综述·动态·评论
磁性纳米材料在分离和检测中的应用研究进展
郭祖鹏，师存杰，焉海波
（青海大学化工学院，青海西宁 810016）
摘 要：磁性纳米材料应用于生物、环境等众多领域近年来受到了广泛关注。磁性纳米粒子经过适当的表面修饰，可高度选择性地结合目标分子，在解决目标物的快速分离检测及高特异性的选择性分离检测方面具有优势。本文介绍了磁性纳米粒子在分离（包括水处理中的离子吸附分离、水处理中有机物吸附分离、膜分离、生物分离和其他分离）及分析检测（包括水体检测、生物监测、食品安全检测）中的应用，对多功能磁性纳米粒子的构建及其在分离及分析检测领域中的应用具有指导意义。
关键词：磁性纳米粒子；分离；检测
中图分类号：TM271；TB383 文献标识码：A 文章编号：1001-3830(2012)01-0009-11 Progress on applications of magnetic nanoparticles in separation and detection
GUO Zu-peng, SHI Cun-jie, YAN hai-bo
School of Chemical Engineering, Qinghai University, Xining 810016, China
Abstract：The applications of magnetic nanoparticles in biotechnology and environmental, and so on, has attracted considerable attention in recent years. The magnetic nanoparticles with suitable surface modification are capable of binding molecules selectively. Magnetic nanoparticles and the magnetic separations, magnetic detections have advantages of rapidity, convenience and high selectivity. In this review, the applications of magnetic nanoparticles in separation (including ion exchange and adsorbing organic compounds in water treatment, barrier separation, bioseparation, and so on) and detection (including water quality detection, bioassay, food safety detection) were reviewed. This paper have guiding significance for the construction of multifunctional magnetic nanoparticles and their applications in separation and detection.
Key words：magnetic nanoparticles； separation； detection
1 引言
随着纳米技术的快速发展，纳米材料特别是磁性纳米材料在水处理中的重金属离子和有机物分离以及膜分离、生物分离和水体、生物、食品安全检测领域引起了人们极大的研究兴趣[1]。磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料，既具有纳米材料所特有的性质如表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、偶连容量高，又具有良好的磁导向性、超顺磁性类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，可以在恒定磁场下聚集和定位、在交变磁
收稿日期：2011-07-03 修回日期：2011-07-24
通讯作者：郭祖鹏 Tel: 0971-*******
E-mail: pengpeng180724@https://www.doczj.com/doc/3916874430.html,。场下吸收电磁波产热。基于这些特性，磁性纳米颗粒广泛应用于分离和检测等方面。本文综述了磁性纳米材料在分离和检测方面应用的最新进展，并对其应用前景进行了展望。
2 磁性纳米材料在分离中的应用
磁性纳米材料可以快速分离和吸附水中大部分的亲水性分子和疏水性分子，也可以快速分离和吸附生物分子如蛋白质、酶、核酸以及细胞。
2.1 水处理中的离子吸附分离
目前，随着工业与经济的快速发展，水域重金属污染已经成为危害较为严重的水污染问题之一。重金属因具有毒性大、在环境中不易被代谢、易被生物富集和生物放大效应等特点，一旦未经处理而
排放到自然界中，将极大地破坏生态系统，不但污染水环境，也会严重威胁水生物的生存和人类的健康[2]。传统的处理技术以物理化学方法为主，将重金属进行沉淀或将其还原成低毒性的物质，然而这些处理技术一般成本较高，而且易引起二次污染，不易被企业采纳应用，所以仍然无法满足人类对环境质量日益严格的要求。近些年来,磁分离法因其独特的分离原理和诸多优点使之成为最有发展前途的新型污水处理技术之一[3]。对于造纸、化工、制药、食品等工业废水中的重金属离子, 通过磁分离技术分离效果明显。而对于废水中无磁性的有机物和无机物，需要预先加入“磁种”,使本身无磁性的有害物质通过氢键、范德瓦尔斯力与经表面官能团修饰的磁种絮接,然后通过外加磁场对这些有害物质有效分离。磁性纳米材料作为一种新型的功能材料，与传统的回收或修复技术相比，由于其低成本运行、无二次污染、还可以有选择地吸附重金属离子等优点，因而是非常具有吸引力的一种选择，从而为重金属废水的处理提供了更广泛的空间。程杨等[4]制备了一种高磁响应的Fe3O4-SiO2-Polypyrrole纳米复合核壳颗粒，并成功应用于水相体系中重金属离子Cr2O72－的吸附。通过测试分析，结果显示，核壳复合吸附材料由400nm大小的Fe3O4多晶球簇内核、100nm厚的非晶SiO2壳层以及外层聚吡咯材料组成，其饱和磁化强度为43.5 A·m2/kg。通过电感耦合等离子体发射光谱仪研究了其对重金属离子的吸附性能，按照Langmuir 等温吸附模型计算的饱和吸附量为35.52mg/g。孙正滨等[5]选取聚合物包覆Fe3O4磁性纳米粒子作为超导磁分离污水处理工艺中的磁种，扩大超导磁分离技术在污水处理领域的应用范围。常温条件下合成Fe3O4磁性纳米粒子，通过测试发现，磁性纳米粒子直径在6～10nm，表面被含有羧基的聚合物分子链包覆，且在常温下磁性纳米粒子显示超顺磁性。随后以印染厂污水为对象，检验磁性纳米粒子对污水处理的能力。该研究主要比较污水处理前后的浊度和化学需氧量，结果显示聚合物包裹Fe3O4磁性纳米粒子可有效去除印染厂废水中的污物。蔡力峰等[6]通过细乳液聚合制备了表面含酯基的磁性苯乙烯和乙酸乙烯酯共聚物纳米颗粒，利用醇解反应赋予颗粒表面丰富的羟基，进一步在颗粒表面偶联氨基硫脲，制备了螯合磁性聚合物纳米颗粒。通过测试分析，结果表明, 纳米颗粒粒径比较均匀，在常温下具有超顺磁性。此外，磁性纳米颗粒对重金属离子的吸附具有选择性，吸附容量顺序为Hg2+>Zn2+>Pb2+>Cd2+，而且磁性纳米颗粒对各种重金属离子的等温吸附符合Langmuir方程。