论文部分内容阅读
物质的磁性是物质的一个重要的物理性质,磁化率不仅是描述物质磁化性质的重要物理量,也是描述物质磁性的一项重要参数。测定物质磁化率,可以获得有关物质微观结构的许多信息。目前人们对液体特别是磁性液体的认识要远少于对固体的认识,还没有建立起一套比较完整的理论体系。近年来随着磁性纳米粒子在生物医学及生物传感方面的广泛研究,区别于固体物质的磁化率的测量方法,对磁性液体中磁性纳米粒子的交流磁化率的测量也得到了一定的发展,为研究磁性纳米粒子在生物医学及生物传感方面的应用奠定了良好的基础。
本论文目的是研究聚集和表面生物分子吸附对磁性纳米粒子交流磁化率的影响,以期为发展基于磁性纳米粒子交流磁化率测量的生物传感方法提供依据。理论上,Brownian弛豫特征频率ωB与溶液中磁性纳米粒子的水动力学尺寸有如下关系:
这里,特征频率ωB与溶液中磁性纳米粒子的水动力学半径rH成三次方反比关系。因此,溶液中磁性纳米粒子的聚集和表面生物分子吸附主要通过对水动力学尺寸的改变来影响其特征频率。论文主要研究工作分为三部分:
首先,介绍了交流磁化率测量的原理及具体装置构建。交流磁化率的测量基础是基于交流互感电桥的基本原理,采用一对差动线圈,通过测量其中的一个线圈的次级绕组的输出电压,进而计算样品的磁化率的变化。使用本测量仪,可以测量磁性液体中的磁性纳米粒子的交流磁化率随激发频率的变化。
其次,纳米氧化铁磁性液体交流磁化率的测量。一般地,在溶液中由于磁性纳米粒子之间的磁偶极相互作用及范德瓦尔兹力会导致纳米粒子以一定的聚集体形式存在。通过对溶液中以一定聚集体形式存在的具有不同水动力学粒径及分散在不同的缓冲溶液中的磁性纳米粒子的交流磁化率随频率的变化关系的测量可得,磁性纳米粒子的特征频率与其水动力学直径成一定的反比例关系;随着磁性纳米粒子水动力学粒径的增大,粒子布朗弛豫的特征频率向低频范围移动。
最后,研究了表面生物分子吸附对溶液中以一定聚集体形式存在的磁性纳米粒子交流磁化率的影响。氧化铁磁性纳米粒子与牛血清白蛋白(Bovine Serum AlbumiN,BSA)、IgG及羊抗人(goat anti humaN,GAH)IgG等生物分子相互作用后会引起其水动力学粒径的变化,在交流磁化率测量方面相应的会引起其磁动力学特征频率发生移动,从而可以用来传感溶液中的包含磁标签的生物分子结合事件。
通过对不同水动力学粒径的磁性纳米粒子交流磁化率的测量知,磁性液体中磁性纳米粒子的交流磁化率谱对溶液中磁性纳米粒子的聚集状态以及生物分子的吸附敏感,粒子由于一定程度的聚集或表面吸附生物分子会引起其水动力学粒径的增大,相应的会引起其磁动力特征频率向低频范围移动。因此,基于磁性纳米粒子的磁动力学特征频率的变化,可望发展成为一种研究磁性纳米粒子表面生物分子相互作用的生物传感方法。