巨磁阻生物传感器对磁性聚苯乙烯微球检测

D0L10.13374.issn1001-053x.2012.03.017 第34卷第3期 北京科技大学学报 Vol.34 No.3 2012年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2012 巨磁阻生物传感器对磁性聚苯乙烯微球检测 侯涛”官月平)回 雷博)杨明珠) 曲炳郡2) 王 强” 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)清华大学微电子学研究所，北京100084 ✉通信作者，E-mail:ypguane@mater..ustb.cdu.cn 摘要采用改进的悬浮聚合法制备磁性聚苯乙烯微球.利用扫描电子显微镜和振动样品磁强计对所合成磁性微球的尺寸 和磁性能进行分析表征.采用巨磁阻生物传感器检测磁性微球的数量.结果表明：磁性微球粒径大小为0.5~50μm,比饱和 磁化强度为4.56A·m2·kg·.巨磁阻生物传感器对磁性聚苯乙烯微球数量具有很好的可检测性.在一定的范围内，随着磁性 微球数量的增多，传感器的输出信号增强.在磁性微球一定数量的情况下，随着磁性微球粒径的增大，传感器的电阻变化量先 增大后减小. 关键词磁性微球：聚苯乙烯：巨磁阻；生物传感器：粒径 分类号TB383:TQ325.2 Detection of magnetic polystyrene microspheres by a giant magnetoresistance biosensor HOU Tao,GUAN Yue-ping),LEI Bo2),YANG Ming-zhu,QU Bing-jun2,WANG Qiang" 1)School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Institute of Microelectronics,Tsinghua University,Beijing 100084,China Corresponding author,E-mail:ypguan@mater.ustb.edu.cn ABSTRACT Magnetic polystyrene microspheres were prepared by a modified suspension polymerization method and were character- ized by scanning electron microscopy (SEM)and vibrating sample magnetometry (VSM).The number of the magnetic microspheres was detected with a giant magnetoresistance biosensor.The results show that the magnetic microspheres are spherical,their sizes range from 0.5 to 50 um,and their specific saturation magnetization is 4.56 A.m2.kg.The magnetic microspheres have a very good response to the sensor.With the amount of the magnetic microspheres increasing,the output signal of the biosensor intensifies.Under a given amount of the magnetic microspheres,the change in electrical resistivity of the sensor increases first and then decreases with the increase of the magnetic microsphere size. KEY WORDS magnetic microspheres:polystyrene;giant magnetoresistance;biosensors:particle size 磁性聚合物微球是指通过一定的方法，使有机 巨磁阻(giant magnetoresistance,GMR)材料是 高分子和无机磁性纳米颗粒结合起来形成具有磁性 20世纪80年代末发现的一种新型磁性材料，其磁 复合结构的球形颗粒.磁性聚合物微球兼具聚合物 电阻随外加磁场变化率大，可达到10%以上，成为 微球的众多特性和超顺磁性等特点，不但可以通过 人们关注的焦点.利用巨磁阻材料制作的巨磁阻传 单体共聚和表面改性等方法赋予微球表面活性功能 感器灵敏度非常高，磁场分辨率可以达到(1~ 基团，而且能在外加磁场下方便地分离出来.因此， 10)×10~0T.随着微纳加工技术的迅速发展，巨磁 在生物分离工程和生物医学工程中具有诱人的前 阻材料在传感器领域有着新的应用.例如，在磁性 景，特别是在细胞分离口、靶向药物回、固定化酶 标记和探测技术中，可利用巨磁电阻传感器，探测磁 和免疫检测回等领域展现出独特的优势 场极其微弱的磁性颗粒，它具有器件体积小和制造 收稿日期：2011-03-01

