CN112652402B - 一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法及系统，属于纳米测试技术领域，包括：分别产生交流磁场和直流偏置磁场并叠加为混合磁场；测量免疫检定试剂在混合磁场中的交流磁化响应，以测量出免疫检定试剂的二次及以上各次谐波响应；将免疫检定试剂与病毒样本混合，使功能性磁纳米粒子与目标抗原发生特异性结合，得到混合溶液；测量混合溶液在混合磁场中的交流磁化响应，以测量出混合溶液二次及以上的各次谐波响应；分别利用免疫检定试剂和混合溶液的二次及以上各次谐波响应计算免疫检定试剂和混合溶液的检测特征，若两个检测特征的差异程度超过预设的阈值，则判定病毒样本中含有目标病毒。本发明能够同时提升病毒检测的效率和灵敏度。

Description

一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法及系统
技术领域
本发明属于纳米测试技术领域，更具体地，涉及一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法及系统。
背景技术
安全可靠的病毒检测是阻隔病毒传播，促进公共卫生，保护生命健康的最有效措施之一。在严峻的疫情形势下，病毒检测效率显得尤为重要。常规的病毒检测方法主要有逆转录聚合酶链反应法(PCR法)，该方法用于病毒检测时，需要经过溶液中样本提纯等多个步骤，过程繁琐，影响病毒检测效率。基于磁纳米粒子的病毒检测方式，相比于传统的逆转录聚合反应法，可以有效提高病毒检测效率。
目前磁纳米粒子检测技术已经得到一定程度的发展。基于磁纳米粒子磁化模型和弛豫模型，可以对磁纳米粒子表征，研究磁纳米粒子的粒径，磁矩等信息。在溶液中利用特异性功能团可以将待测分子和磁纳米粒子颗粒绑定在一起，这会改变磁纳米粒子的粒径等信息。通过观测磁纳米粒子的粒径变化引起的磁化响应快速变化，可以实现快速地病毒检测。
现有的基于磁纳米粒子的病毒检测方法，往往通过交流混频地方式产生磁场，然后通过测量纳米粒子的交流磁化响应中的基波或三次谐波响应实现病毒的检测。由于现有的基于磁纳米粒子的病毒检测方法依赖于磁纳米粒子的奇次谐波响应，而免洗意味着被观测样品中，除了绑定和未绑定的磁纳米粒子颗粒外，还有大量的水分子，此时相对于微量的磁纳米粒子颗粒，大量水分子的抗磁特性无法忽略，水的抗磁响应会影响磁纳米粒子磁化响应，尤其是基波的观测，因此，为了保证病毒检测的精度，仍然需要水洗，这一步骤延长了检测时间、限制了检测效率。此外，检测微量的目标病毒，本身就对检测灵敏度提出了很高要求，而现有的基于磁纳米粒子的病毒检测方法，利用交流混频的方式产生磁场，检测三次及以上奇次谐波而得的交流磁化响应信号较弱，相应地，检测灵敏度较低。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法及系统，其目的在于，提升病毒检测的效率，同时有效提高病毒检测的灵敏度。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法，包括：
分别产生交流磁场和直流偏置磁场，并将二者叠加为混合磁场；
测量功能性磁纳米粒子免疫检定试剂在混合磁场中的交流磁化响应M0(t)，以测量出免疫检定试剂的二次及以上的各次谐波响应；功能性磁纳米粒子的表面与特异性蛋白质结合，且特异性蛋白质能与目标病毒中的目标抗原发生特异性结合；
将免疫检定试剂与待检测的病毒样本混合，使功能性磁纳米粒子与目标抗原发生特异性结合，得到混合溶液；测量混合溶液在混合磁场中的交流磁化响应M1(t)，以测量出混合溶液的二次及以上的各次谐波响应；
利用免疫检定试剂的二次及以上的各次谐波响应计算免疫检定试剂的检测特征，利用混合溶液的二次及以上的各次谐波响应计算混合溶液的检测特征，若免疫检定试剂的检测特征与混合溶液的检测特征的差异程度超过预设的阈值，则判定病毒样本中含有目标病毒。