Zhou等[7]用共沉淀法制得的Fe3O4溶液10mL 与质量分数6%的壳聚糖溶液50mL混合，然后在碱性环境中沉淀得到磁性壳聚糖微球，并用α-酮酸进行修饰。产物不仅保持了超顺磁性，且对Cu2+的吸附能力遵循Langmuir吸附模型。另一种方法是原位合成磁性壳聚糖微球，即先将Fe3+、Fe2+离子分散在呈酸性的壳聚糖溶液中，再将该混合液滴入碱液中沉淀，最后交联剂固定。Uzun等[8]通过悬浮聚合的方法制备了以Fe3O4为核、用二甲基丙烯酸乙二醇酯和1-乙烯基-1,2,4-三唑聚合物(poly(EGDMA–VTAZ))包覆的磁性纳米复合粒子。并且，作者成功地将该磁性纳米粒子用于水相体系中重金属粒子的吸附分离。实验表明，该磁性纳米粒子对于1mol的水相体系重金属离子Hg2+，Pb2+，Cu2+，Cd2+，Zn2+的吸附量分别为178.1，132.4，83.5，54.1，32.4mg/g。对于不同离子的吸附强弱顺序为Hg2+>Pb2+>Cu2+>Cd2+>Zn2+，并且，磁性纳米粒子对于离子的吸附量随水流速度增大而减小。该磁性纳米复合粒子通过硝酸处理，还可以再生循环利用，再生率达到了97%。Chandra等[9]成功制备了一种石墨烯Fe3O4杂化磁性纳米粒子。通过测试分析，该粒子粒径约为10nm，具有超顺磁性。与未经任何修饰的纯磁性纳米粒子相比，该杂化粒子对于离子As(III)和As(V)具有很高的吸附能力，可以达到99.9%，砷离子的浓度可以降到1μg/L。同时，该杂化粒子不易团聚。
天然沸石价格低廉、资源储量大, 具有巨大的比表面积和优良的离子交换吸附性能, 在废水处理领域有着广泛的应用前景[10]。但在废水处理过程中, 由于其颗粒细小, 长期悬浮于被处理废水中, 难于快速分离回收, 如能制备成磁性天然沸石, 即可利用磁分离技术将其从悬浮液中快速分离回收。因此, 加强磁性天然沸石的制备、表征及其对重金属离子的交换吸附性能研究, 对于提升天然沸石应用价值、提高其废水处理效率具有重要意义。王维清等[11]采用化学共沉淀法制备Fe3O4磁流体, 再与斜发沸石复合制备一系列不同Fe3O4载量的磁性斜发沸石，测定了其磁分离回收率及Cu2+、Zn2+、Cd2+的饱和交换吸附量。结果表明, Fe3O4微粒附存
于斜发沸石表面或相互聚集, 磁性斜发沸石磁稳定性好，并具有良好的超顺磁性，其对Cu2+、Zn 2+、Cd2+的交换吸附性能与其所含斜发沸石相当，但随Fe3O4载量增加而降低。磁性斜发沸石经磁分离回收并放置于空气中100天后仍保持良好的超顺磁性和较高的磁分离回收率。黄阳等[12]以硫酸铜、氯化铁为主要原料，采用化学共沉淀法制备CuFe2O4纳米磁性微粒，然后将其与海泡石复合制得CuFe2O4载量不同的磁性海泡石。测试结果表明，合成的CuFe2O4结晶度高，晶粒度约为16nm，饱和磁化强度为24.114A·m2/kg。磁性海泡石中，CuFe2O4较均匀地负载于海泡石表面，其饱和磁化强度以及对Cu2+的饱和吸附量随CuFe2O4载量增加而增大。
2.2 水处理中有机物吸附分离
近年来，磁性纳米粒子因其具有表面电位高、比表面积大、超顺磁性和易分离等性质，对污水中多种有机物有较强的吸附能力或螯合作用，随之借助于具有诸多优点的超导磁分离技术，可将吸附污物的纳米粒子从污水中分离出来，从而达到净化污水的目的。刘徽等[13]采用共沉淀法制备了纳米Fe3O4磁性粒子。测试结果表明，在未添加任何分散剂的条件下，制得的纳米Fe3O4磁性粒子主要呈球状，平均粒径约11nm，为典型的反尖晶石结构；饱和磁化强度、矫顽力和剩余磁化强度分别为73.10 A·m2/kg、159.2A/m和0.41 A·m2/kg；磁分离沉降速度为重力场的50倍。同时，进行了磁分离沉降性能和腐殖酸(HA)吸附去除实验研究。结果表明，纳米Fe3O4磁性粒子对HA的吸附符合Langmuir型吸附等温线，为单分子层吸附, 理论最大吸附量为48.5mg/g。姜翠玉等[14]采用共沉淀法合成Fe3O4磁性纳米粒子，并用阳离子表面活性剂(901)对Fe3O4纳米粒子进行表面包覆，制备了复合磁性纳米粒子Fe3O4/901。测试结果显示，磁性Fe3O4纳米粒子的饱和磁化强度为59～61 A·m2/kg，具有超顺磁性。Fe3O4粒子的平均粒径为20nm，Fe3O4/901粒子的平均粒径为25nm，并通过红外光谱证实901在Fe3O4粒子表面的包覆。对胜利油田孤四联井排含油污水的处理结果表明：Fe3O4/901纳米粒子与聚合氯化铝和阳离子聚合物复配使用，加剂后仅1min，污水含油量从1078.3mg/L降至14.5mg/L，悬浮物从146mg/L降至20mg/L，与复配前相比，除油率提高约3%，悬浮物含量降低79%，絮体沉降速度明显加快。王家宏等[15]采用高温水热法合成了磁性壳聚糖，并研究了其对水中HA的吸附、脱附行为。表征结果表明，磁性壳聚糖粒径为200～300nm，氨基含量1.29mmol/g，BET 比表面积36.00m2/g，饱和磁化强度为38.78 A·m2/kg，易于磁性分离。HA 在磁性壳聚糖上的吸附等温线可用Freundlich方程模拟，吸附动力学符合拟二级动力学方程。HA的吸附量随溶液pH 值的升高而降低，随不同阳离子浓度增加而增加，不同类型的阳离子对HA吸附效果影响的大小顺序为：Ca2+＞Mg2+＞Na+＞K+。经5个脱附再生循环，磁性壳聚糖仍能保持79.8%的吸附量，表明该吸附剂再生性好，可循环使用。曹玉平等[16]采用纳米Fe3O4磁种、普通微米Fe3O4磁种及硬脂酸表面改性普通磁种处理齐鲁石化堠皋3#地下水进行磁分离除油实验。结果表明，当原水含油量为20～35mg/L时，采用表面有机改性磁种除油效果最好，在改性磁种投加量为100mg/L、聚合铝铁为0.4g/L、聚丙烯酰胺为0.8mg/L的条件下，除油率为67.3～72.5%，出水含油量为7.2～9.3mg/L。胡淑婉等[17]采用高温催化裂解法制备碳纳米管，对其用浓硝酸氧化法进行纯化处理，并用化学共沉淀方法制备了磁性碳纳米管。同时，进行了磁性管的脱附和再吸附性能研究。碳纳米管对甲基橙溶液的吸附遵循Langmuir方程，在实验条件下9h达到吸附平衡。研究表明，酸性条件下有利于吸附的进行，磁性管对甲基橙的吸附随着温度的升高而降低，为一个放热过程，是物理吸附与化学吸附共同作用的结果。Zhu等[18]成功地合成了一种核壳结构的Fe2O3-C磁性纳米粒子。测试结果显示，该磁性纳米粒子具有很好的疏水性以及亲油脂性，并且不易团聚。作者成功地将这种磁性纳米粒子应用于含油污水的清理以及吸附水体中有机污染，通过实验，发现该磁性纳米粒子对于油污具有很高的吸附性，同时，通过超声处理吸附油污的粒子后，磁性纳米粒子仍然保持很好的疏水性和超强的亲油性，而且可以多次循环使用。Fuhrer等[19]制备了β-环糊精标记表面碳包覆的磁性Co纳米复合粒子，并成功将其应用于水相体系中有机污染物多氯代二苯二嗯英以及双酚A的吸附实验。实验结果表明，该磁性纳米复合粒子对于有机污染物具有高效、快速的吸附以及解吸的能力，可以循环使用16次，且每次循环过程为5min。
2.3 膜分离
超滤膜分离技术由于其操作简单、分离效率高、无相变、不损害生物活性，已广泛应用于食品、中药多糖分离等方面[20]。目前, 在膜的性能改进方面已进行了大量的研究，其中就磁性纳米粒子引入膜的改性中，利用纳米粒子的尺寸效应、表面与界面效应，重新构建和调控膜的无序孔隙结构，提高膜的气体渗透性能，并赋予膜磁性，拓展膜新的应用途径。谢慧明等[21]以原位生成法制得Fe3O4-PSF(聚砜)磁性复合超滤膜。改变磁场强度和压力，以截留率为考察指标，确定膜截留分子质量为30000道尔顿和10000道尔顿时对应的值分别为0.1T、0.4MPa和0.8T、0.5MPa。对麦冬多糖提取液(含量为91.68%)进行连续性分离，并对分离后样品进行测定，GPC 软件分析A、C、D 三样品结果：A样品重均分子量(M w)为32610道尔顿，分子质量30000道尔顿以上的麦冬多糖的含量85.6%；
