本發(fā)明涉及磁共振傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種磁弛豫開關(guān)傳感器的構(gòu)建方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近年來，磁弛豫開關(guān)(magnetic?relaxation?switching，mrs)備受矚目，在現(xiàn)代分析領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，用于檢測多種目標(biāo)物質(zhì)，例如蛋白質(zhì)，病毒，重金屬，農(nóng)藥和毒素等物質(zhì)。但是傳統(tǒng)的磁弛豫開關(guān)傳感器通常借助磁性納米顆粒(magnetic?nanoparticles,mnps)的狀態(tài)變化，順磁性納米粒子的價態(tài)變化來介導(dǎo)弛豫時間的變化，它們在磁場條件下容易聚集，容易受外部環(huán)境的影響，限制了傳統(tǒng)mrs生物傳感器的穩(wěn)定性。為了應(yīng)對這個挑戰(zhàn)，近年來許多研究者已經(jīng)做出了很多努力。例如優(yōu)化實驗條件，將點擊化學(xué)反應(yīng)和聚多巴胺介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)結(jié)合到一起提高傳感器的穩(wěn)定性和靈敏度等，盡管已經(jīng)實現(xiàn)了更高的穩(wěn)定性，但由于磁性納米材料本身自帶磁性，它仍然無法避免外部磁場條件下磁性納米粒子的非特性聚集，順磁性鐵或者錳離子也無法避免環(huán)境帶來的非特異性價態(tài)變化。因此，基于橫向弛豫時間信號的mrs傳感器在提高mrs生物傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性方面仍然存在一些挑戰(zhàn)。

2、在傳統(tǒng)的磁弛豫開關(guān)中，通常由目標(biāo)物介導(dǎo)超順磁性納米材料聚集或分散，這種超順磁性納米材料在外加磁場存在時具有強(qiáng)磁化率，有強(qiáng)磁性。基于超順磁性納米粒子組裝/分散的傳統(tǒng)mrs傳感器，由于mnp自身的不穩(wěn)定聚集/分散以及外部磁場易導(dǎo)致mnp的非特異性聚集，損害了mrs傳感器的檢測穩(wěn)定性。另外，當(dāng)通過目標(biāo)物介導(dǎo)順磁性材料價態(tài)變化來檢測，容易受到外部環(huán)境條件的影響引起非特異性價態(tài)變化，導(dǎo)致傳感器穩(wěn)定性不佳，因此繼續(xù)開發(fā)一種高穩(wěn)定性的材料用于構(gòu)建mrs傳感器以提高傳感器的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明通過海藻酸鈉-羧甲基殼聚糖(sa-cmcs)水凝膠，構(gòu)建一種能夠穩(wěn)定靈敏地檢測cd2+的mrs傳感器(例如大米中)，解決了mrs傳感器在檢測中穩(wěn)定性和靈敏度不足的問題。本發(fā)明通過物理交聯(lián)法制備了海藻酸鈉-羧甲基殼聚糖水凝膠珠，基于凝膠本身不帶磁性，不易受磁場的影響，構(gòu)建了基于ph介導(dǎo)水凝膠溶脹的磁弛豫傳感器(gel-mrs)提高磁弛豫開關(guān)傳感器的穩(wěn)定性和靈敏度。

2、一種磁弛豫開關(guān)傳感器，包括：海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠、鎘離子特異性抗原、鎘離子特異性抗體、堿性磷酸酶標(biāo)記的二次抗體，以及2-磷酸-l-抗壞血酸三鈉鹽。

3、優(yōu)選地，所述海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠由海藻酸鈉和羧甲基殼聚糖按質(zhì)量比(1.5-4):1，更優(yōu)選質(zhì)量比2:1制備得到。研究表明，在該比例范圍內(nèi)能夠顯著提高磁弛豫開關(guān)傳感器的穩(wěn)定性和靈敏度。

4、優(yōu)選地，制備所述海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠的交聯(lián)劑為氯化鈣。研究發(fā)現(xiàn)相較于檸檬酸，氯化鈣可使溶體膨脹率隨ph的增加而穩(wěn)步增加，獲得更佳的交聯(lián)效果。

5、優(yōu)選地，所述海藻酸鈉為高粘度的海藻酸鈉。

6、在一些具體實施例中，所述海藻酸鈉的共聚單體β-d-甘露醛酸(m)和α-l-古魯醛酸(g)的比例為(1:1)-(1:2)，更優(yōu)選為1:2。

7、研究表明，以高粘度海藻酸鈉為原料制備的海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠具有更優(yōu)異的穩(wěn)定性和力學(xué)性能，能夠牢固地鎖住內(nèi)部水份，使得t2測量值(氫質(zhì)子橫向弛豫時間)更加可靠。

8、本發(fā)明中，所述海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠可依據(jù)現(xiàn)有方法制備，例如物理交聯(lián)法，本發(fā)明不做特別限定。

9、在一些具體實施例中，所述海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠的制備方法包括：

10、將海藻酸鈉和羧甲基殼聚糖溶解在水中，得到共混物；

11、將所述共混物加入到氯化鈣溶液中，交聯(lián)，得到所述海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠。

12、在一些實施例中，所述共混物中海藻酸鈉的濃度為1.5％-4.0％(w/v)，羧甲基殼聚糖的濃度為1.0％(w/v)。

13、在一些實施例中，所述海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠的制備方法包括以下步驟：首先，羧甲基殼聚糖(cmcs)和海藻酸鈉(sa)分別以1％和2％(w/v)的比例溶解在去離子水中。然后，對混合物進(jìn)行超聲處理，以去除捕獲的氣泡。在緩慢攪拌下，使用泵(流速：1ml/min)和10ml無菌注射器將海藻酸鈉羧甲基殼聚糖(sa-cmcs)混合物滴注到氯化鈣溶液(1％w/w，80ml)中。在室溫下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)1h，得到海藻酸鈉羧甲基殼聚糖(sa/cmcs)水凝膠珠。

