生物分離用超順磁微米顆粒的特征及制備

劉冬，龍高波

(1.重慶市南川區(qū)人民醫(yī)院藥劑科，重慶 408400；2.重慶博藍(lán)鷹生物技術(shù)有限公司，重慶 401332)

Fe3O4或γ-Fe2Ο3納米粒子具有超順磁性，稱(chēng)納米磁芯。有機(jī)物或無(wú)機(jī)物和此類(lèi)超順磁納米磁芯復(fù)合所得0.1～10 μm左右的顆粒稱(chēng)超順磁亞微米顆粒(paramagnetic submicron particles，PMSP)[1]。無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，PMSP中納米磁芯極性隨機(jī)化而無(wú)磁性，在外加磁場(chǎng)下磁芯定向排列而呈現(xiàn)磁性和定向運(yùn)動(dòng)。在PMSP表面固定生物活性分子，通過(guò)這些固定化生物分子的親和作用選擇性結(jié)合混合物中特定成分，用外部磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁力選擇性分離復(fù)合物，從而選擇性分離出所結(jié)合的成分，此過(guò)程稱(chēng)生物親和磁分離[2]；該技術(shù)依賴(lài)親和作用及磁力分離，其操作簡(jiǎn)便、設(shè)備易得、高效，尤其分離過(guò)程中不引入新的化學(xué)物質(zhì)，這使得磁分離技術(shù)成為分離及分析的核心技術(shù)，廣泛用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域，包括全自動(dòng)化學(xué)發(fā)光免疫分析[3]、全自動(dòng)核酸檢測(cè)[4]、配體混合物組合庫(kù)集群篩選[5-6]、固定化酶用于生物催化合成[7]。因此，PMSP是醫(yī)藥生物技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

樣品中非目標(biāo)成分在功能化PMSP表面結(jié)合稱(chēng)非特異吸附(nonspecific adsorption)。功能化PMSP的非特異吸附、磁響應(yīng)速度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、懸浮穩(wěn)定性/單分散性和固定生物分子的活性決定其應(yīng)用價(jià)值。功能化PMSP表面結(jié)構(gòu)決定其非特異性吸附，同時(shí)影響PMSP顆粒間相互作用、單分散狀態(tài)和懸浮穩(wěn)定性。PMSP內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定其磁響應(yīng)速度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和懸浮穩(wěn)定性。PMSP表面用于固定化生物分子的高反應(yīng)活性基團(tuán)性質(zhì)決定了生物分子固定化方式及固定后活性的保留比例，顆粒表面此類(lèi)基團(tuán)的總量決定了生物分子固定化容量。可見(jiàn)，PMSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及包括表面高反應(yīng)活性基團(tuán)性質(zhì)在內(nèi)的表面結(jié)構(gòu)是其應(yīng)用價(jià)值的決定因素，制備PMSP時(shí)需同時(shí)考慮多方面因素的優(yōu)化。

磁力驅(qū)動(dòng)分子在體內(nèi)定向運(yùn)動(dòng)后靶向釋放藥物、磁分離分選細(xì)胞及磁信號(hào)作為標(biāo)記物[8]，都要求粒徑在100 nm以?xún)?nèi)磁顆粒即納米磁珠。生物醫(yī)藥應(yīng)用對(duì)PMSP和納米磁珠性能要求有差異。現(xiàn)就生物分離應(yīng)用對(duì)PMSP性能要求及其制備與表征方法作一綜述。