C 样品M w为24069道尔顿，分子质量10000～30000道尔顿的麦冬多糖的含量达87.6%；D样品M w为8664道尔顿，分子质量1000～10000道尔顿的麦冬多糖含量达88.7%。赵选英等[22]采用共混法在聚酰亚胺前驱体中引入Fe3O4磁性纳米粒子，经高温热解炭化制备了杂化功能炭膜。测试结果表明，Fe3O4磁性纳米粒子在热解炭化过程中发生了物相形态的改变，并对前驱体起到了催化石墨化的作用，使功能炭膜具有类石墨片层和乱层炭的两种炭结构形态，同时具有磁性。气体渗透实验表明，掺杂Fe3O4磁性纳米粒子使所制备的功能炭膜具有分子筛分的分离特征，提高了炭膜的气体渗透性能，特别是对小分子气体H2的渗透性提高了61倍，H2/CO2的分离选择性也明显得到改善。Fe3O4的掺杂量和炭化终温对炭膜的气体分离性能有显著影响。Fe3O4添加量为20wt%的功能化炭膜对H2、CO2、O2、N2和CH4等纯气体的渗透系数分别为15476、4385、1565、193和114巴。陈显利等[23]采用化学共沉淀技术制备了Fe3O4纳米颗粒，利用等离子体有机聚合法和化学植入法对磁性纳米颗粒进行表面修饰，制备出麦秸杆纤维素自组装和聚醋酸乙烯酯覆膜两种磁种材料。分析表明具有吸附功能的活性基团和磁性颗粒能很好地结合。对改性后纳米磁种颗粒对水中阴阳离子和有机物的吸附性能的研究证明两类磁种材料均表现出90％以上的吸附率，可以满足超导磁分离水处理的要求。王瑞君等[24]应用相转化法，将纳米级Fe3O4颗粒填充到聚砜中制备出一种新的磁性聚砜-Fe3O4复合膜，将磁性约束复合膜应用于多糖类物质的超滤分离，通过外加磁场调节磁性膜截留率大小，探讨对多糖类物质进行可控制的膜分离机制。结果表明，磁性膜在磁场下能够有选择地分离多糖，提示通过调节外加磁场可实现对一系列不同的多糖物质进行连续分离，这种新型的磁控约束膜将具有良好的应用前景。
2.4 生物分离
生物分离是指利用功能化磁性纳米颗粒的表面配体与受体之间的特异性相互作用（如抗原-抗体和亲和素-生物素等）来实现对靶向性生物目标的快速分离。传统的分离技术主要包括沉淀、离心等过程，这些纯化方法的步骤繁杂、费时长、收率低，接触有毒试剂，很难实现自动化操作。而磁分离技术具有快速、简便的特点，能够高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。基于磁性纳米颗粒的超顺磁性，在外加磁场下纳米颗粒被磁化，然而一旦去掉磁场，它们将立即重新分散于溶液中。通常磁分离技术主要包括以下两个步骤：(1)将要研究的生物实体标记于磁性颗粒上；(2)利用磁性液体分离设备将被标记的生物实体分离出来。目前，磁分离方法已经拓展到对细胞、蛋白质和核酸(DNA，RNA)等多种生物的分离和纯化。
2.4.1 细胞分离
磁性纳米材料用于细胞分离的基本原理是, 磁性纳米材料作为不溶性载体，在其表面上接有生物活性的吸附剂或其它配体等活性物，利用它们与目标细胞的特性结合，在外加磁场作用下将细胞分离。可用于细胞的分类以及对其种类数量进行研究[25]。温惠云等[26]采用脉冲电场液滴制备工艺，以海藻酸钠、壳聚糖为载体材料，纳米Fe3O4为磁性材料，地衣芽孢杆菌为细胞模型，制备具有超顺磁性的微尺度载细胞微胶囊。以地衣芽孢杆菌的生长量为考察指标，考察不同磁性Fe3O4含量、磁场引力、粒径和初始菌浓等因素的影响。实验结果表明，磁性材料Fe3O4的引入对地衣芽孢杆菌的生长没有影响。制备磁性固定化地衣芽孢杆菌微胶囊的最适条件为：Fe3O4含量0.003g/mL，初始接种密度为1.5倍菌浓(6.25×106/mL)，微囊的平均粒径为350μm，磁场环境的引入对地衣芽孢杆菌的生长无明显影响。论证了磁性壳聚糖/海藻酸钙微胶
囊固定化细胞工艺进行在线分离、连续化操作的可行性。孙晓婷等[27]利用超声波在液体介质中传播时，在界面产生强烈的冲击和空化现象的特性，对共沉淀法中的一步法制备磁性微小铁葡聚糖颗粒的过程中反应初产物离心后得到的沉淀部分进行了超声波处理，结果回收量由原来的0.5g增至10.2g。利用超声波处理得到的微小铁葡聚糖颗粒进行尾草履虫接合的分离，接合率达到95%以上，细胞同步发育程度也很高。这些结果表明, 超声波处理在提高微小铁葡聚糖颗粒产量的同时，也保证了质量，从根本上解决了磁性铁葡聚糖颗粒低回收量的问题。Kuhara等[28]制备了人单克隆抗体anti-hPCLP1，利用anti-hPCLP1修饰的磁纳米颗粒从人脐带血中成功分离了成血管细胞，PCLP1阳性细胞分离纯度达到了95%。Earhart等[29]通过将生物样品特异性抗体连接于磁性纳米颗粒表面以实现其功能化，然后在外加磁场的作用下将待分离样品通过含有功能化磁性纳米颗粒的分离筛，分离筛狭缝周围的磁性纳米颗粒被外加磁场磁化，从而形成较高的局部磁场梯度，并在狭缝处产生边缘磁场。由于局部磁场梯度的作用，磁性纳米颗粒及其所捕获的靶细胞被富集于狭缝处，其它成分则可自由通过分离筛。去除外加磁场并利用合适的缓冲溶液冲洗分离筛，即可对靶细胞进行释放富集。利用该方法对靶细胞的捕获效率可以达到37%，而且捕获到的靶细胞可以实现完全富集。
2.4.2 蛋白质分离
磁性纳米粒子用于蛋白质分离是基于在磁性粒子表面上修饰离子交换基团或亲和配基等可与目标蛋白质产生特异性吸附作用的功能基团, 使经过表面修饰的磁性粒子在外加磁场的作用下从生物样品中快速选择性地分离目标蛋白质。王军等[30]采用络合剂乙二胺四乙酸二钠和硅烷偶联剂KH-550对磁性Fe3O4粒子进行表面修饰改性, 并用其对天然胶乳中的蛋白质进行吸附分离。结果表明, 乙二胺四乙酸通过化学键合牢固地结合在磁性粒子表面, 并通过羰基与蛋白质反应, 达到降低胶乳氮含量的目的。李桂银等[31]采用氧化水热法，以双氧水作为氧化剂, 成功地制备了Fe3O4纳米颗粒。将所得的磁性Fe3O4为内核，以改性壳聚糖(α-酮戊二酸缩壳聚糖)为修饰材料，在碳二亚胺的活化作用下，制备了表面含有一定羧基的磁性纳米粒子。该复合粒子的平均粒径为26nm，呈类球形且分散均匀，具有超顺磁性，比饱和磁化强度为24.8A·m2/kg。磁性纳米微球中Fe3O4含量为38.5%，具有较好的磁分离效果和磁稳定性。以牛血清白蛋白(BSA)为模型蛋白，对磁性纳米粒子进行蛋白吸附的生物学应用进行了初步的探讨。朱晶晶等[32]将还原型谷胱甘肽(GSH)共价结合在异硫氰酸根末端磁性微粒表面，制备了具有超顺磁性的谷胱甘肽-磁性微粒亲和介质，以表面修饰有谷胱甘肽的磁性微粒为载体，建立了谷胱甘肽巯基转移酶(GST)融合蛋白的纯化体系。对100μL细胞裂解液纯化体系所需磁性微粒用量、谷胱甘肽-磁性微粒与细胞裂解液的孵育时间、清洗条件等进行了优化。以聚丙烯酰胺凝胶电泳对融合蛋白的纯度进行了检测，Bradford方法对融合蛋白进行了定量测定，对纯化得到的目的蛋白进行了Western blotting分析。结果表明，每毫克异硫氰酸根末端磁性微粒对GSH的固定化容量为150μg, 10mg谷胱甘肽-磁性微粒可满足100μL细胞裂解体系中目的蛋白的纯化，最佳孵育时间为40min, 对GST融合蛋白的平均纯化量为516μg。Li等[33]在磁性粒子与分子印迹技术结合方面也进行了较多的研究，采用溶胶-凝胶法制备表面包覆硅的Fe3O4磁性纳米粒子，进而在模板蛋白的存在下，合成了平均粒径210nm的核壳结构牛血红蛋白印迹磁性纳米粒子。蛋白吸附结果表明, 该磁性纳米粒子对模板蛋白具有高吸附能力和相对低的非特异性吸附，且易达到吸附平衡，在外加磁场作用下容易实现磁性分离。Ten等[34]采用溶胶-凝胶/水包油微乳液方法合成了包埋超顺磁性Fe3O4纳米颗粒的介孔氧化硅微球。制备过程如下:首先将油酸改性的Fe3O4分散在乳液油滴中，然后将二氧化硅与溴化十六烷三甲基铵(CTAB)胶束浓缩在油/水界面，最后焙烧得到介孔磁性复合微球。水包油型微乳液法制备球形颗粒是非常有效的。另外，该方法具备快速、大批量和低成本等特点。该样品的比表面积为720m2/g，孔容为0.32cm3/g，较窄的孔径分布(3.1nm)，粒径分布均一(390nm)，比饱和磁化强度高达30 A·m2/kg。电泳实验表明，该微球可以高效率回收琼脂糖凝胶中的DNA片段。
