9、磁弹性生物哨兵用于病原体检测

磁弹性生物哨兵用于病原体检测

在科学技术不断发展的今天，病原体检测对于保障人类健康和安全至关重要。磁弹性生物哨兵作为一种新型的检测技术，正逐渐展现出其独特的优势和潜力。

1. 引言

人类长期以来一直试图模仿自然的设计来开发新的工程材料和系统。人体的血液系统就是自然界令人惊叹的创造之一，它启发了我们的研究。血液中含有许多协同工作以维持人体健康的成分，其中白细胞作为免疫系统的一部分，是抵御病原体入侵的主要防御机制。不同类型的白细胞（如中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、淋巴细胞等）可以针对不同的病原体，这为开发用于捕获和检测入侵病原体的仿生自主哨兵系统提供了模型。

磁弹性生物哨兵有望在液体分析物中实现细菌检测。其短期潜在应用包括检测尿液以及液体食品（如水、果汁和牛奶）中的细菌。就像不同类型的白细胞一样，可以构建多种哨兵来针对不同的细菌病原体。这些哨兵将能够自主地在液体中移动，寻找并捕获特定的入侵细菌病原体。

2. 生物哨兵的原理

生物哨兵由独立的磁弹性（ME）谐振器（换能器平台）和生物识别层（如抗体或噬菌体）组成，生物识别层能够特异性地捕获或结合单一类型的病原体。谐振器由具有磁致伸缩特性的铁基非晶合金制成，当受到外部磁场作用时，磁致伸缩材料会发生形状变化。如果磁场沿着谐振器的长度方向排列并以适当的频率变化，谐振器就会发生共振。

其检测原理如下：
- 独立的ME谐振器作为换能平台，通过施加交变磁场使其产生共振。
- 当生物哨兵表面的生物识别元件与特定的目标细菌接触时，会捕获目标细菌细胞，导致传感器整体质量增加，从而使共振频率降低。
- 共振频率可以通过拾取线圈进行远程无线测量，而且生物哨兵无需板载电源，