1 PMSP表面的非特異吸附

PMSP在應(yīng)用時(shí)需維持單分散狀態(tài)使其表面所固定生物分子發(fā)揮作用，且非特異吸附足夠低而懸浮穩(wěn)定性好。理論上，固定化生物分子后PMSP剩余表面仍可非特異吸附溶液中成分，這種剩余表面相互接觸還會(huì)造成PMSP聚集團(tuán)聚而降低懸浮穩(wěn)定性。在生物親和磁分離中，非特異吸附會(huì)顯著提高來(lái)自非目標(biāo)分子的本底信號(hào)而降低分析靈敏度。PMSP表面對(duì)混合物中目標(biāo)分子特異結(jié)合與對(duì)非目標(biāo)分子的非特異吸附的比值(信噪比)是PMSP應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵指標(biāo)。顯然，要提高PMSP應(yīng)用價(jià)值，其表面非特異性吸附應(yīng)盡可能低，固定化生物分子密度盡可能高，固定化生物分子比活性盡可能接近游離狀態(tài)。現(xiàn)有方法制備的PMSP，其表面對(duì)來(lái)自生物樣品的很多成分都有較強(qiáng)非特異吸附。對(duì)PMSP進(jìn)行表面修飾改性是降低PMSP非特異吸附的關(guān)鍵策略。聚集的PMSP懸浮穩(wěn)定性顯著降低而妨礙所固定化分子的活性，表面修飾覆蓋抗聚集成分也有利于抗聚集和提高PMSP懸浮穩(wěn)定性。可見(jiàn)，表面修飾改性方法是制備PMSP的關(guān)鍵技術(shù)之一。

生物樣品中，在PMSP表面發(fā)生非特異吸附成分包括大分子和小分子兩類(lèi)，現(xiàn)有方法制備的PMSP表面都有一定疏水性，而疏水相互作用是各類(lèi)物質(zhì)非特異吸附的關(guān)鍵機(jī)制和發(fā)生聚集的關(guān)鍵作用力，增加PMSP表面親水性成為降低其非特異吸附的重要途徑。因此，用親水修飾劑對(duì)表面進(jìn)行修飾改性是制備PMSP的關(guān)鍵技術(shù)之一。蛋白和核酸是來(lái)自生物親和磁分離樣品的主要大分子成分。核酸在有機(jī)聚合物包裹PMSP表面非特異吸附一般較低。膜蛋白在PMSP表面很容易發(fā)生非特異吸附且難以解決；水溶性蛋白質(zhì)因其特殊的構(gòu)象，也容易在PMSP表面發(fā)生非特異吸附。用強(qiáng)親水修飾劑對(duì)PMSP表面修飾改性是降低PMSP表面對(duì)水溶性蛋白質(zhì)非特異吸附和抗PMSP聚集的關(guān)鍵策略；這類(lèi)強(qiáng)親水修試劑包括聚乙二醇[9]、兩性離子化合物/聚合物[10-13]及天然生物大分子三類(lèi)。理論上，用強(qiáng)親水物質(zhì)為單體聚合包裹納米磁芯制備PMSP，有望同步實(shí)現(xiàn)制備和表面修飾，但其所需單體在設(shè)計(jì)和制備過(guò)程很難同時(shí)滿(mǎn)足聚合和修飾功能而無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。因此，制備PMSP后再用強(qiáng)親水修飾劑對(duì)其表面修飾改性仍是主要策略。

肝素和清蛋白是天然生物大分子修飾劑的代表[14]，但其與樣品中成分產(chǎn)生非預(yù)期的特異相互作用，且此類(lèi)修飾劑穩(wěn)定性低，尤其這兩類(lèi)蛋白對(duì)PMSP表面進(jìn)行親水修飾后很難固定化生物分子，故應(yīng)用受限。聚乙二醇是中性親水物質(zhì)，其分子量越大則修飾后對(duì)降低PMSP表面的非特異相互作用越顯著，越有利于維持單分散狀態(tài)。但長(zhǎng)鏈聚乙二醇分子量大，官能基團(tuán)少且處于兩端，能夠固定在PMSP表面的量太少，無(wú)法顯著降低PMSP表面的非特異性吸附；用短鏈聚乙二醇修飾對(duì)降低PMSP表面非特異相互作用的效力太弱。用小分子兩性離子化合物修飾PMSP降低非特異相互作用很有吸引力，但此類(lèi)修飾劑體積小，必需有很高修飾度才能封閉PMSP表面的疏水位點(diǎn)，而現(xiàn)有修飾工藝很難保障修飾度。因此，需綜合考慮成本和效力，制定PMSP表面用親水物質(zhì)修飾的綜合性策略。