2.4.3 核酸分离
核酸技术的应用大大优化了生命科学上的制备和诊疗过程。样品制备的质量, 尤其是DNA分离的效果，是衡量DNA技术的基本标准。经典的DNA/RNA分离方法有柱分离法和一些包括沉积、
离心步骤的方法，这些方法的缺点是耗时多，难以自动化，不能用于分析小体积样品，分离不完全。使用磁性纳米材料进行核酸分离可避免这些局限。吴能表等[35]采用氧化硅包裹的磁性纳米粒子，平均粒径为20nm左右，在外加磁场的作用下，从细胞粗提掖中快速分离质粒DNA。用这种方法成功地从大肠杆菌DH5α浓缩和纯化得到了pUC19质粒, 该质粒具有生物活性, 可直接用于限制性酶切和细胞转化等分子生物学下游操作。方菲等[36]改进传统的溶胶-凝胶方法而制备得表面包裹SiO2的核-壳型磁性Fe3O4纳米材料，然后将表面连有链霉亲和素的磁性纳米材料应用于生物样品中核酸的分离。测试结果表明，制得的磁性纳米微球表面包裹SiO2，粒径均匀，分散性良好，并且具有超顺磁性和较大的比饱和磁化强度，电泳结果表明磁性微球可以很好地从细胞悬液、组织、血液等样品中分离得到高质量的核酸。Bromberg等[37]成功合成了经聚乙烯亚胺和聚六亚甲基双胍盐酸盐表面修饰的磁性Fe3O4纳米复合粒子。测试结果显示，这种复合粒子能够在pH≤10的水中稳定存在，并且在这个环境中能够捕获各种细菌的DNA分子。同时，通过外加磁场分离这种复合粒子。而且，这种复合粒子毒性很小。他们[38]又合成了磁性Co纳米粒子，通过聚六亚甲基双胍盐酸盐进行表面修饰，得到的复合磁性纳米粒子对于大肠杆菌中的双链DNA具有很高的捕获能力，而且，随着粒子粒径的减小，吸附能力提高。
2.4.4 酶分离
酶是一种生物蛋白质, 目前常用的酶分离方法存在的问题是酶在分离后很容易失活, 影响到它的催化活性。用磁性纳米材料分离酶可以很好地保持它的活性和稳定性, 同时也使得体系中酶的回收更加方便, 提高了酶的使用效率。潘见等[39]以FeCl2为还原剂, 采用模板和化学镀相结合的方法制备Fe3O4/PSF 磁性复合超滤膜。测试分析结果表明，粒子主要沉积在复合膜的孔道中；沉积粒子主要为Fe3O4，粒径为6.99nm；液液界面法测得复合超滤膜的平均孔径从无磁场下的9.36nm 减小到0.8T磁场下的8.54nm；在外加磁场下，复合超滤膜对不带电的溶菌酶截留率增大，对带电的溶菌酶截留率减小。分析认为，复合超滤膜在磁场下的超滤机理，主要是磁场诱导效应和磁致伸缩效应，并且前者的作用大于后者。Fe3O4/PSF磁性复合超滤膜为酶的分级分离提供了一种新的途径，进一步的研究可以利用各种酶等电点的不同，通过调节酶液pH值和外加磁场达到对各种粗酶制品进行分离提纯的目的。刘兴华等[40]选择合适的双亲性嵌段共聚物Pluronic产品接枝到Fe3O4磁性纳米粒子的表面，合成了粒径均一、亲水性好、非特异性吸附低的纳米级磁性分离载体(PMNPs)。通过对漆酶发酵液的分离纯化研究了Pluronic对排除蛋白非特异性吸附的作用。结果表明，PMNPs对漆酶的最大吸附量可达0.535mg/mg，在540℃内基本不受温度变化影响，对漆酶发酵液的分离纯化因子为3.4，酶活收率达62.9%，可实现一步分离提纯。李梅基等[41]通过化学共沉淀法合成纳米粒子Fe3O4磁核，以壳聚糖为包裹材料包被自制的磁核，采用乳化交联法制备了具有核-壳结构的磁性高分子微球-壳聚糖磁性微球，并偶联肝素配基得到了一种新型亲和磁性微球，通过实验考察了该亲和磁性微球对凝血酶的分离纯化性能，并与传统的DEAE 离子交换色谱法进行了比较。结果表明，所得亲和磁性微球具有较窄的粒径分布（50nm 左右）、形状规整。对凝血酶一步吸附纯化获得了比活为1879.71U/mg的酶(U/mg为酶的活力单位)，得率85%，纯化倍数11.057，而传统柱层析法得率为72%，纯化倍数仅为5.33，制备了壳聚糖亲和磁性微球，并将磁分离技术应用于凝血酶的分离纯化，得到了较好的效果。Lin等[42]制备了用表氯醇修饰并用淀粉交联剂包覆的超顺磁性纳米颗粒，成功地将其应用于从大豆蛋白质分离淀粉酶的试验中。通过实验分析，对于天然淀粉酶和精制淀粉酶吸附的最佳pH值为6以及最佳温度分别为70℃和 60～70℃，最佳热力学稳定温度为20～70℃和20～60℃。Deng等[43,44]成功制备出多种以Fe3O4纳米粒子为核、以SiO2/沸石为壳的磁性微球。值得注意的是，他们通过溶胶-凝胶法与蒸气相法相结合制备了一种核-壳结构的磁性沸石微球，其磁性核的直径大约为400nm，沸石外壳的尺寸为180nm左右。所制备的磁性沸石微球对胰蛋白酶有较强的吸附能力，负载量可以达到6.2%，以此负载胰蛋白酶的磁性微球进行降解蛋白的实验，结果表明，使用微波照射仅需15s 即可达到有效降解所测试蛋白的目的。另外，此磁性微球固定化胰蛋白酶重复使用7次后，其降解蛋白的活性仍没有明显降低。
2.5 其他分离应用
王显祥等[45]在水相中，分别合成了巯基乙酸为稳定剂的CdTe量子点和超顺磁性纳米Fe3O4，然后将其加入到一定比例的环己烷、Triton-X-100和正硅酸乙酯(TEOS)形成的反相微乳液体系，合成了粒径分布在15～20nm，同时具有荧光和磁性的双功能亲水性复合纳米材料(MQDs)。用5%的戊二醛为交联剂，振荡交联1h后，在MQDs表面固定了葡萄糖氧化酶(GOx)。固定化GOx最适pH值为5.5，最适温度为21℃，和游离酶不同。基于GOx催化葡萄糖产生H2O2能够引起量子点荧光的淬灭，利用MQDs的磁性及荧光，实现了对样品中葡萄糖的同时分离和可视化荧光检测。另外，李瑞雪等[46]以羧甲基-β-环糊精为表面修饰剂对Fe3O4磁性纳米粒子进行包覆修饰，以环氧氯丙烷为交联剂，在β-环糊精的碱性溶液中通过Fe3O4磁性纳米粒子表面进行的交联反应制备了交联β-环糊精聚合物/Fe3O4复合纳米颗粒。测试结果表明，制备的复合纳米颗粒为近球形、核壳结构，粒径约为10～20nm，环糊精聚合物含量为29%，在水中的分散性良好。磁性能测试和包合性能测试表明，复合纳米颗粒为超顺磁性，对特定分子具有一定的包合能力，可用于靶向给药系统和特定物质分离的载体。胡爱娟等[47]采用原子转移自由基聚合方法合成了聚丙烯酸叔丁酯-聚丙烯腈嵌段共聚物(P t BA-b-PAN)，酸解得到聚丙烯酸-聚丙烯腈两亲嵌段共聚物(PAA-b-PAN)。随后, PAA-b-PAN 嵌段共聚物在水溶液中自组装形成以PAA为壳、PAN 为核的胶束。用此胶束为模板，加入FeCl3溶液后得到了壳层负载Fe3+的聚合物纳米粒子，经230℃空气中预氧化、600℃氮气氛煅烧，得到了核壳结构、具有磁性的碳纳米粒子。通过测试分析，结果表明纳米粒子的壳层含γ-Fe2O3, Fe2.5C混合物，核含碳，直径为35±5nm，饱和磁化强度为 2.16 A·m2/kg。在分离、吸波和传感器等方面具有潜在的应用前景。
