基于磁纳米标记的快速免疫检定方法及系统

作     者：胡朋 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘文中

授予年度：2021年

学科分类：100208[医学-临床检验诊断学] 1002[医学-临床医学] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 10[医学] 

主      题：快速免疫检定 磁纳米标记 双频激励模型 谐波测量 TMR传感器 

摘      要：快速的免疫检定方法对于生物医学等领域具有重要意义,而基于磁纳米标记的免疫检定方法有望实现这一目标。本文提出了一种基于磁纳米标记的快速免疫检定方法及系统,利用磁纳米标记对生物目标进行液相检测。基于磁纳米粒子的磁学响应特性,结合双频激励模型,采用隧道磁阻（TMR）传感器作为磁探头探测谐波响应信号,通过检测结合与未结合状态谐波响应信号的差异来识别生物目标。首先,本文建立了磁纳米粒子双频激励模型。在深入分析磁纳米粒子磁学响应特性的基础上,通过推导双频激励磁场下磁纳米粒子谐波响应幅值表达式,发现混频三次谐波在一定条件下具有比单频三次谐波更高的信噪比,更适合作为生物目标识别的检测指标。与传统的单频激励模型相比,该模型能够有效提高生物目标检测灵敏度。其次,本文设计了基于磁纳米标记的快速免疫检定系统。系统的检测部分使用TMR传感器作为磁探头,使得系统易于集成,为快速免疫检定方法的仪器化应用提供思路和方向。此外,系统的激励部分使用闭环反馈控制,保证了激励磁场的稳定性,系统的信号处理部分采用剩磁消去技术,进一步提高了信号检测信噪比。最后,通过实验对系统进行了测试。磁纳米标记使用100nm粒径链霉亲和素修饰的磁珠,生物目标使用100nm粒径生物素修饰的聚苯乙烯微球。以混频三次谐波幅值在结合生物目标前后变化量的最大化为优化目标,对双频激励模型的激励参数进行优化,然后进行系统响应下限探测实验和标记生物目标实验。结果表明系统检测磁珠粒子数下限优于6.15fmol,并且系统能够在1分钟时间内实现3.1fmol的生物目标检测。实验结果证明了基于磁纳米标记的快速免疫检定方法的可行性。