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Magnicon的直流超导量子电子装置SEL-1在体积扩增磁性生物测定与微流体样品处理和高 Tc SQUID 磁性读数相结合（Volume-amplified magnetic bioassay integrated with microfluidic sample handling and high-Tc SQUID magnetic readout）的应用介绍： 生物测定是几十年前开发的分析技术，具有广泛的应用，例如临床化学和药物分析。它们使用不同的机制将测量生物或化学分子的存在或浓度的双分子相互作用转化为物理信号。金标准免疫测定，酶联免疫吸附测定 （ELISA），基于放射性或荧光标签或酶标记（Lequin，2005）。磁性纳米颗粒 （MNP） 的合成和包被的发展 （Lu et al.， 2007） 赋予了它们用于抗原-抗体结合或配体-受体结合的生物识别功能。由于纳米颗粒的表面积体积比大，它们提供悬浮在液体中的移动底物，以便与目标分析物结合，无需清洗步骤和固定。除了提供移动结合表面外，由于其磁性，MNP 还可以用作检测标记 （Tekin 和 Gijs， 2013）。利用纳米粒子的磁性作为物理信号，即使在血液等不透明液体中也能实现实时检测。 已经开发了基于不同传感原理的各种磁性读出方案，用于使用 MNP 标记进行生物分子检测（Schrittwieser等人，2016 年）。一种方法是通过测量布朗弛豫动力学的变化来确定 MNP 流体动力学体积的变化。由 Connolly 和 St Pierre （Connolly 和 St Pierre， 2001） 在理论上提出，并在前列腺特异性抗原 （PSA） 和布鲁氏菌抗体的实验中显示（Astalan et al.， 2004;Fornara等人，2008 年），通过测量复数频率依赖性磁化率来确定由于与分析物结合而导致的布朗弛豫时间的变化。利用这种动态机制的传感器示例是高 Tc 超导量子干涉器件 （SQUID）（Enpuku等人，2017 年;Yang等人，2013 年），差分感应线圈系统 DynoMag（RISE Acreo，瑞典）（Astalan等人，2004 年;Zardán Gómez de la Torre等人，2011 年）和光磁传感器（Donolato等人，2015 年）。这些传感器利用样品体积的三个维度进行分析物和探针结合，并测量整个样品体积产生的信号。因此，与霍尔效应传感器（Sandhu et al.， 2004）和巨磁阻传感器 （Wang et al.， 2014） 相比，它们更有利，后者依赖于 MNP 标签向二维传感器表面的扩散。 我们之前已经开发了基于高 Tc SQUID 的磁性 ac 磁化免疫测定法 （Öisjöen et al.， 2009）。我们能够在 2 μl 液滴中使用浓度为 0.7 nM（纳摩尔/升）的抗原-抗体结合反应检测 PSA10 分子（Öisjöen等人，2010 年）。该反应发生在功能化磁性纳米颗粒 （fMNP） 的表面，导致 MNP 的有效流体动力学体积发生相对较小的变化，进而导致弛豫频率的微小变化。最近，已经实施了滚环扩增 （RCA）（Banér et al.， 1998），以将基于 MNP 的生物测定的灵敏度提高至少 1000 倍（Zardán Gómez de la Torre et al.， 2011）与研究布朗频移的研究相比。靶分子识别基于挂锁探针连接，然后进行 RCA 进行体积扩增。磁性纳米颗粒与大 RCA 线圈（直径约 1 μm）结合，导致交流磁化率的虚部发生显着变化，这与 MNP 的布朗弛豫频率相对应。因此，靶分子的量可以从杂交后未结合到 RCA 线圈的 MNP 的数量中获得，作为 fMNP 的布朗弛豫频率峰值振幅的变化。使用 DynoMag 和光磁系统测量了 RCA/fMNP 生物测定，并显示灵敏度显着提高。在 DynoMag 系统中使用 100 nm fMNP 研究由霍乱弧菌靶 DNA 产生的 RCA 线圈，200 μl 样品体积的估计理论检测限 （LOD） 为 55 fM （femtomole/l） （Ahrentorp et al.， 2016）。在光磁传感器中，在 65 μl 的样品体积中实现了由沙门氏菌 DNA 靶标产生的 780 fM RCA 线圈的 LOD（Tian等人，2016 年）。 在这项工作中，我们使用 RCA 体积放大磁性生物测定法和我们的高 Tc SQUID 梯度计作为磁性读数。我们还利用微流控芯片进行样品处理，以准确测量小体积分析物。使用挂锁探针杂交和 RCA 识别来自霍乱弧菌的合成 DNA 靶分子并将其扩增成大线圈。通过测量 ac 磁化率以确定由于与不同浓度的 RCA 线圈杂交而导致的 MNP 布朗弛豫动力学的变化，我们估计系统的 LOD 约为 1.0 × 105 个 RCA 线圈（0.2 × 10-18 mol），相当于 66 fM在 3 μ l 样品体积中。本文采用和介绍的合成霍乱弧菌作为目标生物分析物的方法和仪器是通用的，可用于其他 DNA 或 RNA 病毒。我们讨论了未来在一次性芯片实验室系统上实施生物测定的所有步骤，以实现快速、简单和廉价的即时诊断。 |