3 磁性纳米材料在检测中的应用
磁性纳米粒子因其特有的磁导向性、小尺寸效应及其偶联基团的活性，兼有分离和富集的作用，使其在分析检测领域有广泛的应用。
3.1 水体检测
鉴于磁性纳米材料强大的功能特点以及在生化领域所取得的成功应用, 科研工作者已经尝试将磁性微球引入环境监测领域, 用于对环境中自热水体、工业废水、生活污水中部分有毒有机物、病毒、细菌的检测。洪石等[48]采用层层自组装法合成了具有良好水溶性的功能化磁性荧光Fe3O4/Py(芘)/PAM(聚丙烯酰胺)纳米粒子。利用其磁性, 能够对该粒子进行简单有效的分离纯化，并可以对待测粒子进行富集以提高其检测灵敏度。利用Cr(VI)对该复合粒子水溶液的荧光猝灭，建立了测定Cr(VI)的荧光分析法，讨论了反应机理。在最佳实验条件下，该方法的线性区间为0.1～14.0μg/mL，检测限为0.02 μg/mL。常见的共存离子不干扰测定，该方法可用于环境废水中Cr(VI)的测定。刘慧杰等[49]合成了Fe3O4-Au复合纳米粒子作为辣根过氧化酶(HRP)标记抗体的载体，并将该复合纳米粒子标记物应用于电化学放大免疫分析。将电子媒介体硫堇聚合在玻碳电极表面，以纳米金作为固定大肠杆菌抗体的基底，通过辣根过氧化酶催化溶液中H2O2产生的电流信号来测定大肠杆菌。实验结果表明，该方法对水体中大肠杆菌检测的线性范围为50 cfu/mL~1×105cfu/mL(cfu为菌落形成单位)，检出限为20cfu/mL。对过富集后的实际水样进行测定，该法结果表明，对水体中大肠杆菌的检测灵敏度达到2cfu/mL。Wang等[50]通过溶胶-凝胶法制备了以Fe3O4为核的磁性核壳介孔氧化硅纳米材料，该纳米颗粒是具有荧光、介孔和磁性一体化的多功能材料。通过测试分析，结果显示，该纳米材料粒径为300～450nm，表面积为600m2/g，介孔直径为2.5nm，饱和磁化强度为27.5 A·m2/kg。实验还发现，该磁性核壳介孔氧化硅纳米材料对水相体系中的Hg2+离子具有很好的检测和选择吸附性。检测Hg2+离子浓度达到了10μg/L，吸附能力为21.05 mg/g，对Hg2+的吸附能力遵循Langmuir吸附模型。
3.2 生物检测
磁性纳米颗粒由于其较小的尺寸、较高的反应活性、优异的磁导向性质以及这些性质的可调控性，使其在用于蛋白质、核酸等生物分子检测方面受到广泛关注，可以利用其建立新的检测方法以改善目前检测方法所存在的缺陷，因而具有良好的应用前景。李智勇等[51]开发了一种板式磁颗粒化学发光免疫分析方法并将其用于人血清中癌胚抗原(CEA)的测定，该方法利用HRP标记的CEA抗体
以及FITC标记的CEA 抗体与CEA抗原在微孔板中进行夹心反应，使用抗FITC抗体包覆磁性微粒子溶液作为分离固相，利用了一个特殊的适用于微孔板的磁性分离器进行分离，最后加入鲁米诺和H2O2底物进行发光反应。该方法采用微孔板代替透明管作为反应容器，磁颗粒作为分离固相在微孔里与免疫试剂反应，提前用BSA将微孔板封闭，很好地解决了管式磁颗粒方法非特异吸附高以及包被板方法线性范围小的局限性，同时避免了管间差异以及包被不均问题。该方法结合了微孔板作为反应容器以及磁颗粒分离体系的优点，使用夹心法对人血清中的CEA 在0～250ng/mL浓度范围进行了测定，检测灵敏度为0.57ng/mL，批内和批间变异分别小于7%和11%。与市售CLIA试剂盒测定结果进行比对，两者显示了很好的相关性。他们[52]还以磁性纳米粒子作为分离固相、96孔板为反应容器、HRP催化H2O2-luminol化学发光体系作为检测体系。本法测定CA125的检测灵敏度可达2.0u/mL，线性范围为0～400u/mL。与常用的包被板化学发光免疫分析方法对比，该方法检测范围宽。与管式磁颗粒化学发光法比较，其分析灵敏度与精密度、线性范围、分析通量以及分析成本方面均显示了很好的优势。采用该方法对人血清中CA125进行测定并与罗氏全自动电化学发光系统的测值结果进行了比对，两者显示了良好的相关性。陈帅等[53]发展了基于功能化γ-Fe2O3-Au核壳纳米结构对混合抗原体系中三种抗原分离的方法，并采用组装固相三明治结构的方法，根据标记分子的表面增强拉曼光谱信号的强弱变化对磁分离效率进行评价。这种磁免疫分离法可对1μg/mL的三组分混合抗原中的任意组分进行很好的单独或部分分离，而不影响溶液中其它抗原的存在，且根据基于表面增强拉曼光谱的免疫检测技术的极限浓度可判断目前磁分离后的抗原浓度至少降低至检测限(0.1pg/mL)以下，该方法有望成为进行选择性分离和保留介质中抗原的有效技术之一。岳伟伟等[54]首先采用磁性纳米粒子与特异性抗体结合制备免疫磁性纳米探针，特异性捕获目标物。然后，采用三磷酸腺苷(ATP)生物发光技术对捕获的病原体裂解并检测，根据光强测量目标物浓度。以大肠杆菌作为检测对象，在细菌浓度为10～108cfu/mL范围内，该方法与传统培养法线性相关系数为0.943，总测试时间为2h。对样品重复测量12次，精密度达到4.88%，具有较好的重复性。刘丽赏等[55]制备了粒径为30nm左右的γ-Fe2O3磁性颗粒，利用巯基硅烷(MPTES)的偶联作用最终制备了粒径约为35.9nm的金磁复合颗粒。测试结果表明，金成功地包覆到了γ-Fe2O3颗粒的表面，所得金包覆的γ-Fe2O3磁性颗粒具有超顺磁性。利用静电吸附作用，链霉亲和素有效修饰到了γ-Fe2O3-Au复合磁性颗粒表面。通过扫描仪检测其捕捉Cy3标记寡核苷酸序列后的荧光信号，证明了链霉亲和素修饰的γ-Fe2O3-Au复合磁性颗粒有生物活性，且没有荧光背景，在生物检测领域表现出很大的应用前景。霍美俊等[56]通过戊二醛交联法偶联在氨基硅烷修饰的磁性纳米颗粒表面，获得抗EV71（人肠道病毒71型）多克隆抗体偶联的靶向磁性纳米颗粒用于EV71病毒的检测。通过酶联免疫、免疫荧光方法证实了抗体耦合在磁性纳米颗粒表面，并通过BCA法测得其耦合效率为94.1%。采用抗体偶联的磁性纳米颗粒对EV71病毒液中的病毒抗原进行吸附，通过ELISA法检测上清液中病毒含量的变化，并对磁性纳米颗粒表面吸附的病毒进行免疫荧光和核酸PCR(聚合酶链式反应)检测，证明了抗体偶联的磁性纳米颗粒可以与病毒抗原特异性结合。由于该纳米颗粒同时具有抗体的靶向性和磁性颗粒的磁响应性，对病毒抗原有较好的特异性吸附能力，可以用于低浓度大样本的EV71 病毒抗原的富集检测。黄孟琼等[57]采用化学共沉淀法，以FeCl2·4H2O和FeC13·6H2O为原料制备磁性Fe3O4纳米颗粒，采用氨基酸对其进行修饰使其表面连上氨基。用巯基乙酸作为稳定剂合成了水溶性的CdSe/CdS量子点，并利用偶联剂1-乙基-3-(3-二甲氨丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)连接氨基修饰的Fe3O4和带有羧基的CdSe/CdS，成功制备了Fe3O4/CdSe/CdS荧光磁性纳米颗粒。该荧光磁性纳米复合物保留了CdSe/CdS量子点优异的荧光特性，平均粒径在40nm左右；磁化曲线表明此纳米复合物具有超顺磁性。这种双官能复合纳米颗粒有望成为新型荧光磁性双标记复合微粒而广泛应用于免疫检测、荧光追踪、磁性分离等领域。郑国金等[58]报告，待测尿液中的雌三醇、辣根过氧化物酶标记的雌三醇与异硫氰酸荧光素(FITC) 标记的兔抗雌三醇抗体在均相体系中发生竞争性免疫反应，再加入用羊抗FITC 抗体包被的磁微粒，反应生成物结合在磁微