本发明提供的基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法，分别测量功能性磁纳米粒子检定试剂和检定试剂与待检测病毒样本混合溶液的交流磁化响应后，利用其中的二次及以上的各次谐波响应信息完成病毒检测，该检测过程不依赖于交流磁化响应中的基波响应，由于水的抗磁性仅干扰基波，不会影响本发明所提病毒检测方法的二次及以上谐波响应；本发明无需水洗即可精确地完成病毒检测，有效提升了检测效率；本发明利用交流磁场和直流偏置磁场叠加而成的混合磁场实现对交流磁化响应的测量，可以通过分别调控交流磁场和直流偏置磁场的大小，提升磁纳米粒子谐波响应强度，有效提高病毒检测的灵敏度。总的来说，本发明利用交流磁场和直流偏置磁场叠加而成的混合磁场实现对交流磁化响应的测量，并分别测量功能性磁纳米粒子检定试剂和检定试剂与待检测病毒样本混合溶液在该混合磁场中的交流磁化响应后，利用其中的二次及以上的各次谐波响应信息完成病毒检测，能够提升病毒检测的效率，同时有效提高病毒检测的灵敏度。
在一些可选的实施例中，检测特征为二次及以上的各次谐波幅值。
混合溶液中同时包含初始的功能性磁纳米粒子和特异性结合后的磁纳米粒子，实验表明，当待检测的病毒样本中包含目标病毒时，混合溶液的二次及以上的各次谐波幅值相比于检定试剂的二次及以上的各次谐波幅值会有明显的衰减，本发明以二次及以上的各次谐波幅值作为检测特征，能够准确检测出待病毒样本中是否包含目标病毒。
在一些可选的实施例中，检测特征为二次及以上的各次谐波幅值中，部分谐波幅值按照预设的第一计算规则计算后的计算结果。
实验表明，二次及以上的各次谐波幅值中，部分谐波幅值按照特定的计算规则组合后，该计算结果在包含特异性结合后的磁纳米粒子的混合溶液中，和仅包含初始的功能性磁纳米粒子的检定试剂中，会发生显著的变化，本发明以二次及以上的各次谐波幅值中，部分谐波幅值按照预设的第一计算规则计算后的计算结果作为检测特征，能够准确检测出待病毒样本中是否包含目标病毒。
在一些可选的实施方式中，检测特征为二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间。
实验表明，当待检测的病毒样本中包含目标病毒时，混合溶液的二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间，相比于检定试剂的二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间会有明显的增大，本发明以二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间作为检测特征，能够准确检测出待病毒样本中是否包含目标病毒。
在一些可选的实施方式中，检测特征为二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间中，部分谐波对应的弛豫时间按照预设的第二计算规则计算后的计算结果。
实验表明，二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间中，部分谐波对应的弛豫时间按照特定的计算规则组合后，该计算结果在包含特异性结合后的磁纳米粒子的混合溶液中，和仅包含初始的功能性磁纳米粒子的检定试剂中，会发生显著的变化，本发明以二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间中，部分谐波对应的弛豫时间按照预设的第二计算规则计算后的计算结果作为检测特征，能够准确检测出待病毒样本中是否包含目标病毒。
在一些可选的实施方式中，检测特征为二次及以上的各次谐波对应的组合特征；组合特征为谐波幅值和对应次谐波下的弛豫时间的组合。
实验表明，混合溶液的二次及以上的各次谐波对应的组合特征，即谐波幅值和对应次谐波下的弛豫时间的组合，相比于初始的功能性磁纳米粒子检定试剂，会发生显著的变化，本发明以二次及以上的各次谐波对应的组合特征作为检测特征，能够准确检测出待病毒样本中是否包含目标病毒。
在一些可选的实施方式中，检测特征为二次及以上的各次谐波对应的组合特征中，部分谐波对应的组合特征按照预设的第三计算规则计算后的计算结果；组合特征为谐波幅值和对应次谐波下的弛豫时间的组合。
实验表明，二次及以上的各次谐波对应的组合特征，即谐波幅值和对应次谐波下的弛豫时间的组合，其中部分谐波对应的组合特征按照特定的计算规则组合后，该计算结果在包含特异性结合后的磁纳米粒子的混合溶液中，和仅包含初始的功能性磁纳米粒子的检定试剂中，会发生显著的变化，本发明以二次及以上的各次谐波对应的组合特征中，部分谐波对应的组合特征按照预设的第三计算规则计算后的计算结果作为检测特征，能够准确检测出待病毒样本中是否包含目标病毒。