第 34 卷 第 3 期 2012 年 3 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 3 Mar． 2012 巨磁阻生物传感器对磁性聚苯乙烯微球检测 侯 涛1) 官月平1) 雷 博2) 杨明珠1) 曲炳郡2) 王 强1) 1) 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 2) 清华大学微电子学研究所，北京 100084 通信作者，E-mail: ypguan@ mater． ustb． edu． cn 摘 要 采用改进的悬浮聚合法制备磁性聚苯乙烯微球． 利用扫描电子显微镜和振动样品磁强计对所合成磁性微球的尺寸 和磁性能进行分析表征． 采用巨磁阻生物传感器检测磁性微球的数量． 结果表明: 磁性微球粒径大小为 0. 5 ～ 50 μm，比饱和 磁化强度为 4. 56 A·m2 ·kg － 1 ． 巨磁阻生物传感器对磁性聚苯乙烯微球数量具有很好的可检测性． 在一定的范围内，随着磁性 微球数量的增多，传感器的输出信号增强． 在磁性微球一定数量的情况下，随着磁性微球粒径的增大，传感器的电阻变化量先 增大后减小． 关键词 磁性微球; 聚苯乙烯; 巨磁阻; 生物传感器; 粒径 分类号 TB383; TQ325. 2 Detection of magnetic polystyrene microspheres by a giant magnetoresistance biosensor HOU Tao 1) ，GUAN Yue-ping1) ，LEI Bo 2) ，YANG Ming-zhu1) ，QU Bing-jun2) ，WANG Qiang1) 1) School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Institute of Microelectronics，Tsinghua University，Beijing 100084，China Corresponding author，E-mail: ypguan@ mater． ustb． edu． cn ABSTRACT Magnetic polystyrene microspheres were prepared by a modified suspension polymerization method and were character￾ized by scanning electron microscopy ( SEM) and vibrating sample magnetometry ( VSM) ． The number of the magnetic microspheres was detected with a giant magnetoresistance biosensor． The results show that the magnetic microspheres are spherical，their sizes range from 0. 5 to 50 μm，and their specific saturation magnetization is 4. 56 A·m2 ·kg － 1 ． The magnetic microspheres have a very good response to the sensor． With the amount of the magnetic microspheres increasing，the output signal of the biosensor intensifies． Under a given amount of the magnetic microspheres，the change in electrical resistivity of the sensor increases first and then decreases with the increase of the magnetic microsphere size． KEY WORDS magnetic microspheres; polystyrene; giant magnetoresistance; biosensors; particle size 收稿日期: 2011--03--01 磁性聚合物微球是指通过一定的方法，使有机 高分子和无机磁性纳米颗粒结合起来形成具有磁性 复合结构的球形颗粒． 磁性聚合物微球兼具聚合物 微球的众多特性和超顺磁性等特点，不但可以通过 单体共聚和表面改性等方法赋予微球表面活性功能 基团，而且能在外加磁场下方便地分离出来． 