測(cè)定PMSP表面對(duì)水溶性蛋白的非特異性吸附需選擇模型蛋白和高靈敏度定量方法，所用模型蛋白吸附狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)要與游離狀態(tài)相同或更高。洗脫吸附蛋白后變性電泳并染色顯示能表征PMSP表面非特異吸附，但其靈敏度低且只能定性。用吖啶酯標(biāo)記三種模型蛋白(親和素、牛血清多抗和牛纖維蛋白原[15])，測(cè)定磁分離吸附蛋白的化學(xué)發(fā)光信號(hào)能高靈敏度測(cè)量PMSP的非特異吸附。用此方法發(fā)現(xiàn)Thermo Fisher Scientific的Dynal M280-鏈親和素結(jié)合生物素化山羊抗PTH多克隆抗體后，復(fù)合物對(duì)上述三種模型蛋白的非特異性吸附都低于0.1%。這類(lèi)測(cè)定方法靈敏度高，但成本高。用吸附在PMSP 表面后活性不降低的水解酶為模型蛋白，分離吸附的水解酶后測(cè)定PMSP吸附酶的活性，是測(cè)定PMSP表面非特異吸附更簡(jiǎn)便的定量技術(shù)[16]。

小分子化合物的疏水性是其在PMSP表面非特異吸附的主要驅(qū)動(dòng)力。4-硝基-1-萘酚苯甲酸酯的LogP約4.0且便于反相HPLC測(cè)定；用此化合物為模型，發(fā)現(xiàn)用2種聚乙二醇不飽和酸單酯共聚合包被Fe3O4制備PMSP的非特異吸附很低[17]。但選用LogP接近6.0的4-硝基-1-萘酚辛酸酯，則此類(lèi)PMSP表面的非特異性吸附仍很強(qiáng)[18]。這說(shuō)明用聚乙二醇不飽和酸酯聚合包裹所得PMSP仍不適合篩選配體混合物組合庫(kù)。

目前生物醫(yī)藥應(yīng)用的PMSP幾乎全部依賴(lài)于進(jìn)口。傳統(tǒng)的方法是用磁珠先偶聯(lián)功能分子(鏈親和素，抗體等)后再用白蛋白進(jìn)行封閉來(lái)降低磁珠表面的非特異性吸附，此方法能非常顯著的降低非特異性吸附，用于科學(xué)研究沒(méi)有問(wèn)題，但在要求靈敏度更高的發(fā)光免疫領(lǐng)域依然無(wú)法勝任；更簡(jiǎn)單適用且低成本的PMSP表面修飾技術(shù)仍然是制備PMSP的關(guān)鍵技術(shù)之一[19]。

2 磁響應(yīng)速度

PMSP的磁響應(yīng)速度是全自動(dòng)分析測(cè)試速度的決定性因素。PMSP表面應(yīng)有固定化生物分子所需有機(jī)官能團(tuán)；有機(jī)單體和納米磁芯共聚合是制備PMSP的基本策略。制備過(guò)程中，常需先將納米磁芯用表面活性劑分散而防止聚集，以便獲得納米磁芯含量均勻的顆粒；納米磁芯用表面活性劑穩(wěn)定分散所得超順磁膠體稱(chēng)磁流體[20]。將磁流體和所選有機(jī)單體分散均勻后再聚合包裹是制備PMSP的基本策略。相應(yīng)地，所得PMSP的磁響應(yīng)速度取決于其所含磁流體的比飽和磁化率及磁流體質(zhì)量百分比兩個(gè)因素，同時(shí)也受PMSP形狀、粒徑大小、粒徑均一性和表面性質(zhì)等因素的影響。PMSP中磁流體比飽和磁化率越高、所含磁流體質(zhì)量比例越大，無(wú)疑其磁響應(yīng)速度越快。但PMSP中磁流體含量越高則其密度必然很高，所得PMSP的懸浮穩(wěn)定性也就越低。故提高磁流體的比飽和磁化率對(duì)提高PMSP磁響應(yīng)速度更有價(jià)值。