进一步地，本发明提供的基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法，还包括：
在免疫检定试剂的检测特征与混合溶液的检测特征的差异程度超过预设的阈值时，按照预设的检测规律，将差异程度转换为目标病毒的含量；
按照检测规律，目标病毒的含量与差异程度正相关。
本发明在检测到病毒样本中包含目标病毒时，会进一步根据混合溶液与检定试剂的检测特征之间的差异程度，计算病毒样本中目标病毒的含量，由此给定量地给出了病毒检测的结果，对于制定相应的治疗方案具有重要的指导意义。
按照本发明的另一个方面，提供了一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测系统，包括：磁场激励模块、样品放置模块、信号探测模块、数据采集模块以及中央处理模块；
磁场激励模块，用于分别产生交流磁场和直流偏置磁场，并将二者叠加为混合磁场；
样品放置模块，用于放置样品并移动样品，使样品位于混合磁场中；样品为功能性磁纳米粒子免疫检定试剂，或者免疫检定试剂与待检测的目标病毒混合后得到的混合溶液；功能性磁纳米粒子的表面与特异性蛋白质结合，且特异性蛋白质能与目标病毒中的目标抗原发生特异性结合；
信号探测模块，用于测量样品在混合磁场中的交流磁化响应，以测量出样品的二次及以上的各次谐波响应；
数据采集模块，用于采集信号探测模块探测得到的信号，并转换为数字信号；
中央处理模块，用于接收数据采集模块输出的数字信号，利用免疫检定试剂的二次及以上的各次谐波响应计算免疫检定试剂的检测特征，利用混合溶液的二次及以上的各次谐波响应计算混合溶液的检测特征，并在免疫检定试剂的检测特征与混合溶液的检测特征的差异程度超过预设的阈值时，判定病毒样本中含有目标病毒。
进一步地，中央处理模块，还用于在免疫检定试剂的检测特征与混合溶液的检测特征的差异程度超过预设的阈值时，按照预设的检测规律，将差异程度转换为目标病毒的含量；
其中，按照检测规律，目标病毒的含量与差异程度正相关。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明利用交流磁场和直流偏置磁场叠加而成的混合磁场实现对交流磁化响应的测量，并分别测量功能性磁纳米粒子检定试剂和检定试剂与待检测病毒样本混合溶液在该混合磁场中的交流磁化响应后，利用其中的二次及以上的各次谐波响应信息完成病毒检测，能够提升病毒检测的效率，同时有效提高病毒检测的灵敏度。
(2)本发明具体分析了目标病毒与功能性磁纳米粒子结合后，对于交流磁化响应的影响，以二次及以上的各次谐波的幅值、幅值的组合、弛豫时间、弛豫时间的组合或者幅值与弛豫时间的组合作为检测特征，并基于混合溶液的检测特征相比于初始检定试剂的检测特征的变化程度，确定病毒样本中是否包含目标病毒，有效保证了病毒检测的精度。
(3)本发明在检测到病毒样本中包含目标病毒时，会进一步根据混合溶液与检定试剂的检测特征之间的差异程度，计算病毒样本中目标病毒的含量，由此给定量地给出了病毒检测的结果，对于制定相应的治疗方案具有重要的指导意义。
(4)本发明通过使用表面结合有不同的特异性蛋白质的磁纳米粒子，可以实现对不同种类病毒的检测。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的基于纳米磁粒子谐波响应的病毒检测方法示意图；
图2为本发明实施例2提供的基于纳米磁粒子谐波响应的病毒检测方法示意图；
图3为本发明实施例3提供的基于纳米磁粒子谐波响应的病毒检测方法示意图；
图4为本发明实施例4提供的基于纳米磁粒子谐波响应的病毒检测方法示意图；
图5为本发明实施例5提供的基于纳米磁粒子谐波响应的病毒检测方法示意图；
图6为本发明实施例6提供的基于纳米磁粒子谐波响应的病毒检测方法示意图；
图7为本发明实施例7提供的基于纳米磁粒子谐波响应的病毒检测系统示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