粒上，在磁场中经分离、洗涤后加发光底物，检测发光强度(RLU)，测定尿液中雌三醇的含量。通过对检测条件的优化，建立了磁性微粒子化学发光免疫分析法测定人尿液中雌三醇的方法，并对正常男性、女性和孕妇的尿液中雌三醇含量进行了测定。结果表明，本方法的线性范围为1～100μg/L，检出限为0.25μg/L，具有很高的灵敏度; 批内相对标准偏差小于14%; 批间相对标准偏差小于7%，具有良好的稳定性和重现性。Song等[59]成功地将联接有单克隆抗体的荧光-磁性-细胞靶向多功能纳米粒子用于白血病细胞和前列腺癌细胞的检测和富集。通过实验分析，该多功能纳米粒子对于两种癌细胞的捕获效率分别为96%和97%。同时还发现，这种多功能的纳米粒子对于微量的癌细胞灵敏度也很高，可达到0.01%，而且测试分析前不需要任何预处理。
3.3 食品安全检测
食品安全检测包括食品中各种致病微生物、农兽药残留、有毒有害毒素等的检测。磁性纳米粒子具有超顺磁性特性，即在有外界磁场的情况下能表现出很强的磁感应，而在没有外加磁场的情况下不表现磁感应的现象。基于磁性纳米材料的在食品安全分析中进行目标分析物的富集、分离等均是利用其超顺磁性。Sarimehmetoglu等[60]利用免疫磁性分离和PCR联合技术对251种牛肉样品进行了基因检测，结果发现有19种(7.6%)样品中含有大肠杆菌O157，通过DNA鉴定，2种样品中含有致病基因fliC h7。支援等[61]将表面功能化的γ-Fe2O3磁性纳米粒子用于食源性致病菌（阪崎肠杆菌）检测，该方法基于抗原抗体反应的免疫学特异性，以及量子点荧光标记的高灵敏度，采用免疫磁珠磁性分离、免疫量子点荧光标记联合应用的检测方法，所得到的磁性纳米复合粒子能在2h内对乳制品样品中的食源性致病菌（阪崎肠杆菌）进行检测，且方法特异性好，灵敏度高（达102cfu/L），其在食品检测领域的应用成为可能。李智洋等[62]制备了兔抗大肠杆菌(E.coli)O157:H7的免疫磁性纳米颗粒，富集病原菌后与鼠抗E.coliO157:H7的单克隆抗体形成双抗夹心，采用碱性磷酸酶标记的马抗鼠IgG与单抗结合，加入碱性磷酸酶的化学发光底物试剂3-(2'-螺旋金刚烷)-4-甲氧基-4-(3''-羟基)苯-1,2-二氧杂环丁烷磷酸检测化学发光。实验研究了底物缓冲液、碱性磷酸酶浓度对化学发光强度的影响，比较了NaBH4和甘氨酸对免疫磁珠剩余活性醛基的封闭效果以及本方法检测E.coliO157:H7的特异性和敏感性。结果表明，碱性磷酸酶与底物在c缓冲液中反应的化学发光强度最高，碱性磷酸酶浓度决定了化学发光的强度和持续时间，NaBH4对活性醛基的封闭效果优于甘氨酸，以D群宋内氏志贺氏菌、B群福氏志贺氏菌、鼠伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和霍乱弧菌及 E.coli Top10f'为对照的比较实验显示，该检测方法具有良好的特异性，以1mL 的菌液为检测体积时对E.coliO157:H7的检测灵敏度为103cell/mL，整个方法的检测时间约为3h。该方法适用于对多样本进行筛查。蒲小平等[63]建立一种基于生物条形码探针和金纳米颗粒对致病性大肠杆菌O157:H7检测的新方法。用生物功能化的磁性纳米颗粒和金纳米颗粒与目标物大肠杆菌O157:H7进行免疫反应，形成磁性纳米颗粒/目标物/金纳米颗粒“三明治”式复合体。利用金纳米颗粒去杂交将上标记的条形码DNA释放出来，通过DNA 探针杂交条形码DNA引起金纳米颗粒颜色变化来确定大肠杆菌O157:H7的存在，这种颜色变化很容易用裸眼观察到并且可以通过紫外-可见吸收光谱定量分析，该方法在纯样品和牛奶中最低检测限为102cfu/mL，检测范围为102～106cfu/mL。应用基于生物条形码探针和金纳米颗粒对大肠杆菌O157:H7检测具有准确、快速、操作简单的优点，为食品安全监测提供了新的方法。
有机磷类农药残留问题给生态环境及食品安全带来了极大威胁, 因此, 构建高效绿色的分离富集技术, 以及快速、准确地测定蔬菜中痕量有机磷的方法对降低检测限至关重要。近年来, 利用磁性纳米材料构建的磁分离技术已成为前处理的热点。巫远招等[64]在Fe3O4-Au微粒上固定乙酰胆碱酯酶, 制得磁性复合粒子。通过磁力将其吸附于涂覆了碳纳米管/纳米ZrO2/普鲁士蓝/Nafion复合膜的丝网印刷碳电极表面, 制得一次性有机磷农药酶传感器。利用有机磷对乙酰胆碱酯酶的抑制作用，以硫代乙酰胆碱为底物, 对乐果进行了检测。在pH=7.5的0.1mol/L硝酸钾溶液中，乐果浓度的对数与酶电极的抑制率(A)在（1.0×10－6～1.0×10－2）mg/L间呈良好的线性关系, 检测限为5.6×10－7mg/L，用于实际样品白菜检测时的添加回收率在88%～105%之间，与气相色谱法所得结果一致。该传感器采用复合纳米粒子修饰电极表面，具有较高的比表面活
性，响应迅速，检测限低；ZrO2可特异性地富集样
品中的有机磷，磁性纳米颗粒包被乙酰胆碱酯酶可实现磁场分离和电极表面更新，且具有高灵敏度、低样品量、一次使用可抛弃、便携式等特点，可用于蔬菜等农产品中痕量有机磷的快速、简便、准确检测。近来，他们[65]又研究了核壳式磁性纳米微粒Fe3O4-ZrO2对有机磷农药的选择性吸附性能。利用其富集水相中的有机磷并在外加磁场下分离, 采用氢氧化钠洗脱，建立了采用纳米Fe3O4-ZrO2磁性分离富集-电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定蔬菜中痕量有机磷的新方法。以甲胺磷为有机磷模拟物，考察了Fe3O4-ZrO2的用量、吸附时间、洗脱剂种类、浓度和共存物质等因素对有机磷分离富集效率的影响。结果表明：在pH=7.0时，选用0.5gFe3O4-ZrO2富集200mL含0.1mg/L的甲胺磷水样，振荡2h后，甲胺磷可被Fe3O4-ZrO2完全富集，经10mL、1mol/L的氢氧化钠洗脱1h，采用ICP-AES 法测定，对有机磷的检测限(3σ)可达4.4μg/L。样品添加回收率在99%～115%之间，相对标准偏差为3.5%～7.8% (n=4)。由于用ICP-AES法测定蔬菜中的有机磷时，蔬菜中的蛋白、色素、纤维等基质几乎无干扰，因而省去了用有机溶剂萃取的过程。由于Fe3O4-ZrO2对有机磷的富集倍数可达20～100，使得该方法的检测限低于常规气相色谱法，且可用于热稳定性差、无紫外吸收的有机磷分析。该方法简单准确、精密度好，可以满足蔬菜表面痕量有机磷残留的分离和测定。
4 结论与展望
随着纳米技术的迅速发展，磁性纳米粒子的开发及在分离和分析检测等领域的潜在应用已经越来越受到重视，其在解决水体微生物及生物分子等快速分离和高特异的选择性分离方面具有高效、快速的优势，其用于分析检测具有简便、快速等优点，但同时也面临很多挑战和问题。（1）构建并制备尺寸小、粒径均一、分散性和环境相容性好及表明活性基团丰富的多功能磁性纳米粒子；（2）根据被检测分子的特点设计多功能磁性纳米粒子，实现高灵敏度、特异性检测；（3）利用磁性纳米颗粒作为分子探针进行实时、在线、原位、活体分子的检测。这些问题不仅是纳米材料在分离和分析检测领域应用需要解决的难点，也是目前其进行分离和分析检测研究的热点和重点。参考文献：
[1] Perez J M, Simeone F J, Saeki Y, et al. Viral-induced
self-assembly of magnetic nanoparticles allows the detection of viral particles in biological media [J]. J Am
Chem Soc, 2003, 125(34):10192-10193.
