1 前言
磁性微球是由Senyei A E 在1978年首先研制出來的一種新型的功能材料。它的內(nèi)部是一個磁核，因而在外部磁場的作用下,微球可以定向移動；外部是一層高分子層，表面分布著許多活性基團，可以和細胞、蛋白質(zhì)、核酸、酶等生化試劑發(fā)生偶聯(lián)，進而在磁場的作用下實現(xiàn)分離。
磁性微球從誕生開始，它就受到了科研工作者的關(guān)注，并且在生化分析領(lǐng)域得到成功的應用。近年來，將磁性微球包被上特異性抗體、受體、單鏈DNA，用于分離復雜樣品中的靶體，取得巨大成功。與傳統(tǒng)的分離方法相比，把磁性微球用于復雜組分的生化樣品的分離，能夠?qū)崿F(xiàn)分離和富集同時進行，大大提高了分離速度和富集效率，同時也使分析檢測的靈敏度大大提高。目前，這種磁性微球已被廣泛應用于免疫分析、核酸分析、細胞分離、酶的固定等多個領(lǐng)域。最近，已經(jīng)有相關(guān)的文章報道了將磁性微球應用于檢測環(huán)境樣品中的痕量微生物或者某些活性化學物質(zhì)，取得了很好的效果。
2 磁性微球的種類與特點
磁性微球按其制備時所用的材料的不同，通常可分為無機微球、生物高分子微球、聚合物高分子微球等。由于通過單體聚合得到的磁性微球能夠人為方便地控制微球粒徑和表面活性基團的種類，因此，聚合物微球是目前人們研究較多的一種。通過單體共聚反應可以得到醛基微球、氨基微球、羧基微球、羥基微球等。具有不同官能團的磁性微球可以用于分離不同的生化樣品。
一般地，用于生化分析的磁性微球必須滿足以下條件：(1) 超強的順磁性，就是指在磁場的存在下能迅速聚集，離開磁場能夠均勻分散，不出現(xiàn)聚集顯現(xiàn)現(xiàn)象；(2) 合適的粒徑且粒徑分布范圍窄，使微球有足夠強的磁響應性，又不會因粒徑太大而發(fā)生沉降；(3) 具有豐富的表面活性基團，以便微球可以和生化物質(zhì)偶聯(lián)，并在外磁場的作用下實現(xiàn)與被待測樣品的分離。
3 磁性微球的應用
3.1細胞分離與標記
利用磁性微球進行細胞分離的一般過程是：將抗細胞表面特異性抗體包被磁球表面，與細胞原液混合孵育、磁分離，然后用適當方法解離，并將磁球分離出來，得到純凈的細胞[1]。磁性微球在應用于細胞分離時，通過選擇表面特異性抗體的不同，既可以用于分離不需要的細胞（反向分離），也可用于富集所需要的細胞（正相分離）。Treleaven等[2]將苯乙烯微球與單克隆抗體結(jié)合，然后注入被癌細胞浸潤的骨髓中，孵育一段時間后進行磁分離，可以將骨髓中的癌細胞分離出來。張津輝等[3]用磁性微球分離檢測水中致病細菌，取得較滿意的效果。磁性免疫微球還被用于分離幽門螺桿菌或其它有機物，進行PCR檢測，其敏感度大為提高[4]。
3.2固定化酶
酶是一種生物蛋白質(zhì)，目前常用的酶分離方法存在的問題是酶在分離后很容易失活，影響到它的催化活性。用磁性微球分離酶可以很好地保持它的活性和穩(wěn)定性，同時也使得體系中酶的回收更加方便，提高了酶的使用效率。國內(nèi)邱廣明等[5]采用碳化二亞胺法在磁性微球表面固定中性蛋白酶，制備活性高達700U/g；緩沖溶液pH6.0、離子強度較高時，固定化酶的活性最高。邱廣亮等[6]通過研究合成了具有磁響應性聚乙二醇微球，并以此為載體，固定化了a-淀粉酶。在最適條件下，固定化酶的活性達34000U/g(干膠)，并且該固定化酶對酸、堿、熱的穩(wěn)定性大大增強，其操作穩(wěn)定性也大大增加。
3.3免疫分析
將磁性微球表面包被特異性抗體，就可以和待測樣品中抗原發(fā)生免疫反應，用磁鐵就可以將微球和樣品基質(zhì)分離，然后將吸附抗體和抗原的磁性微球用熒光免疫檢測法或電化學發(fā)光檢測法檢測。該過程使免疫分離與富集結(jié)合為一體，提高了分析檢測的靈敏度，同時避免了分析過程對人的可能危害。Nakamura等[7]把細菌磁微球用于檢測血清中免疫球蛋白IgG的含量，其線性范圍為0.5～100ng/mL。Kawasaki等[8]研究采用細菌磁性微球酶聯(lián)免疫化學發(fā)光快速高靈敏度檢測鼠抗IgG，完成一個樣品的檢測需時10min，線性范圍為1～105fg/mL。Fabregas等[9]將磁性免疫微球用磁場固定在一個平板換能器上，制得一種新型免疫傳感器，并將其應用于流動分析系統(tǒng)，完成一個測定循環(huán)需時小于30min，能夠檢測出樣品中微摩爾級濃度的兔抗IgG。
4 環(huán)境方面的應用
鑒于磁性微球強大的功能特點以及在生化領(lǐng)域所取得的成功應用，科研工作者已經(jīng)嘗試將磁性微球引入環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，用于對環(huán)境中自然水體、工業(yè)廢水、生活污水、土壤環(huán)境中部分有毒有機物、病毒、細菌的檢測。此外，將磁性微球應用于環(huán)境污染處理，如廢水處理，將是環(huán)境治理中另一個嶄新的領(lǐng)域。
