化产生的SPR信号，实现了人免疫球蛋白的检测。结果证明，该传感器的检出限为1.88 ng/mL。

综上所述，磁分离技术与不同的检测方法结合，实现了病毒、细菌、细胞、核酸和蛋白的灵敏检测，并且基于磁分离技术的生物传感器具有良好的线性关系[49,54]。磁分离与电化学免疫分析法结合的电化学免疫传感器具有灵敏度高、成本低等优点，被广泛应用于临床诊断领域[60]。电化学发光法结合了电化学免疫法高灵敏度和化学发光法良好稳定性的优点，实现了病毒的灵敏检测[61]。然而，由于缺乏高效的电化学发射源和抗干扰能力，因此电化学发光生物传感器的临床应用受到了很大限制。为克服这一缺点，Luo等[62]在二氧化硅纳米粒子中嵌入了多个Ru(bpy)32+，并用多克隆抗体进一步修饰、制备了用作信号探针的二氧化硅纳米球，实现了H9N2病毒的超高灵敏检测。此外，磁分离技术与比色技术、量子点技术等结合，还成功实现了食源性致病菌的超高灵敏检测[43,58]。

4 面临的挑战

实现目标物与样品背景分离是提高检测灵敏度的重要环节。近10年来，磁分离技术被广泛应用于病毒、细菌、细胞、蛋白和核酸等生物标靶的特异性分离[59,63-64]，通过生物识别元件修饰的纳米磁珠与生物标靶发生特异性反应形成磁性标靶，并利用磁场定向捕获磁性标靶，实现目标物的分离和富集。

4.1 磁分离在病毒检测中的挑战

在临床诊断中，一方面由于样品中目标病毒的含量极低，导致基于免疫磁分离的生物传感器的灵敏度不够高；另一方面由于抗体价格昂贵，生物传感器只适用于小体积样品中的病毒检测，而一些病毒(如甲肝病毒)新抗原变体的快速出现，削弱了病毒与抗体的结合，易造成假阴性检测的风险[65]。此外，虽然纳米磁珠在分离病毒中得到了广泛的应用，但其作为病毒分离载体和信号载体的联合应用却鲜有研究。二者结合的设计方法有助于在复杂样品中构建一种灵敏度高、抗干扰能力强的免疫传感器[49]。因此，将磁珠作为分离载体和信号载体来构建一种高灵敏生物传感器，是实现病毒检测的一个重要方向。

4.2 磁分离在细菌和细胞检测中的挑战

纳米磁珠因具有表面官能团丰富和响应速度快等优良特性，被广泛应用于细菌和细胞的分离。利用靶细菌或细胞的抗体对磁珠进行修饰，可实现磁珠与靶细菌或细胞的结合；利用磁分离可实现背景和悬浮物的去除，进而浓缩细菌或细胞，提高生物传感器的灵敏度[66]。然而，免疫磁分离通常采用人工操作，不适合从大体积样品中分离目标细菌或细胞。尽管Lin等[67]已利用高梯度磁选尝试从大量细菌中分离目标细菌，但由于真实的食品样品中细菌浓度低、大颗粒物对分离通道的堵塞，以及蛋白质和其他残留物的非特异性结合，极大地限制了在复杂食品样品中的实际应用。因此，实现从大体积样品中分离目标菌，是磁分离技术更好地应用在细菌检测中的一个主要挑战。

4.3 磁分离在蛋白和核酸检测中的挑战

用磁分离技术分离富集核酸或蛋白，通常包括吸附、洗涤和解吸等步骤，而人工操作会增加核酸或蛋白与外部环境的接触和转移机会，容易造成交叉污染。另外，人为干预可能导致背景噪声过大，从而降低生物传感器的信噪比[68]。为解决交叉污染和背景噪声的问题，开发磁分离和基于磁纳米珠的生物传感器一体的微流控芯片，是未来重要的发展趋势。

5 展望

高梯度磁选、磁泳分离和磁流分离对食源性致病菌等具有较高的分离效率，且具有分离速度快和操作简单的优点[13-14,40]。然而，高梯度磁场在分离目标物时，易被样品中的大颗粒阻断；磁泳分离时，需要大量的免疫磁珠与目标物预先发生反应；尽管磁流分离能够在微流控通道中实现分离，但它通常低流速使用，以确保有效捕获目标细菌，从而导致分离时间变长，或使样品体积变小。3种方法都无法在短时间内实现高效、经济的目标物分离，目前也没有任何有关从大体积样品中实现快速、低成本和特异性分离食源性病原菌的报导[43]。因此，开发有效的磁分离方法，实现从大体积样品中分离目标物，是未来磁分离技术发展的一个主要挑战。

磁分离技术已经被广泛应用于生物传感器中，可提高生物传感器的灵敏度，进而实现高灵敏检测，并且基于磁分离技术的生物传感器已被证明具有良好的线性关系[49,53,57]。此外，磁分离技术与比色法、阳极溶出伏安法、量子点技术结合，使生物传感器的灵敏度得到了进一步提高，并实现了超高灵敏检测[43,49,57]。然而,基于磁分离技术的生物传感器还需要依赖一些大型、昂贵设备的支持，不具有便携性，无法在现场实现快速检测[43,56,69]。因此，利用磁分离技术，依托小型、便捷设备设计生物传感器，实现快速、灵敏和特异性的检测，是一个有前途的发展方向，这将为疾病的早期诊断与疫情的及时防控提供有力保障。期待未来能够将磁分离方法与生物传感器有机结合，开发出高效的便携设备和平台，在现场实现灵敏和快速的检测，这对医学检测、疾病预防以及临床诊断与治疗等都具有重要意义。