因此， 在生物分离工程和生物医学工程中具有诱人的前 景，特别是在细胞分离［1］、靶向药物［2］、固定化酶［3］ 和免疫检测［4］等领域展现出独特的优势． 巨磁阻( giant magnetoresistance，GMR) 材料是 20 世纪 80 年代末发现的一种新型磁性材料，其磁 电阻随外加磁场变化率大，可达到 10% 以上，成为 人们关注的焦点． 利用巨磁阻材料制作的巨磁阻传 感器灵敏度非常高，磁 场 分 辨 率 可 以 达 到 ( 1 ～ 10) × 10 － 10 T． 随着微纳加工技术的迅速发展，巨磁 阻材料在传感器领域有着新的应用． 例如，在磁性 标记和探测技术中，可利用巨磁电阻传感器，探测磁 场极其微弱的磁性颗粒，它具有器件体积小和制造 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.03.017

·330· 北京科技大学学报 第34卷 成本低等显著优点 (PVA1799),50℃恒温搅拌60min使PVA完全 磁性标记和探测技术是用磁性微球对待测物进 溶解.在另一烧杯中将一定量的磁性Fe0,凝胶 行标记，然后借助于巨磁阻传感器检测磁性微球磁 (采用化学共沉淀法制备o)溶入9mL苯乙烯 化后产生的微小磁场，从而实现对待测物的定性及 (St)和0.5mL体积分数为80%的二乙烯基苯 定量检测，是一个很有潜力的研究课题.国外如斯 (DVB)交联剂组成的有机相中，超声分散10min 坦福大学的Lⅱ等研制的自旋阀传感器可检测 形成油相.将油相加入反应器中，在氮气保护下加 16nm的Fe,0,颗粒，并确定了颗粒数量与输出信号 入油溶性引发剂过氧化苯甲酰(BPO),调节搅拌 的线性关系；美国海军实验室和NVE公司合作设 速度至一定转速，升温到80℃反应8h,冷却后经 计的巨磁阻传感器对Dynal M-280微球进行了检 磁性分离、洗涤和烘干等工序，可得到超顺磁性聚 测.国内在这个领域的研究工作还很少，目前清华 合物微球. 大学等单位在开展相关课题研究 制得的磁性聚苯乙烯微球采用扫描电镜观察其 本文采用清华大学自主设计和制造的巨磁阻生 形貌和粒径，用振动样品磁强计测出其磁化曲线 物传感器，对制备的磁性聚苯乙烯微球进行检测，对 1.3巨磁阻传感器对微球的检测 后续将磁性微球用于磁性标记，进行生物检测和医 对磁球磁场的检测方法有直流法和交流法两 学诊断具有重要的指导意义. 种，本文采用直流法，如图2所示.巨磁阻生物传 感器内部是电桥结构，参考单元和传感单元这两 1实验 个单元都是用巨磁阻材料制作的，但参考单元表 1.1实验材料和设备 面制作了一层较厚的掩蔽层，不会感受到磁球的 氯化亚铁(FeC2·4H,0)、三氯化铁(FeCl,· 微弱磁场 6HO)、氨水(NH3·H,O)、油酸和乙醇均为分析纯； 巨磁阻生物传感器 苯乙烯(S)和二乙烯苯(DVB)为分析纯，使用前用 +5y 传感单元 5%的NaOH溶液清洗除去阻聚剂：过氧化苯甲酰 放大和 滤波电路 计算机 (BPO),分析纯，用作聚合反应引发剂：聚乙烯醇 参考单元 (PVA1799,平均聚合度1750±50)用作稳定剂. 日立S-450型扫描电子显微镜(SEM):国产 电磁铁 直流驱动电路 Model--155型振动样品磁强计(VSM);巨磁阻生物 传感器，清华大学研制，由巨磁阻生物传感器芯片、 图2巨磁阻生物传感器检测磁球原理图 测试电路板、测试程序、稳压稳流源、数字万用表、电 Fig.2 Detection theory of magnetic microspheres by the giant magneto- 磁线圈和特斯拉计组成.图1为传感器的连接示 resistance biosensor 意图. 电磁铁产生直流激励磁场，作用在传感单元和 参考单元上，这两个单元发生同样的电阻变化.当 数学万用表 稳压源 提供5V工作电压 感应线圈提供电流 磁性微球加到巨磁阻传感器芯片上后，从外部给微 球一个激励磁场，在激励磁场的作用下，微球被磁 检测电路 外加磁场线圈 化，产生一个微弱的附加场.这个附加场破坏了电 计算机 桥的平衡，使电桥的输出电压信号发生变化，把变化 量放大滤波，通过AD采集，用终端显示出来，从而 图1巨磁阻生物传感器连接示意图 实现对磁性微球的检测.检测的结果用加入磁球前 Fig.I Sketch drawing of the giant magnetoresistance biosensor 后的传感单元的电阻变化表示. 实验选取粒径均一的磁性聚苯乙烯微球，加入 1.2磁性聚苯乙烯微球的制备与表征 不同质量的微球到传感器芯片上，记录传感器的输 磁性聚苯乙烯微球采用改进的悬浮聚合法回 出信号，建立微球质量与巨磁阻传感器信号之间的 制备.悬浮聚合反应在装有冷凝管、氮气入口、氮 关系.同时，在质量相同的情况下，选取不同粒径的 气出口和机械搅拌器的250mL四口烧瓶中进行. 微球，加到传感器芯片上，研究微球粒径与巨磁阻传 首先在烧瓶中加入100mL去离子水、1g聚乙烯醇 感器输出信号之间的关系

