基于磁控自组装的COVID-19抗体检测实验与计算研究

自2019年12月8日中国境内首例"新冠肺炎"出现以来,引起"新冠肺炎"的COVID-19病毒正在迅速地传播。截止2020年7月,境内累计确诊人数超过85000人,全球累计确诊人数超1000万人。吖啶酯标记抗体磁珠化学发光免疫检测技术(Chemiluminesent Immunoassay,CLISA)作为高效的病毒筛查手段,是目前疫情防控的核心技术之一。但由于高表面质量磁珠的合成难度较大、制造成本较高,该技术在实际检测应用中存在着一定限制。另外,现有技术用于分散磁珠的溶液大多是低磁透率介质(如:PBS缓冲液等),磁场在传递到磁珠时已经产生一定量的衰减,控制携带抗体的磁珠运动则需要较大的外部磁场,致使整体免疫检测过程中的磁控效率不高。本文拟采用磁控自组装技术,将携带荧光标记的、低成本的、非磁性的聚苯乙烯微球分散到铁磁流体中,在外磁场作用下形成链状结构,通过显微镜对颗粒表面进行荧光观测来完成化学发光免疫检测。同时,磁控自组装技术本身就具有富集微纳粒子的特性,可以有效地将携带生物粒子的非磁性苯乙烯微球通过磁场作用富集在检测区域,从而提升检测效率。在实验研究的基础上,本文通过浸没边界-格子玻尔兹曼方法对含有聚苯乙烯微球的铁磁流体磁控自组装现象进行了数值计算。在数值计算中耦合了可以模拟非磁性材料和磁性材料之间相互干扰的磁场演化计算方法,通过对不同材料交界面磁场相互干扰的研究,探究了磁性颗粒的低磁透率溶液和非磁性颗粒的铁磁流体溶液中磁场的不同分布及磁控自组装过程。实验和计算结果表明,基于磁控自组装的化学免疫检测技术与现有技术相比,其所需的样本量较少,溶液内磁通量较大,磁控自组装效率也较高。因此,本文研究可以为COVID-19化学免疫检测方面提供理论和技术支持。