为了解决现有的基于磁纳米粒子的病毒检测方法检测效率不高、检测灵敏度低的技术问题，本发明提供了一种基于纳米磁粒子谐波响应的病毒检测方法及系统，其整体思路在于：利用检定试剂，以及检定试剂与病毒样本混合得到的混合溶液的二次及以上的各次谐波响应，完成病毒检测，避免在检测过程中依赖交流磁化响应中的基波响应信息，从而避免因水的抗磁响应对于基波响应的干扰而会影响病毒检测结果，使得检测过程中无需水洗操作，有效提升了病毒检测的效率；利用交流磁场和直流偏置磁场叠加而成的混合磁场实现对交流磁化响应的测量，可以通过分别调控交流磁场和直流偏置磁场的大小，提升磁纳米粒子偶次谐波响应强度，从而有效高病毒检测的灵敏度。
以下为实施例。
实施例1：
一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法，如图1所示，包括：
分别产生交流磁场和直流偏置磁场，并将二者叠加为混合磁场；
测量功能性磁纳米粒子免疫检定试剂在混合磁场中的交流磁化响应M0(t)，以测量出免疫检定试剂的二次及以上的各次谐波响应；功能性磁纳米粒子的表面与特异性蛋白质结合，且特异性蛋白质能与目标病毒中的目标抗原发生特异性结合；磁纳米粒子表面结合的特异性蛋白质是与目标抗原相对应的抗体，在实际应用中，根据所检测目标病毒中的目标抗原的类型，相应选择功能性磁纳米粒子免疫检定试剂即可；
将免疫检定试剂与待检测的病毒样本混合，使功能性磁纳米粒子与目标抗原发生特异性结合，得到混合溶液，混合溶液中同时包含初始的功能性磁纳米粒子和特异性结合后的磁纳米粒子；测量混合溶液在混合磁场中的交流磁化响应M1(t)，以测量出混合溶液的二次及以上的各次谐波响应；
利用免疫检定试剂的二次及以上的各次谐波响应计算免疫检定试剂的检测特征，利用混合溶液的二次及以上的各次谐波响应计算混合溶液的检测特征，若免疫检定试剂的检测特征与混合溶液的检测特征的差异程度超过预设的阈值，则判定病毒样本中含有目标病毒。
本实施例中，直流偏置磁场可表示为Hdc，交流磁场可表示为：
Hac(t)＝HAMPcos(2πft)；
其中，HAMP为交流磁场的幅值，f为交流磁场的频率，t为时间；
检定试剂在混合磁场中的交流磁化响应M0(t)可表示为：
Figure GDA0002953766200000091
其中，n为谐波次数，A0n为考虑弛豫时n次谐波的幅值，
Figure GDA0002953766200000092
为n次谐波的滞后相位；
同样地，混合溶液在混合磁场中的交流磁化响应M1(t)可表示为：
Figure GDA0002953766200000093
其中，n为谐波次数，A1n为考虑弛豫时n次谐波的幅值，
Figure GDA0002953766200000094
为n次谐波的滞后相位；
通过测量检定试剂和混合溶液的交流磁化响应，即可分别测量得到检定试剂和混合溶液中，二次及以上的各次谐波响应，包括幅值和滞后相位；
本实施例中，检测特征为与交流磁化响应相关的特征，且该特征在包含特异性结合后的磁纳米粒子的混合溶液中，和仅包含初始的功能性磁纳米粒子的检定试剂中，会发生显著的变化，具体选择何种特征作为判定病毒样本中是否包含目标病毒的检测特征，可根据实际的应用场景及所检测的目标病毒自身的特性相应确定。
作为一种可选的实施方式，检测特征为二次及以上的各次谐波幅值；
实验表明，当待检测的病毒样本中包含目标病毒时，混合溶液的二次及以上的各次谐波幅值相比于检定试剂的二次及以上的各次谐波幅值会有明显的衰减；本实施例以二次及以上的各次谐波幅值作为检测特征，能够准确检测出待病毒样本中是否包含目标病毒。
为了提供病毒的量化检测结果，作为一种优选的实施方式，如图1所示，本实施例还包括：
在免疫检定试剂的检测特征与混合溶液的检测特征的差异程度超过预设的阈值时，按照预设的检测规律，将差异程度转换为目标病毒的含量；
按照检测规律，目标病毒的含量与差异程度正相关；
该检测规律，可结合所确定的检测特征，通过测量不同病毒含量的病毒样本与检定试剂混合后，混合溶液与检定试剂的检测特征的差异程度确定。
实施例2：
一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法，如图2所示。本实施例与上述实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中，检测特征为二次及以上的各次谐波幅值中，部分谐波幅值按照预设的第一计算规则计算后的计算结果。