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 成本低等显著优点． 磁性标记和探测技术是用磁性微球对待测物进 行标记，然后借助于巨磁阻传感器检测磁性微球磁 化后产生的微小磁场，从而实现对待测物的定性及 定量检测，是一个很有潜力的研究课题． 国外如斯 坦福大学的 Li 等［5］ 研制的自旋阀传感器可检测 16 nm的 Fe3O4 颗粒，并确定了颗粒数量与输出信号 的线性关系; 美国海军实验室和 NVE 公司［6］合作设 计的巨磁阻传感器对 Dynal M--280 微球进行了检 测． 国内在这个领域的研究工作还很少，目前清华 大学等单位［7--8］在开展相关课题研究． 本文采用清华大学自主设计和制造的巨磁阻生 物传感器，对制备的磁性聚苯乙烯微球进行检测，对 后续将磁性微球用于磁性标记，进行生物检测和医 学诊断具有重要的指导意义． 1 实验 1. 1 实验材料和设备 氯化 亚 铁 ( FeCl2·4H2O) 、三 氯 化 铁 ( FeCl3· 6H2O) 、氨水( NH3 ·H2O) 、油酸和乙醇均为分析纯; 苯乙烯( St) 和二乙烯苯( DVB) 为分析纯，使用前用 5% 的 NaOH 溶液清洗除去阻聚剂; 过氧化苯甲酰 ( BPO) ，分析纯，用作聚合反应引发剂; 聚乙烯醇 ( PVA17--99，平均聚合度 1750 ± 50) 用作稳定剂． 日立 S--450 型扫描电子显微镜( SEM) ; 国产 Model--155 型振动样品磁强计( VSM) ; 巨磁阻生物 传感器，清华大学研制，由巨磁阻生物传感器芯片、 测试电路板、测试程序、稳压稳流源、数字万用表、电 磁线圈和特斯拉计组成． 图 1 为传感器的连接示 意图． 图 1 巨磁阻生物传感器连接示意图 Fig． 1 Sketch drawing of the giant magnetoresistance biosensor 1. 2 磁性聚苯乙烯微球的制备与表征 磁性聚苯乙烯微球采用改进的悬浮聚合法［9］ 制备． 悬浮聚合反应在装有冷凝管、氮气入口、氮 气出口和机械搅拌器的 250 mL 四口烧瓶中进行． 首先在烧瓶中加入 100 mL 去离子水、1 g 聚乙烯醇 ( PVA17--99) ，50 ℃ 恒温搅拌 60 min 使 PVA 完全 溶解． 在另一烧杯中将一定量的磁性 Fe3O4 凝胶 ( 采用化学共沉淀法制备［10］) 溶 入 9 mL 苯 乙 烯 ( St) 和 0. 5 mL 体 积 分 数 为 80% 的 二 乙 烯 基 苯 ( DVB) 交联剂组成的有机相中，超声分散 10 min 形成油相． 将油相加入反应器中，在氮气保护下加 入油溶性引发剂过氧化苯甲酰( BPO) ，调节搅拌 速度至一定转速，升温到 80 ℃ 反应 8 h，冷却后经 磁性分离、洗涤和烘干等工序，可得到超顺磁性聚 合物微球． 制得的磁性聚苯乙烯微球采用扫描电镜观察其 形貌和粒径，用振动样品磁强计测出其磁化曲线． 1. 3 巨磁阻传感器对微球的检测 对磁球磁场的检测方法有直流法和交流法两 种，本文采用直流法，如图 2 所示． 巨磁阻生物传 感器内部是电桥结构，参考单元和传感单元这两 个单元都是用巨磁阻材料制作的，但参考单元表 面制作了一层较厚的掩蔽层，不会感受到磁球的 微弱磁场． 图 2 巨磁阻生物传感器检测磁球原理图 Fig． 2 Detection theory of magnetic microspheres by the giant magneto￾resistance biosensor 电磁铁产生直流激励磁场，作用在传感单元和 参考单元上，这两个单元发生同样的电阻变化． 当 磁性微球加到巨磁阻传感器芯片上后，从外部给微 球一个激励磁场，在激励磁场的作用下，微球被磁 化，产生一个微弱的附加场． 这个附加场破坏了电 桥的平衡，使电桥的输出电压信号发生变化，把变化 量放大滤波，通过 A/D 采集，用终端显示出来，从而 实现对磁性微球的检测． 检测的结果用加入磁球前 后的传感单元的电阻变化表示． 实验选取粒径均一的磁性聚苯乙烯微球，加入 不同质量的微球到传感器芯片上，记录传感器的输 出信号，建立微球质量与巨磁阻传感器信号之间的 关系． 同时，在质量相同的情况下，选取不同粒径的 微球，加到传感器芯片上，研究微球粒径与巨磁阻传 感器输出信号之间的关系． ·330·

第3期 侯涛等：巨磁阻生物传感器对磁性聚苯乙烯微球检测 ·331· 2结果与讨论 2.1磁性聚苯乙烯微球的性质 磁性聚苯乙烯微球采用改进的悬浮聚合法合 · 成，油相溶液由苯乙烯(St)、疏水性Fe,0,磁流体、 二乙烯苯(DVB)和过氧化苯甲酰(BPO)组成.聚乙 烯醇(PVA)在水相中用做稳定剂，阻止液滴的合并 和进一步破碎.制得的磁性微球的形貌与结构用扫 描电镜观察，如图3所示.磁性聚苯乙烯微球为球 -15000-10000-5000050001000015000 溢场强度250A·m 形结构，分散性好，粒径分布较宽，在0.5~50μm之 间，80%以上的颗粒粒径在10~30m之间. 