2.1 制備高比飽和磁化率磁流體的常用策略

制備磁流體方法包括物理法和化學(xué)法兩大類(lèi)。化學(xué)法工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，粒徑易于控制，其又可分為共沉淀法、高溫?zé)岱纸夥ā⑺疅岷铣煞拔⑷橐悍ǖ取，F(xiàn)有方法所得Fe3O4磁流體的比飽和磁化率通常接近60 emu/g[21]。亞微米磁簇通過(guò)多個(gè)單疇磁性納米晶體的偶極相互作用提高了其磁飽和強(qiáng)度和磁響應(yīng)性。近年來(lái)合成超順磁性亞微米磁簇的報(bào)道越來(lái)越多[22-24]。亞微米磁簇雖有很高的磁響應(yīng)性，但其尺寸大于臨界超順磁尺寸，所以其粒子本身剩磁不為零，在水中容易聚集而應(yīng)用受到限制。

2.1.1 共沉淀法制備磁流體 共沉淀法是制備磁流體最常用的方法，所制備的Fe3O4磁流體粒徑及磁響應(yīng)性能穩(wěn)定，比飽和磁化率通常可達(dá)60 emu/g。共沉淀法所得磁流體的磁響應(yīng)性能影響因素很多[25]。Qiu等[26]發(fā)現(xiàn)共沉淀體系加入1 M的NaCl后所得Fe3O4粒徑可減小約1.5 nm，但其飽和磁化強(qiáng)度由71 emu/g降低到63 emu/g。共沉淀法所得Fe3O4微粒晶體結(jié)構(gòu)不完整而比飽和磁化率低，經(jīng)加熱處理熟化后晶體結(jié)構(gòu)完善而比飽和磁化率顯著提高；熟化過(guò)程促進(jìn)了Fe3O4顆粒中雜質(zhì)熔解分離，提高Fe3O4顆粒純度進(jìn)而提高比飽和磁化率。熟化溫度一般在70～90 ℃，溫度過(guò)高會(huì)造成Fe3O4氧化而使得磁性下降。特殊的是，用反滴定化學(xué)沉淀法制備的Fe3O4磁流體比飽和磁化強(qiáng)度能達(dá)到104 emu/g[27]。

2.1.2 高溫?zé)岱纸夥ㄖ苽浯帕黧w 高溫分解法以鐵的有機(jī)物作為前驅(qū)體熱分解成鐵原子，再由鐵原子生成鐵納米粒，通過(guò)控制氧化等途徑制備納米鐵氧化物。該法制備Fe3O4納米顆粒分散性好，晶型完整，粒徑均一。以乙酰丙酮鐵為前驅(qū)體，在二苯醚和乙醇分散體系中以油胺和油酸作為穩(wěn)定劑，熱分解制得粒徑為4 nm的Fe3O4納米粒，比飽和磁化強(qiáng)度高達(dá)82 emu/g[28-32]。

2.1.3 溶劑熱法制備磁流體 溶劑法是采用高沸點(diǎn)極性有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，鐵鹽作為鐵源，加入堿，在高于溶劑沸點(diǎn)的溫度下，生成亞微米磁性粒子或磁簇。用乙二醇作為溶劑和還原劑，醋酸鈉和聚乙二醇為穩(wěn)定劑，將六水合三氯化鐵在高壓釜中加熱到200 ℃反應(yīng)得到粒徑從200 nm到800 nm的磁性顆粒(圖1)，比飽和磁化率接近 82 emu/g[33]。乙二醇作為溶劑和還原劑，無(wú)水三氯化鐵作為鐵源，檸檬酸鈉和無(wú)水乙酸鈉為穩(wěn)定劑，在高壓反應(yīng)釜內(nèi)200 ℃反應(yīng)10 h，得到粒徑從80 nm到410 nm水溶性更好超順磁Fe3O4磁簇 (圖2)，比飽和磁化率接近 80 emu/g[34]。用一縮乙二醇作為溶劑和還原劑，無(wú)水三氯化鐵作為鐵源，聚丙烯酸作為穩(wěn)定劑，并加入氫氧化鈉，在反應(yīng)釜中220 ℃反應(yīng)1 h，得到粒徑從31 nm到174 nm水溶性更好的超順磁Fe3O4磁簇，比飽和磁化率接近 64 emu/g[35-36]。