实验表明，二次及以上的各次谐波幅值中，部分谐波幅值按照特定的计算规则组合后，该计算结果在包含特异性结合后的磁纳米粒子的混合溶液中，和仅包含初始的功能性磁纳米粒子的检定试剂中，会发生显著的变化，本实施例以二次及以上的各次谐波幅值中，部分谐波幅值按照预设的第一计算规则计算后的计算结果作为检测特征，能够准确检测出待病毒样本中是否包含目标病毒；
在实际应用中，具体选择哪些谐波的幅值进行组合，以及具体通过怎样的计算规则实现组合，可以根据实际的应用场景及所检测的目标病毒自身的特性相应确定；该第一计算规则，可以是所选择的谐波幅值之间的加、减、乘、除之类的简单运算，也可以是更为复杂的混合运算，具体可通过对比实验，择优选取能够使得病毒样本中含有目标病毒时，混合溶液和检定试剂的检测特征差异最大的组合方式计算规则。
实施例3：
一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法，如图3所示。本实施例与上述实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中，检测特征为二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间。
实验表明，当待检测的病毒样本中包含目标病毒时，混合溶液的二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间，相比于检定试剂的二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间会有明显的增大，本实施例以二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间作为检测特征，能够准确检测出待病毒样本中是否包含目标病毒。
各次谐波所对应的弛豫时间，可根据对应次谐波的幅值或滞后相位计算，具体来说，对于任意第n次谐波，对应的弛豫时间τn与谐波幅值An和滞后相位
Figure GDA0002953766200000111
之间存在如下关系：
Figure GDA0002953766200000112
Figure GDA0002953766200000113
其中，an为无弛豫时n次谐波幅值；
基于上述弛豫时间τn与谐波幅值An和滞后相位
Figure GDA0002953766200000114
之间的关系，即可完成弛豫时间τn的计算，例如，可根据滞后相位
Figure GDA0002953766200000115
计算出
Figure GDA0002953766200000116
实施例4：
一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法，如图4所示。本实施例与上述实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中，检测特征为二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间中，部分谐波对应的弛豫时间按照预设的第二计算规则计算后的计算结果。
实验表明，二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间中，部分谐波对应的弛豫时间按照特定的计算规则组合后，该计算结果在包含特异性结合后的磁纳米粒子的混合溶液中，和仅包含初始的功能性磁纳米粒子的检定试剂中，会发生显著的变化，本实施例以二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间中，部分谐波对应的弛豫时间按照预设的第二计算规则计算后的计算结果作为检测特征，能够准确检测出待病毒样本中是否包含目标病毒。
在实际应用中，具体选择哪些次谐波对应的弛豫时间进行组合，以及具体通过怎样的计算规则实现组合，可以根据实际的应用场景及所检测的目标病毒自身的特性相应确定；该第二计算规则，可以是所选择的弛豫时间之间的加、减、乘、除之类的简单运算，也可以是更为复杂的混合运算，具体可通过对比实验，择优选取能够使得病毒样本中含有目标病毒时，混合溶液和检定试剂的检测特征差异最大的计算规则。
实施例5：