4.1水體或環(huán)境中微生物的檢測
地表水或者各種污水中成分非常復雜，除了可見的各種殘渣、碎片、油脂、泡沫、漂浮物之外，里面還含有多種微生物。當水體中這些微生物含量超過正常指標，必將造成大范圍的疾病流行，對人類的身體健康造成嚴重的威脅。因此，對自然水體、各類污水、土壤中各種微生物的種類及含量的監(jiān)測是環(huán)境監(jiān)測工作中的一個重要課題。我們通常采用的檢測污水或其它水體中微生物含量的方法都需要將采集到的樣品進行預處理，除去樣品中的各種懸浮物。這一步非常費時，同時，樣品中待檢測組分會隨預處理過程部分喪失，使最終檢測結(jié)果發(fā)生偏差。采用免疫磁性微球分離技術(shù)可以將環(huán)境樣品中目標微生物很快分離出來。將磁性免疫微球分離技術(shù)和其它檢驗方法相結(jié)合，如和ELISA、PCR、FIA、ECL等技術(shù)相結(jié)合，可以將檢測效率和檢測下限大幅提高。
用磁性微球檢測水體中微生物含量的一般過程是：把包被有特異性抗體的磁性微球和待測樣品混合孵育一段時間后，在磁場的作用下分離，可以方便地將待檢測的一種或多種微生物分離出來，然后用ELISA、FIA、ECL等檢測方法進行檢測。Yu. H[10]成功地將磁性免疫微球應用于快速分離環(huán)境水體中的細菌和毒素，并將這種分離技術(shù)和熒光免疫分析法相結(jié)合，能夠快速探測出環(huán)境水體中2×10-3個/mL的E. coli O157，并能夠在完成96個/h樣品的檢測。Sylvie Hallier-Soulier等[11]研究用磁性免疫微球富集環(huán)境水體中的似隱菌屬擔孢子（一種能夠引起腸胃疾病的原生動物），然后采用PCR擴增檢測技術(shù)進行檢測，其檢測靈敏度達到能夠從每100L水中檢出1個卵囊的水平。張津輝等[3]研究了用磁性免疫微球富集分離并檢測水中的志賀病菌，他將磁性免疫微球和待測水樣混合孵育一定時間，然后磁分離，目的細菌的吸附率在95%以上。可見用磁性微球分離水中細菌的吸附率很高，且吸附非常穩(wěn)定。
4.2水中有機物的檢測
目前常用的檢測水體中有機物含量的方法是氣相色譜法或高效液相色譜法。盡管色譜法的檢測靈敏度很高，但是色譜柱對被檢測樣品的要求非常高，否則會影響檢測的靈敏度和色譜柱的使用壽命。因此，廢水在用色譜法檢測之前，需要經(jīng)過煩瑣的預處理，除去樣品中容易對色譜柱產(chǎn)生污染的成分。色譜柱完成一個樣品的分析只需20min，而樣品的預處理需要幾小時，甚至幾天。因此用色譜法分析廢水樣品的工作量非常大。
利用磁性微球分離效率很高的特點，將微球應用于廢水中特定組分的分離、檢測，可以有效地減少工作量，縮短工作時間。其過程是將富含活性基團-NH2、-COOH、-CHO等的磁性微球和待測樣品（必須含有-NH2、-COOH、-CHO等活性基團）混合，在活性試劑的作用下，樣品中的待測物質(zhì)就偶聯(lián)富集到磁球的表面，接著用磁場分離出來進行檢測。檢測方法可以用電化學檢測法、發(fā)光檢測法或電化學石英晶體微天平等方法。蘭州大學力虎林[12]做了用磁性微球分離檢測廢水中痕量肼的研究。他們將帶羰基的微球加入含肼的廢水中，并在沸水中加熱20min，然后用磁性電極吸附分離，在HOAc-NaOAc緩沖溶液中用脈沖伏安法測定，獲得很好的檢測效果，其最低檢測限為0.1mg/L。楊明等[13]研究用含酰肼基團的磁性微球吸收富集水中的微量甲醛，在弱酸性環(huán)境中，磁性微球上的酰肼基團和甲醛反應生成具有電活性的物質(zhì)腙。在測定時，磁性微球聚集在磁性電極的表面，電活性物質(zhì)在-1.04V被還原，利用還原峰電流值可以測量甲醛的含量。用這種方法測定環(huán)境水樣中甲醛的含量，其檢測下限為0.2mg/L，檢測靈敏度要比常規(guī)的光度法、色譜法、電化學法等檢測方法高。其它具有能夠和磁球偶聯(lián)的活性基團且有電活性的物質(zhì)，如含有醛基、羰基、氨基等的有機物都能用這種方法檢測。
5 結(jié)論與展望
磁性微球作為一種新型的功能材料，在生命科學、生化領(lǐng)域中的應用非常廣泛，但是有關(guān)微球在環(huán)境科學領(lǐng)域應用的報道還非常少。因此，磁性微球在環(huán)境領(lǐng)域中的應用還是一個嶄新的研究方向。由于磁性微球具有很大的比表面積，且表面分布著豐富的活性基團，可以和具有生物活性成分以及帶有活性基團的有機物發(fā)生偶聯(lián)，再加上磁性微球易于分離的特點，使得待檢測樣品中痕量組分高效地分離富集起來，提高了分析檢測靈敏度。此外，如果將磁性微球和某些特定的催化劑相結(jié)合，應用于廢水處理，也可能會收到意想不到的效果。因此，我們有理由相信，隨著研究工作的深入，磁性微球?qū)⒃诃h(huán)境監(jiān)測以及環(huán)境管理工作中發(fā)揮重要作用。
6 參考文獻
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