基于巨磁阻抗效应传感器和磁性标签的心血管疾病生物标志物的新型快速检测方法研究

New rapid detection method of biomarkers of cardiovascular disease based on giant magneto-impedance sensor and magnetic labels is investigated.GMI sensor based on soft magnetic ribbons and magnetic thin films is fabricated by MEMS technique.Analytical model of GMI effect is established from electrodynamics and ferromagnetics,the effects of sensor shape,structure,size and so on on the GMI effects are studied sysmatically. Microfludic component, and controllable Au element and its distribution on sensor surface are fabricated by MEMS technique. Technique of self-assembled monolayers is investigated, biomarkers of cardiovascular disease such as C-reactive protein (CPR),Myoglobin (Mb) antibody is immbolized on the self-assembled monolayer of the sensor surface using the Au elements,the labeled magnetic beads and antigen are immobilized on the sensor surface by using the immunoassay reaction. Magnetic field produced by magnetic beads under the external magnetic field on the performance of the GMI sensor is studied. By studying the concentrations,numbers and distribution of magnetic beads on performance of the GMI sensor, sensitivity and detection limit of biomarkers such as CRP, Mb antigen are obtained,which providing a novel detection method for diagnosis and alert system of cardiovascular disease.

利用巨磁阻抗（GMI）效应传感器和磁性标签研究面向心血管疾病生物标志物肌红蛋白（Mb）、C-反应蛋白（CRP）的新型快速检测方法。采用MEMS技术制备带材和多层膜GMI传感器；从电动力学和铁磁学出发建立带材和多层膜GMI效应的分析模型，对影响GMI传感器性能的因素如形状、结构、尺寸等进行研究；采用MEMS技术制备微流控部件；采用MEMS技术设计、制造可控的Au单元及其分布；研究多种自组装膜技术，通过在传感器表面上的自组装膜固定心血管疾病生物标志物单克隆抗体，采用双抗夹心法实现磁珠在传感器上的连接；研究磁场作用下磁珠磁化产生的磁场对GMI传感器性能的影响；通过对磁珠的浓度、分布等的研究，获得GMI传感器探测心血管疾病生物标志物的灵敏度和探测极限等信息，最终获得心血管疾病生物标志物的检测方法，为研制新型重大疾病早期诊断和预警系统提供科学依据。

心血管疾病生物标志物的检测对疾病的早期诊断和治疗具有重要作用，本课题利用巨磁阻抗（GMI）效应传感器和磁性标签研究面向心血管疾病生物标志物的新型快速检测方法。.从电感和电阻各自贡献于阻抗的角度建立了曲折型薄带的GMI理论模型。研究了尺寸（长度、宽度）对曲折多匝薄带GMI效应的影响，以及匝数、曲折状间距和曲折结构对GMI效应的影响，为GMI传感器的制作提供指导。.采用微细加工工艺制备了FeNi/Cu/FeNi多层膜及曲折状Co基非晶薄带传感器。FeNi/Cu/FeNi多层膜的GMI效应在频率为2MHz，磁场为25Oe时达到170%；曲折状薄带材料中GMI效应达204%，磁场灵敏度为17.8%/Oe。.研究了Au膜上多种自组装膜技术如巯基丙酸、11巯基十一烷酸等的自组装膜工艺，采用SEM、AFM、XPS等深入研究自组装膜的质量与自组装膜的工艺条件如溶液浓度、组装时间等之间的关系，优化出最佳的自组装膜工艺条件。.采用MEMS技术制备了集成Au膜的薄带GMI传感器，对不同尺寸和不同浓度磁珠进行原位检测，检测结果发现薄带GMI传感器对1 μm磁珠的检测极限为5 μg/ml，而可以检测到1 μg/ml的2.8 μm磁珠。结合双抗夹心免疫分析，采用原位测量的方法，薄带GMI生物传感器实现了对心脏标识物C反应蛋白和肌红蛋白Mb的定量检测，检测下限分别为1 ng/ml和0.5 ng/ml。采用分离式检测方法，利用NiFe/Cu/NiFe薄膜GMI传感器对C反应蛋白和肌红蛋白Mb实现了超灵敏联合检测，检测下限分别为1 pg/ml和0.1 pg/ml。.采用电镀NiFe/Cu/NiFe薄膜GMI传感器结合磁标记的双抗夹心免疫检测方法对大肠杆菌实现了高灵敏检测。采用分离式检测方法，运用1 μm磁珠进行捕获和标记大肠杆菌O157：H7，100 cfu/ml 细菌使GMI变化达27.4%。采用2.8 μm磁珠进行捕获和标记细菌，细菌样品置于传感器的边上，检测极限为50 cfu/ml，为细菌检测开辟了新的途径。