[2] 孟多, 周立岱, 于常武. 水体重金属污染现状及治理
技术[J]. 辽宁化工, 2006, 9: 534-536.
[3] 孙巍, 李真, 吴松海, 等. 磁分离技术在污水处理中的
应用[J]. 磁性材料及器件, 2006, 37(4): 6-10.
[4] 程杨, 赵宗山, 张帆, 等. Fe3O4-SiO2-Polypyrrol纳米核
壳颗粒的制备及其吸附性能[J]. 中国科学：化学, 2010,
55(30): 2404-2409.
[5] 孙正滨, 杨慧慧, 熊忠, 等. 磁性纳米粒子制备及其在
印染厂污水处理中的应用[J]. 科技导报, 2010, 28(22):
25-28.
[6] 蔡立峰, 林旺, 廖洪林, 等. 螯合磁性聚合物微球的制
备及其对重金属离子的吸附性能[J]. 材料导报, 2010, 24(15): 366-328.
[7] Zhou Y T, Nie H L, White C B, et al. Removal of Cu2+
from aqueous solution by chitosan-coated magnetic nanoparticles modified with α-ketoglutaric acid [J]. J Colloid Interface Sci, 2009, 330(1):29-37.
[8] Uzun L, Kara A, Osman B, et al. Removal of Heavy-
Metal Ions by Magnetic Beads Containing Triazole Chelating Groups [J]. J Appl Poly m Sci, 2009,114(4): 2246-2253.
[9] Chandra V, Park J, Chun Y, et al. Water-Dispersible
Magnetite-Reduced Graphene Oxide Composites for Arsenic Removal [J]. ACS Nano, 2010, 4 (7):3979-3986.
[10] 魏昶, 李存兄, 樊刚, 等. 用天然斜发沸石处理含钒氨
氮废水的方法[P]. 中国专利: C02F1/42, CN101381123.
2009. 03. 11.
[11] 王维清, 冯启明, 董发勤, 等. Fe3O4/斜发沸石磁性复
合材料的制备及其性能[J]. 无机材料学报, 2010, 25(4): 401-405.
[12] 黄阳, 冯启明, 董发勤, 等. CuFe2O4/海泡石磁性吸附
剂的制备及性能[J]. 功能材料, 2011, 42(4):760-762. [13] 刘徽, 田秉晖, 王三反, 等. 纳米Fe3O4磁性粒子的制
备及吸附性能研究[J]. 环境工程学报, 2010, 4(4): 781-784.
[14] 姜翠玉, 祝威, 宋浩, 等. 包覆Fe3O4纳米粒子的制备
及其在油田污水处理中的应用初探[J]. 油田化学,
2010, 27(5): 328-332.
[15] 王家宏, 郑寿荣, 刘凤玲, 等. 磁性壳聚糖去除水中腐
殖酸的研究[J]. 无机化学学报, 2010, 26(10): 1761- 1767.
[16] 曹雨平, 邓阳清, 刘亚凯. 磁分离技术处理油污染地
下水的实验研究[J]. 磁性材料及器件, 2011, 42(1): 59-62.
[17] 胡淑婉, 李文军, 常志东, 等. 磁性碳纳米管吸附去除
水中甲基橙的研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2011, 31(1):
205-209.
[18] Zhu Q, Tao F, Pan Q M. Fast and selective removal of oils
from water surface via highly hydrophobic core?shell
Fe2O3@ C nanoparticles under magnetic field [J]. ACS
Applied Materials & Interfaces, 2010, 2(11): 3141-3146. [19] Fuhrer R, Herrmann I K, Evagelos K, et al. Immobilized
β-cyclodextrin on surface-modified carbon-coated cobalt
nanomagnets: reversible organic contaminant adsorption
and enrichment from water [J]. Langmuir, 2011, 27(5):
1924-1929.
[20] 范俊, 张旭. 麦冬多糖药理研究进展[J]. 中医药学刊,
2006, 24(4): 626-627.
[21] 谢慧明, 李超, 潘见, 等. Fe3O4-PSF磁性复合超滤膜
分离麦冬多糖[J]. 食品科学, 2010, 31(22): 41-45. [22] 赵选英, 王同华, 等. Fe3O4掺杂制备气体分离功能炭
膜[J]. 无机材料学报, 2010, 25(1): 47-52.
[23] 陈显利, 田野, 张浩, 等. 纳米磁种材料表面改性及其
水吸附性能[J]. 科技导报, 2011, 29(3):57-61.
[24] 王瑞君, 陈彦, 谢慧明, 等. 聚砜-Fe3O4磁性复合膜超
滤分离多糖的研究[J]. 中国科学：化学, 2011, 56(14):
1153.
[25] 袁定重, 张秋禹, 张和鹏, 等. 磁性高分子微球研究进
展及其在生化分离中的应用[J]. 材料科学与工程学报,
2006, 24(2): 306-310.
[26] 温惠云, 齐智涛, 薛伟明, 等. Fe3O4/海藻酸盐微胶囊
固定化细胞生长特性[J]. 食品发酵与工业, 2009, 35(4):
51-55.
[27] 孙晓婷, 吴加旺, 高欣, 等. 超声波处理提高磁性微小
铁葡聚糖颗粒的产量及对纤毛虫细胞的应用[J]. 动物
学杂志, 2010, 45 (1): 90-93.
[28] Kuhara M, Yoshino T, Shiokawa M, et al. Magnetic
separation of human podocalyxin-like protein 1(hPCLP1)-positive cells from peripheral blood and
umbilical cord blood using anti-hPCLP1 monoclonal
antibody and protein A expressed on bacterial magnetic
particles [J]. Cell Structure and Function, 2009, 34(1):
23-30.
[29] Earhart C M, Wilson R J, White R L, et al. Micro-
fabricated magnetic sifter for high-throughput and
high-gradient magnetic separation [J]. J Magn Magn
Mater, 2009, 321(10): 1436-1439.
[30] 王军, 马立胜, 王江, 等. Fe3O4粒子的表面修饰及其
吸附分离天然胶乳中蛋白质的研究[J]. 弹性体, 2009,
19(4):21-23.
[31] 李桂银, 杨栋梁, 黄可龙, 等. Fe3O4/羧基改性壳聚糖
复合纳米粒子的制备、表征及生物学应用[J]. 功能材
料, 2009,40(7):1184-1187.
[32] 朱晶晶, 杨柳, 杨磊, 等. 基于谷胱甘肽-磁性微粒的
GST融合蛋白纯化体系的建立[J]. 生物工程学报,
2009, 25(8):1254-1260.
[33] Li L, He X W, Chen L X, et al. Preparation of core-shell
magnetic molecularly imprinted polymer nanoparticles
for recognition of bovine hemoglobin [J]. Chemistry-An
Asian Journal, 2009, 4(2): 286-293. [34] Teng Z G, Li J, Yan F, et al. Highly magnetizable
superparamagnetic iron oxide nanoparticles embedded mesoporous silica spheres and their application for efficient recovery of DNA from agarose gel [J]. J Mater
Chem, 2009,19(13):1811-1815.
[35] 吴能表, 薛莲, 陈丽娜, 等. 氧化硅包裹的磁性纳米粒
子分离纯化质粒DNA[J]. 中国生物化学与分子生物
学报, 2009, 25(10):958-962.
[36] 方菲, 朱龙章, 叶芹苹, 等. 核-壳型磁性纳米微球的
制备及在核酸提取中的应用[J]. 现代医学生物进展,
2009, 9(3):470-474.
[37] Bromberg L, Raduyk S, Hatton T A. Functional magnetic
nanoparticles for biodefense and biological threat monitoring and surveillance [J]. Analytical Chemistry, 2009, 81(14): 5637-5645.
[38] Bromberg L, Chang E P, Lorenzo C A, et al. Binding of
functionalized paramagnetic nanoparticles to bacterial lipopolysaccharides and DNA [J]. Langmuir, 2010, 26(11): 8829-8835
[39] 潘见, 晋明会, 赵金龙, 等. Fe3O4/PSF磁性复合超滤
膜的制备、表征及应用[J]. 膜科学与技术, 2009, 29(5):
39-43.