图4磁性聚苯乙烯微球的磁化曲线 Fig.4 Magnetization curves of magnetic polystyrene microspheres 28 24 20 50n 8 y-=0.12026r-2.00962 2-0.98285 图3磁性聚苯乙烯微球的扫描电镜照片 50 100150200 250300350 Fig.3 SEM photograph of magnetic polystyrene microspheres 微球质量mg 图4是室温下经振动磁强计(VSM)测定的磁 图5巨磁阻传感器对不同量的磁性微球的响应 Fig.5 Response of sensor on different amounts of magnetic micro- 性聚苯乙烯微球的磁化曲线.图中微球的磁化曲线 spheres 显示无磁滞现象，在外加磁场H=0·Am1时，比剩 余磁化强度M=0A·m2·kg,矫顽力H。=0A· 2.2.2磁性微球粒径对巨磁阻电阻变化量的影响 m,具有超顺磁性.这是因为磁性微球内部所含的 为了测试巨磁阻传感器对不同粒径的磁性微球 Fe3Oa纳米颗粒粒径约为8nm,而当Fe304纳米颗 的响应，采用粒径分别为1、10、20、40um的磁性微 粒粒径小于超顺临界尺寸D,(D.的理论值为25nm, 球样品（质量浓度均为15mg·mL-1,加入量均为 实验值为15nm)时，具有超顺磁性.此外，从图中曲 2mL)进行测试.表1为微球粒径对巨磁阻传感器 线还可以看出，磁性微球的比饱和磁化强度σ，为 的输出信号的影响.从表1可以看出，随着微球粒 4.56Am2.kg1. 径的增大，电阻变化量先增大后减小，10um的微球 对巨磁阻传感器的磁响应最好.这是因为粒径小的 2.2巨磁阻生物传感器对磁性聚苯乙烯微球的 检测 微球包含的纳米Fe3O,颗粒少，磁化后产生的附加 2.2.1磁性微球质量对巨磁阻电阻的影响 场较弱，巨磁阻电阻改变较小，因此输出信号弱.粒 为了测试巨磁阻传感器对不同质量的磁性微球 径过大的微球溶液中包含的磁球数目少，同时因为 部分或全部体积超出芯片上的敏感区，造成附加场 的响应，采用平均粒度为10m,质量浓度为15mg· mL-的微球，分别量取了1、2、5、10和20mL含微球 的损失，因而输出信号也较弱 的液滴滴加到巨磁阻生物芯片上，每个实验结果为 表1巨磁阻传感器对不同粒径的磁性微球的响应 三组平行实验的平均值，相对误差小于0.1%，得到 Table 1 Response of the sensor on different sizes of magnetic micro- sphere 如图5所示的结果.由图5可知，巨磁阻传感器的 微球直径/um电阻变化值/n微球直径/μm电阻变化值/n 电阻变化量与液滴的体积成正比.随着加入液滴的 1 0.1 20 0.9 体积增大，液滴内包含的微球的数目增多，产生的磁 o 2.3 40 0.7 响应就越大，电阻值变化的幅度也越大

第 3 期 侯 涛等: 巨磁阻生物传感器对磁性聚苯乙烯微球检测 2 结果与讨论 2. 1 磁性聚苯乙烯微球的性质 磁性聚苯乙烯微球采用改进的悬浮聚合法合 成，油相溶液由苯乙烯( St) 、疏水性 Fe3O4 磁流体 、 二乙烯苯( DVB) 和过氧化苯甲酰( BPO) 组成． 聚乙 烯醇( PVA) 在水相中用做稳定剂，阻止液滴的合并 和进一步破碎． 制得的磁性微球的形貌与结构用扫 描电镜观察，如图 3 所示． 磁性聚苯乙烯微球为球 形结构，分散性好，粒径分布较宽，在 0. 5 ～ 50 μm 之 间，80% 以上的颗粒粒径在 10 ～ 30 μm 之间． 图 3 磁性聚苯乙烯微球的扫描电镜照片 Fig． 3 SEM photograph of magnetic polystyrene microspheres 图 4 是室温下经振动磁强计( VSM) 测定的磁 性聚苯乙烯微球的磁化曲线． 图中微球的磁化曲线 显示无磁滞现象，在外加磁场 H = 0·A·m － 1 时，比剩 余磁化强度 Mr = 0 A·m2 ·kg － 1 ，矫顽力 Hc = 0 A· m － 1 ，具有超顺磁性． 这是因为磁性微球内部所含的 Fe3O4 纳米颗粒粒径约为 8 nm，而当 Fe3O4 纳米颗 粒粒径小于超顺临界尺寸 Dp ( Dp的理论值为 25 nm， 实验值为 15 nm) 时，具有超顺磁性． 此外，从图中曲 线还可以看出，磁性微球的比饱和磁化强度 σs 为 4. 56 A·m2 ·kg － 1 ． 2. 2 巨磁阻生物传感器对磁性聚苯乙烯微球的 检测 2. 2. 1 磁性微球质量对巨磁阻电阻的影响 为了测试巨磁阻传感器对不同质量的磁性微球 的响应，采用平均粒度为 10 μm，质量浓度为 15 mg· mL － 1 的微球，分别量取了 1、2、5、10 和 20 mL 含微球 的液滴滴加到巨磁阻生物芯片上，每个实验结果为 三组平行实验的平均值，相对误差小于 0. 1% ，得到 如图 5 所示的结果． 由图 5 可知，巨磁阻传感器的 电阻变化量与液滴的体积成正比． 随着加入液滴的 体积增大，液滴内包含的微球的数目增多，产生的磁 响应就越大，电阻值变化的幅度也越大． 