一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法，如图5所示。本实施例与上述实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中，检测特征为二次及以上的各次谐波对应的组合特征；组合特征为谐波幅值和对应次谐波下的弛豫时间的组合。
实验表明，混合溶液的二次及以上的各次谐波对应的组合特征，即谐波幅值和对应次谐波下的弛豫时间的组合，相比于初始的功能性磁纳米粒子检定试剂，会发生显著的变化，本实施例以二次及以上的各次谐波对应的组合特征作为检测特征，能够准确检测出待病毒样本中是否包含目标病毒。
谐波幅值和对应次谐波下的弛豫时间的组合方式，可以是根据二者对于目标病毒的影响程度进行加权求和，也可以采用其他的运算方式实现，具体可通过对比实验，择优选取能够使得病毒样本中含有目标病毒时，混合溶液和检定试剂的检测特征差异最大的组合方式。
实施例6：
一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法，如图6所示。本实施例与上述实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中，检测特征为二次及以上的各次谐波对应的组合特征中，部分谐波对应的组合特征按照预设的第三计算规则计算后的计算结果；组合特征为谐波幅值和对应次谐波下的弛豫时间的组合。
实验表明，二次及以上的各次谐波对应的组合特征，即谐波幅值和对应次谐波下的弛豫时间的组合，其中部分谐波对应的组合特征按照特定的计算规则组合后，该计算结果在包含特异性结合后的磁纳米粒子的混合溶液中，和仅包含初始的功能性磁纳米粒子的检定试剂中，会发生显著的变化，本实施例以二次及以上的各次谐波对应的组合特征中，部分谐波对应的组合特征按照预设的第三计算规则计算后的计算结果作为检测特征，能够准确检测出待病毒样本中是否包含目标病毒。
谐波幅值和对应次谐波下的弛豫时间的组合方式，以及具体选择哪些次谐波对应的组合特征进行组合，可通过对比实验，择优选取，以使得病毒样本中含有目标病毒时，混合溶液和检定试剂的检测特征差异最大化。
实施例7：
一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测系统，如图7所示，包括：磁场激励模块、样品放置模块、信号探测模块、数据采集模块以及中央处理模块；
磁场激励模块，用于分别产生交流磁场和直流偏置磁场，并将二者叠加为混合磁场；作为一种可选的实施方式，本实施例中，磁场激励模块包括一个激励线圈、一个磁铁和一个功率放大电源；激励线圈为一对亥姆霍兹线圈，磁铁为一个C型永磁体；一对亥姆霍兹线圈摆放于C型永磁体内侧，且亥姆霍兹线圈和C型永磁体呈轴对称摆放；功率放大电源与亥姆霍兹线圈串联连接；激励线圈用于产生交流磁场，永磁体和/或激励线圈用于产生直流偏置磁场；
样品放置模块，用于放置样品并移动样品，使样品位于混合磁场中；样品为功能性磁纳米粒子免疫检定试剂，或者免疫检定试剂与待检测的目标病毒混合后得到的混合溶液；功能性磁纳米粒子的表面与特异性蛋白质结合，且特异性蛋白质能与目标病毒中的目标抗原发生特异性结合；作为一种可选的实施方式，本实施例中，样品放置模块包括一个3D打印的样品固定槽；
信号探测模块，用于测量样品在混合磁场中的交流磁化响应，以测量出样品的二次及以上的各次谐波响应；作为一种可选的实施方式，本实施例中，信号探测模块包括一对差分探测线圈、信号放大电路和信号滤波电路等；一对差分探测线圈关于亥姆霍兹线圈几何中心对称摆放；一对差分探测线圈所在平面垂直于亥姆霍兹线圈轴线；差分探测线圈与信号放大电路、信号滤波电路依次串联，构成信号通路；样品放置模块中的样品固定槽位于其中一个探测线圈的正上方或正中间；
数据采集模块，用于采集信号探测模块探测得到的信号，并转换为数字信号；作为一种可选的实施方式，数据采集模块包括一个高精度数据采集卡；数据采集卡的模拟输出端口与功率放大电源连接；数据采集卡的模拟输入端口分别与采样电阻和信号滤波电路连接；
中央处理模块，用于接收数据采集模块输出的数字信号，利用免疫检定试剂的二次及以上的各次谐波响应计算免疫检定试剂的检测特征，利用混合溶液的二次及以上的各次谐波响应计算混合溶液的检测特征，并在免疫检定试剂的检测特征与混合溶液的检测特征的差异程度超过预设的阈值时，判定病毒样本中含有目标病毒；作为一种可选的实施方式，本实施例中，中央处理模块包括一个电脑，与所述数据采集卡连接；中央处理模块基于接收的数字信号，完成病毒检测的具体方式，可参考上述方法实施例中的描述，在此将不作复述；