14、在一些實施例，還包括將所述海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠冷凍干燥的步驟。

15、本發(fā)明海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠尺寸均一，弛豫性能良好。材料質(zhì)子橫向弛豫性能高低對能否成功構(gòu)建磁弛豫開關(guān)傳感器至關(guān)重要，具有更大弛豫的材料更容易被檢測到信號，水凝膠粘度影響水凝膠的水分子狀態(tài)。本發(fā)明通過加入羧甲基殼聚糖增強(qiáng)水凝膠的粘度后，水凝膠珠的t2變化和弛豫速率更高，有利于水凝膠的弛豫性能和穩(wěn)定性。

16、本發(fā)明構(gòu)建基于ph介導(dǎo)的磁弛豫開關(guān)傳感器，利用抗原-抗體特異性結(jié)合，通過競爭免疫反應(yīng)用堿性磷酸酶(alp)介導(dǎo)海藻酸鹽膨脹，建立目標(biāo)物濃度與縱向弛豫時間信號的線性關(guān)系，從而實現(xiàn)對目標(biāo)物的穩(wěn)定、靈敏、簡便檢測。該發(fā)明屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，適用于食品安全領(lǐng)域，適用于大米、飲用水等中cd2+的檢測。

17、本發(fā)明還提供上述磁弛豫開關(guān)傳感器的構(gòu)建方法，包括：

18、提供海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠；

19、將所述海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠、鎘離子特異性抗原、鎘離子特異性抗體、堿性磷酸酶標(biāo)記的二次抗體，以及2-磷酸-l-抗壞血酸三鈉鹽混合，獲得磁弛豫開關(guān)傳感器。

20、在一些具體實施例，所述構(gòu)建方法還包括：將鎘離子特異性抗原事先用牛血清白蛋白(bsa)進(jìn)行封閉處理的步驟。

21、在一些具體實施例，所述構(gòu)建方法包括：在細(xì)胞培養(yǎng)板(例如96孔板)中添加鎘離子特異性抗原(優(yōu)選濃度為4μg/ml)，37℃孵育過夜，用pbst洗滌液洗滌去除未結(jié)合的物質(zhì)；使用1％牛血清白蛋白的磷酸鹽緩沖液進(jìn)行封閉處理，然后置于37℃的培養(yǎng)箱中孵育(例如2h)；再次使用pbst洗滌液洗滌；加入鎘離子特異性抗體(優(yōu)選濃度為4μg/ml)，在37℃下孵育(例如30min)，隨后用pbst洗滌液洗滌；加入堿性磷酸酶標(biāo)二抗溶液，37℃孵育(例如30min)，用pbst洗滌液洗滌；加入150μl?2-磷酸-l-抗壞血酸三鈉鹽溶液，在室溫下放置(例如15min)，然后加入所述海藻酸鈉羧甲基殼聚糖凝膠珠，孵育(優(yōu)選180min)，即得磁弛豫開關(guān)傳感器。

22、本發(fā)明還包括所述磁弛豫開關(guān)傳感器在鎘離子檢測中的應(yīng)用。

23、本發(fā)明還提供一種使用上述磁弛豫開關(guān)傳感器檢測鎘離子(cd2+)的方法，包括：

24、采用核磁共振成像分析法進(jìn)行檢測，獲得不添加待測樣品時所述海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠的氫質(zhì)子橫向弛豫時間t2；

25、將所述磁弛豫開關(guān)傳感器與待測樣品混合；采用核磁共振成像分析法進(jìn)行檢測，獲得此時所述海藻酸鈉羧甲基殼聚糖水凝膠的氫質(zhì)子橫向弛豫時間t2'；

26、根據(jù)公式δt2＝t2'-t2，獲得δt2；

27、根據(jù)δt2及標(biāo)準(zhǔn)曲線獲得待測樣品中鎘離子濃度。

28、具體地，所述鎘離子的檢測方法還包括制備標(biāo)準(zhǔn)曲線的步驟。

29、具體地，可使用核磁共振成像分析儀(nmr)進(jìn)行核磁共振成像分析檢測。

30、有益效果

31、(1)本發(fā)明通過物理交聯(lián)程序制備了sa/cmcs水凝膠珠，溶脹率高，弛豫性能好。利用抗原-抗體特異性結(jié)合，通過競爭免疫反應(yīng)用堿性磷酸酶(alp)介導(dǎo)海藻酸鹽膨脹，應(yīng)用alp系統(tǒng)介導(dǎo)ph，從而調(diào)節(jié)水凝膠珠的膨脹。本發(fā)明可以為解決mrs傳感器穩(wěn)定性不足的問題提供數(shù)據(jù)支撐。

32、(2)本發(fā)明基于ph驅(qū)動的高穩(wěn)定性水凝膠構(gòu)建磁弛豫開關(guān)傳感器，無需復(fù)雜的樣品前處理步驟且易于操作。其線性范圍為0.01-10ng?ml-1，檢測限低至0.006ng?ml-1。建立的gel-mrs傳感器的檢測靈敏度顯著高于傳統(tǒng)mrs傳感器的靈敏度(0.45ng?ml-1)。通過檢測大米樣品中的cd2+，證明了gel-mrs傳感器測定的實用性。本發(fā)明可以構(gòu)建一種能夠穩(wěn)定靈敏地檢測大米樣品中的cd2+的mrs傳感器，解決了基于超順磁性納米材料聚集或分散的mrs傳感器在檢測中穩(wěn)定性不足的問題。