图 4 磁性聚苯乙烯微球的磁化曲线 Fig． 4 Magnetization curves of magnetic polystyrene microspheres 图 5 巨磁阻传感器对不同量的磁性微球的响应 Fig． 5 Response of sensor on different amounts of magnetic micro￾spheres 2. 2. 2 磁性微球粒径对巨磁阻电阻变化量的影响 为了测试巨磁阻传感器对不同粒径的磁性微球 的响应，采用粒径分别为 1、10、20、40 μm 的磁性微 球样品( 质量浓度均为 15 mg·mL － 1 ，加入量均为 2 mL) 进行测试． 表 1 为微球粒径对巨磁阻传感器 的输出信号的影响． 从表 1 可以看出，随着微球粒 径的增大，电阻变化量先增大后减小，10 μm 的微球 对巨磁阻传感器的磁响应最好． 这是因为粒径小的 微球包含的纳米 Fe3O4 颗粒少，磁化后产生的附加 场较弱，巨磁阻电阻改变较小，因此输出信号弱． 粒 径过大的微球溶液中包含的磁球数目少，同时因为 部分或全部体积超出芯片上的敏感区，造成附加场 的损失，因而输出信号也较弱． 表 1 巨磁阻传感器对不同粒径的磁性微球的响应 Table 1 Response of the sensor on different sizes of magnetic micro￾sphere 微球直径/μm 电阻变化值/Ω 1 0. 1 10 2. 3 微球直径/μm 电阻变化值/Ω 20 0. 9 40 0. 7 ·331·

·332· 北京科技大学学报 第34卷 4672040.1987-06-09 3结论 [5]Li G X,Sun S H,Wilson R J,et al.Spin valve sensors for ultra- 采用改进的悬浮聚合法制备了磁性聚苯乙烯微 sensitive detection of superparamagnetic nanoparticles for biological 球.磁性微球的粒径分布较宽，在0.5~50um之 applications.Sens Actuators A,2006,126(1):98 [6]Rife J C,Miller MM,Sheehan P E,et al.Design and perform- 间，80%以上的颗粒粒径在10~30m之间.微球 ance of GMR sensors for the detection of magnetic microbeads in 的比饱和磁化强度为4.56A·m2·kg,具有超顺磁 biosensors.Sens Actuators A,2003,107(3):209 性.用巨磁阻生物传感器对制备的微球进行检测， 7] Zhang C Q,Zhou F,Qu B J,et al.Study of a novel biosensor 在一定的范围内，随着磁性聚苯乙烯微球数目的增 based on GMR effect.Micronanoelectron Technol,2007,44(7): 多，传感器的输出信号增强.在一定磁性微球质量 373 (张超奇，周非，曲炳郡，等.基于GMR效应的新型生物传感 的情况下，随着磁性微球粒径的增大，传感器的电阻 器研究.微纳电子技术，2007,44(7)：373) 变化量先增大后减小. 8] Zhao F L,Qu B J,Ren T L,et al.The design of the plane struc- ture and the passivation of GMR spinvalve biosensors.ChinSens 参考文献 Actuators,2010,23(5):607 [1]Kronick P,Gilpin R W.Use of superparamagnetic particles for (赵复龙，曲炳郡，任天令，等.GMR自旋阀生物传感器平面结 isolation of cells.J Biochem Biophys Methods,1986,12(1/2):73 构及纯化层设计.传感技术学报，2010,23(5)：607) 2]Cupta P K,Hung CT.Magnetically controlled targeted miero-car- Liu X Q,Guan Y P,Yang Y,et al.Preparation of superparamag- rier systems.Life Sci,1989,44(3):175 netic immunomicrospheres and application for antibody purifica- B]Li X H,Sun Z H.Synthesis of magnetic polymer microspheres and tion.J Appl Polym Sci,2004,94(5)2205 application for immobilization of proteinase of balillus sublitis.J [10]Guan Y P,Liu H Z,An Z T,et al.Superparamagnetic Polymer Appl Polym Sci,1995,58(11):1991 Microspheres and Their Manufacture Methods:CN Patent, Josephson L.Magnetic Particles for Use in Separations:US Patent, 1253147.200005-17