为了提供病毒的量化检测结果，作为一种优选的实施方式，本实施例中，中央处理模块，还用于在免疫检定试剂的检测特征与混合溶液的检测特征的差异程度超过预设的阈值时，按照预设的检测规律，将差异程度转换为目标病毒的含量；
其中，按照检测规律，目标病毒的含量与差异程度正相关：检测规律的获取方式可参考上述方法实施例中的描述，在此将不作复述。
如图7所示，本实施例还包括：反馈控制模块，用于分别调控交流磁场和直流偏置磁场的大小，以提升磁纳米粒子谐波响应强度，有效高病毒检测的灵敏度；作为一种可选的实施方式，本实施例中，反馈控制模块包括采样电阻组和散热片组；采样电阻组和散热片组一一对应安装固定；采样电阻和激励线圈在激励电路中串联连接。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法，其特征在于，包括：
分别产生交流磁场和直流偏置磁场，并将二者叠加为混合磁场；
测量功能性磁纳米粒子免疫检定试剂在所述混合磁场中的交流磁化响应M0(t)，以测量出所述免疫检定试剂的二次及以上的各次谐波响应；所述功能性磁纳米粒子的表面与特异性蛋白质结合，且所述特异性蛋白质能与目标病毒中的目标抗原发生特异性结合；
将所述免疫检定试剂与待检测的病毒样本混合，使所述功能性磁纳米粒子与所述目标抗原发生特异性结合，得到混合溶液；测量所述混合溶液在所述混合磁场中的交流磁化响应M1(t)，以测量出所述混合溶液的二次及以上的各次谐波响应；
利用所述免疫检定试剂的二次及以上的各次谐波响应计算所述免疫检定试剂的检测特征，利用所述混合溶液的二次及以上的各次谐波响应计算所述混合溶液的检测特征，若所述免疫检定试剂的检测特征与所述混合溶液的检测特征的差异程度超过预设的阈值，则判定所述病毒样本中含有所述目标病毒；
所述检测特征为以下特征之一：二次及以上的各次谐波幅值；二次及以上的各次谐波幅值中，部分谐波幅值按照预设的第一计算规则计算后的计算结果；二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间；二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间中，部分谐波对应的弛豫时间按照预设的第二计算规则计算后的计算结果；二次及以上的各次谐波对应的组合特征；二次及以上的各次谐波对应的组合特征中，部分谐波对应的组合特征按照预设的第三计算规则计算后的计算结果；
所述组合特征为谐波幅值和对应次谐波下的弛豫时间的组合。
2.如权利要求1所述的基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测方法，其特征在于，还包括：
在所述免疫检定试剂的检测特征与所述混合溶液的检测特征的差异程度超过预设的阈值时，按照预设的检测规律，将所述差异程度转换为所述目标病毒的含量；
按照所述检测规律，所述目标病毒的含量与所述差异程度正相关。
3.一种基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测系统，其特征在于，包括：磁场激励模块、样品放置模块、信号探测模块、数据采集模块以及中央处理模块；
所述磁场激励模块，用于分别产生交流磁场和直流偏置磁场，并将二者叠加为混合磁场；
所述样品放置模块，用于放置样品并移动所述样品，使所述样品位于所述混合磁场中；所述样品为功能性磁纳米粒子免疫检定试剂，或者免疫检定试剂与待检测的目标病毒混合后得到的混合溶液；所述功能性磁纳米粒子的表面与特异性蛋白质结合，且所述特异性蛋白质能与所述目标病毒中的目标抗原发生特异性结合；
所述信号探测模块，用于测量所述样品在所述混合磁场中的交流磁化响应，以测量出所述样品的二次及以上的各次谐波响应；
所述数据采集模块，用于采集所述信号探测模块探测得到的信号，并转换为数字信号；
所述中央处理模块，用于接收所述数据采集模块输出的数字信号，利用所述免疫检定试剂的二次及以上的各次谐波响应计算所述免疫检定试剂的检测特征，利用所述混合溶液的二次及以上的各次谐波响应计算所述混合溶液的检测特征，并在所述免疫检定试剂的检测特征与所述混合溶液的检测特征的差异程度超过预设的阈值时，判定所述病毒样本中含有所述目标病毒；