[40] 刘兴华, 郭晨, 杨良嵘, 等. Pluronic嵌段共聚物磁性
纳米颗粒的制备及其对漆酶的分离纯化[J]. 过程工程
学报, 2009, 9(3):456-461.
[41] 李梅基, 李昭华, 胡建成, 等. 用壳聚糖亲和磁性微球
纯化血浆凝血酶的研究[J]. 生物化学与生物物理进展,
2010, 37(4): 433-440.
[42] Lin J S, Lin Y S, Kuo S T, et al. Purification of soybean
amylase by superparamagnetic particles [J]. Food Chemistry, 2009,117(1):94-98.
[43] Deng Y H, Deng C H, Qi D W, et al. Synthesis of
core/shell colloidal magnetic zeolite microspheres for the
immobilization of trypsin [J]. Adv Mater, 2009, 21(13):
1377-1382.
[44] Liu J, Deng Y H, Liu C, et al. A simple approach to the
synthesis of hollow microspheres with magnetite/silica
hybrid walls [J]. J Colloid Interface Sci, 2009, 333(1):
329-334.
[45] 王显祥, 钟娇懿, 刘怡, 等. 磁性荧光双功能纳米材料
的合成及其用于葡萄糖的分离检测[J]. 化学学报,
2010, 68(20): 2063-2068.
[46] 李瑞雪, 刘述梅, 赵建青. 交联β-环糊精聚合物/Fe3O4
核壳结构复合纳米颗粒的制备和性能研究[J]. 材料导
报, 2010, 24(6): 33-36.
[47] 胡爱娟, 崔玉双, 鲁在君. 基于PAA-b-PAN嵌段共聚
物胶束制备磁性碳纳米粒子[J]. 中国科学：化学, 2010,
40(5): 476-484.
[48] 洪石. Fe3O4/Py/PAM磁性荧光纳米粒子的制备及应用
于废水中Cr(VI)的测定[J]. 中国科学：化学, 2010, 40(5): 455-460.
[49] 刘慧杰, 滕瑛巧, 张新爱, 等. 基于Fe3O4@Au复合纳
米粒子标记抗体的电化学免疫方法用于水体中大肠杆
（下转51页）
埋电阻的精度仅有±30%，这将会影响输出端口的回波损耗和它们之间的隔离，导致元件的批次一致性变差。可以通过将电阻印刷在元件表面、烧结后用激光调阻来保证电阻精度，这部分的研究有待深入。采用本文提出的功分器结构，使用时不需要在外部连接三只隔离电阻，与同类产品相比，可以大大减小安装面积，对实现系统小型化具有较大的意义。
4 结论
（1）根据一种紧凑结构的LTCC三路功分器电路模型，建立了微型化的LTCC功分器物理模型并进行了仿真和实际制作，结果证明该电路模型和物理模型是有效的。
（2）可以采用去耦等效电路分析LTCC内埋电感之间的耦合作用。通过调整三个并联电感当中中间电感的电感值抵消了内埋电感之间的耦合造成的不利影响，使功分器的幅度差减小。
（3）内埋电阻可以用于LTCC功分器的制作。相比于传统LTCC功分器，由于隔离电阻内埋于器件中，因此可以大大减小应用时的安装面积。
参考文献：
[1] Scrantom C Q, Lawson J C. LTCC Technology: Where
we are and where we're going-[A]. IEE
Ⅱ E MTT-S Int.
Microwave Symp Dig [C]. Vancouver, 1999. 193-200. [2] 今中佳彦. 多层低温共烧陶瓷技术[M]. 北京：科学出
版社, 2010.
[3] Noriega F, González P J. Designing of LC Wilkinson
power splitters [J]. RF interconnects/interfaces (www.
https://www.doczj.com/doc/3916874430.html,), 2002, August:18–24.
[4] https://www.doczj.com/doc/3916874430.html,
[5] 何泽涛, 石玉, 尉旭波, 等. 片式小型化二路功分器的
设计优化与实现[J]. 磁性材料及器件, 2009, 40(5): 44-46.
[6] 王升, 陈劲松, 王永明. 一种紧凑结构的LTCC三路功
分器 [J]. 磁性材料及器件, 2011, 42(5): 43-47.
[7] 霍炬, 齐超. 耦合电感等效方法的分析[J]. 哈尔滨商
业大学学报(自然科学版), 2008, 25(1): 51-55.
作者简介：王升（1975－），男，重庆巫山县人，工学博士，高级工程师，主要从事LTCC/LTCF技术研究。
（上接19页）
菌的检测[J]. 高等学校化学学报, 2010, 31(6): 1131-1136.
[50] Wang C, Tao S Y, Wei W, et al. Multifunctional
mesoporous material for detection, adsorption and removal of Hg2+ in aqueous solution [J]. J Mater Chem,
2010, 20(22): 4635-4641.
[51] 李智勇, 张倩云, 赵利霞, 等. 板式磁颗粒化学发光免
疫分析在癌胚抗原测定中的应用[J]. 中国科学：化学,
2010, 40(5): 594-594.
[52] 李智勇, 肖勤, 应希堂, 等. 板式磁颗粒化学发光免疫
分析测定人血清中糖类抗原125[J]. 化学学报, 2010, 68(2): 162-168.
[53] 陈帅, 姚建林, 韩三阳, 等. 三组分抗原的磁分离及分
离效率的SERS 研究[J]. 化学学报, 2010, 68(21): 2151-2155.
[54] 岳伟伟, 姜利英, 王春兴. 基于磁免疫/生物发光的病
原体快速检测研究[J]. 激光与光电子学进展, 2010, 11: 95-100.
[55] 刘丽赏, 刘洪娜, 李松, 等. 用于生物检测的链霉亲和
素修饰γ-Fe2O3@Au复合颗粒的制备与表征[J]. 化学
学报, 2010, 68(20): 2041-2046.
[56] 霍美俊, 张长清, 闫妍, 等. 抗EV71多克隆抗体偶联
的靶向磁性纳米颗粒对病毒的特异性富集[J]. 科技导
报, 2010, 28(16):25-30.
[57] 黄孟琼, 王秀玲, 刘勇健. 双官能Fe3O4/CdSe/CdS荧
光磁性复合物的制备和表征[J]. 化学学报, 2010, 68(16): 1623-1628.
[58] 郑国金, 方卢秋, 陈惠, 等. 管式磁性微粒子化学发光
免疫分析法测定人尿液中的雌三醇[J]. 分析化学,
2011, 39(1): 62-66.
[59] Song E Q, Hu J, Wen C Yi, et al. Fluorescent-
magnetic-biotargeting multifunctional nanobioprobes for detecting and isolating multiple types of tumor cells [J].
ACS Nano, 2011, 5(2): 761-770.
[60] Sarimehmetoglu B, Aksoy M H, Ayaz N D, et al.
Detection of escherichia coli O157:H7 in ground beef using immunomagnetic separation and multiplex PCR [J].
Food Control, 2009, 20(4): 357-361.
[61] 支援, 孟瑾, 郑小平, 等. 一种快速检测阪崎肠杆菌的
新方法-免疫磁性分离荧光标记[J]. 乳业科学与技术,
2010, 33(5):231-233.
[62] 李智洋, 何磊, 何农跃, 等. 一种实用的基于化学发光
和磁性纳米颗粒的 E.coliO157:H7免疫鉴定方法[J].
化学学报, 2010, 68(3): 251-256.
[63] 蒲小平, 杨海麟, 周楠迪. 基于生物条形码探针和金
纳米颗粒的大肠杆菌O157:H7检测[J]. 食品科学,
2010, 32(8): 177-181.
[64] 杨欣, 巫远招, 谢东华, 等. 基于复合纳米微粒修饰和
磁性分离富集的一次性有机磷农药酶传感器[J]. 农药
学学报, 2009, 11(4):441-448.
[65] 巫远招, 徐维莲, 侯建国, 等. 基于Fe3O4@ZrO2磁性
纳米颗粒选择性富集-电感耦合等离子体发射光谱法
检测蔬菜中痕量有机磷研究[J]. 农药学学报, 2010, 12(2):178-184.
作者简介：郭祖鹏(1980－)，男，四川省兴文县人，硕士，讲师，主要从事纳米材料研究。