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 3 结论 采用改进的悬浮聚合法制备了磁性聚苯乙烯微 球． 磁性微球的粒径分布较宽，在 0. 5 ～ 50 μm 之 间，80% 以上的颗粒粒径在 10 ～ 30 μm 之间． 微球 的比饱和磁化强度为 4. 56 A·m2 ·kg － 1 ，具有超顺磁 性． 用巨磁阻生物传感器对制备的微球进行检测， 在一定的范围内，随着磁性聚苯乙烯微球数目的增 多，传感器的输出信号增强． 在一定磁性微球质量 的情况下，随着磁性微球粒径的增大，传感器的电阻 变化量先增大后减小． 参 考 文 献 ［1］ Kronick P，Gilpin R W． Use of superparamagnetic particles for isolation of cells． J Biochem Biophys Methods，1986，12( 1 /2) : 73 ［2］ Cupta P K，Hung C T． Magnetically controlled targeted micro-car￾rier systems． Life Sci，1989，44( 3) : 175 ［3］ Li X H，Sun Z H． Synthesis of magnetic polymer microspheres and application for immobilization of proteinase of balillus sublitis． J Appl Polym Sci，1995，58( 11) : 1991 ［4］ Josephson L． Magnetic Particles for Use in Separations: US Patent， 4672040． 1987--06--09 ［5］ Li G X，Sun S H，Wilson R J，et al． Spin valve sensors for ultra￾sensitive detection of superparamagnetic nanoparticles for biological applications． Sens Actuators A，2006，126( 1) : 98 ［6］ Rife J C，Miller M M，Sheehan P E，et al． Design and perform￾ance of GMR sensors for the detection of magnetic microbeads in biosensors． Sens Actuators A，2003，107( 3) : 209 ［7］ Zhang C Q，Zhou F，Qu B J，et al． Study of a novel biosensor based on GMR effect． Micronanoelectron Technol，2007，44( 7) : 373 ( 张超奇，周非，曲炳郡，等． 基于 GMR 效应的新型生物传感 器研究． 微纳电子技术，2007，44( 7) : 373) ［8］ Zhao F L，Qu B J，Ren T L，et al． The design of the plane struc￾ture and the passivation of GMR spin-valve biosensors． Chin J Sens Actuators，2010，23( 5) : 607 ( 赵复龙，曲炳郡，任天令，等． GMR 自旋阀生物传感器平面结 构及钝化层设计． 传感技术学报，2010，23( 5) : 607) ［9］ Liu X Q，Guan Y P，Yang Y，et al． Preparation of superparamag￾netic immunomicrospheres and application for antibody purifica￾tion． J Appl Polym Sci，2004，94( 5) : 2205 ［10］ Guan Y P，Liu H Z，An Z T，et al． Superparamagnetic Polymer Microspheres and Their Manufacture Methods: CN Patent， 1253147． 2000--05--17 ·332·