所述检测特征为以下特征之一：二次及以上的各次谐波幅值；二次及以上的各次谐波幅值中，部分谐波幅值按照预设的第一计算规则计算后的计算结果；二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间；二次及以上的各次谐波对应的弛豫时间中，部分谐波对应的弛豫时间按照预设的第二计算规则计算后的计算结果；二次及以上的各次谐波对应的组合特征；二次及以上的各次谐波对应的组合特征中，部分谐波对应的组合特征按照预设的第三计算规则计算后的计算结果；
所述组合特征为谐波幅值和对应次谐波下的弛豫时间的组合。
4.如权利要求3所述的基于磁纳米粒子谐波响应的病毒检测系统，其特征在于，所述中央处理模块，还用于在所述免疫检定试剂的检测特征与所述混合溶液的检测特征的差异程度超过预设的阈值时，按照预设的检测规律，将所述差异程度转换为所述目标病毒的含量；
其中，按照所述检测规律，所述目标病毒的含量与所述差异程度正相关。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1667412A (zh) * 2004-12-31 2005-09-14 中山大学 利用免疫磁珠的生物检测装置及其检测方法
US10714208B2 (en) * 2009-05-27 2020-07-14 Biotempus Pty Ltd Computer systems for treating diseases
CN111954825A (zh) * 2018-04-11 2020-11-17 玛斯科学有限公司 超顺磁性颗粒成像及其在定量多路复用固定相诊断测定中的应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8034634B2 (en) * 2005-11-16 2011-10-11 Rex Chih-Yih Hong Ultra-sensitive magnetoreduction measurement system and ultra-sensitive, wash-free assay using the same
CN102650634A (zh) * 2011-02-24 2012-08-29 磁量生技股份有限公司 食品中动物用药残留的检测试剂

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1667412A (zh) * 2004-12-31 2005-09-14 中山大学 利用免疫磁珠的生物检测装置及其检测方法
US10714208B2 (en) * 2009-05-27 2020-07-14 Biotempus Pty Ltd Computer systems for treating diseases
CN111954825A (zh) * 2018-04-11 2020-11-17 玛斯科学有限公司 超顺磁性颗粒成像及其在定量多路复用固定相诊断测定中的应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Determination of estradiol in human serum using magnetic particles-based chemiluminescence immunoassay;Tian-BingXin，etal;《Analytica Chimica Acta》;20081010;第627卷(第2期);第 277-284页 *
Superhydrophobic surface-based magnetic electrochemical immunoassay for detection of Schistosoma japonicum antibodies;Jinfang Nie,etal;《Biosensors and Bioelectronics》;20120315;第33卷(第1期);第23-28页 *

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