2.2 提高納米磁芯比飽和磁化率的特殊策略：無(wú)機(jī)金屬離子摻雜

常見(jiàn)方法所得Fe3O4納米顆粒的飽和磁化率很難超過(guò)80 emu/g[37]。Fe3O4順磁顆粒有特殊晶格且晶格內(nèi)有間隙。某些雜離子以填充方式進(jìn)入這些晶格空隙，能改變所得超順磁顆粒的飽和磁化率。將少量NiO摻雜入Fe3O4粉體中進(jìn)行高溫煅燒后可提高Fe3O4的磁化率[38]。用化學(xué)沉淀法所得Ni摻雜Fe3O4納米粉末，其飽和磁化率達(dá)到114 emu/g[39]。

2.3 PMSP中磁流體含量

提高PMSP中納米磁芯的質(zhì)量比例/含量是提高PMSP磁響應(yīng)性的關(guān)鍵[40]。在使用單體共聚合包裹磁流體制備PMSP的策略中，盡可能增加磁流體量并嚴(yán)密包裹是制備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且高磁響應(yīng)速度PMSP的最直接策略。將Fe3O4納米磁芯在磁性聚合物微球中的質(zhì)量含量從17.4%增加到59.4%顯著提高了磁響應(yīng)速度(圖3)；但難以解決懸浮穩(wěn)定性的問(wèn)題[41]。有報(bào)道用乳液聚合包埋方法制備了納米磁芯含量高達(dá)70%的PMSP，但未提及如何進(jìn)行表面修飾降低非特異吸附及保障懸浮穩(wěn)定性[42-43]。因此，據(jù)各種性能要求綜合考慮優(yōu)化制備PMSP過(guò)程和成分組方，依然是嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。

3 聚合成型和粒徑：粒徑和聚合成型的方式有關(guān)

制備PMSP主要用磁流體與單體分散后共聚合法，但不同聚合模式所得PMSP 粒徑不同。乳液聚合所得PMSP粒徑在0.05～0.5 μm，分散聚合所得PMSP粒徑在0.5～10 μm，懸浮聚合所得PMSP粒徑在100～1000μm，沉淀聚合所得PMSP粒徑為mm級(jí)(圖4)。制備PMSP也采用原位生成法，即先制備微球再在微球內(nèi)部縫隙中原位沉淀生成磁性顆粒獲得所需PMSP。

3.1 原位生成法

原位法又被稱(chēng)為浸漬法、滲磁法或化學(xué)轉(zhuǎn)化法。該方法首先制得單分散的致密或多孔聚合物微球，此微球含有可與鐵鹽形成配位鍵或離子鍵的基團(tuán)(如各種含NH2基團(tuán)、環(huán)氧基、OH、COOH、SO3H等)，隨后據(jù)聚合物微球所具有的不同功能基團(tuán)以不同的方法來(lái)制備PMSP。上世紀(jì)80年代，Ugelstad等[44]用原位生成法合成了粒徑從0.5到20 μm的 PMSP，聚合物微球中無(wú)機(jī)磁性組分到達(dá)30%，并用該方法開(kāi)發(fā)了系列商品化PMSP，包括Thermo Fisher Scientific目前暢銷(xiāo)的產(chǎn)品Dynabeads系列。

3.2 懸浮聚合法

溶有引發(fā)劑的單體以液滴狀懸浮于溶劑中進(jìn)行自由基聚合的方法稱(chēng)為懸浮聚合法。將水溶性單體的水溶液懸浮于油中，在引發(fā)劑的作用下進(jìn)行聚合的方法，稱(chēng)為反相懸浮聚合法。通過(guò)一步懸浮聚合法，水為溶劑，聚乙烯醇-1788(PVA-1788)為分散劑，過(guò)氧化苯甲酰作為引發(fā)劑，苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯為單體，二乙烯苯作為交聯(lián)劑，攪拌加熱到80 ℃聚合2 h制備得到40 μm 左右的大粒徑磁性微球[45]。

3.3 乳液聚合法

懸浮聚合法所得PMSP粒徑分布寬，而乳液聚合法所得PMSP粒徑分布窄。乳液聚合是在乳化劑的作用下借助機(jī)械攪拌，使單體在連續(xù)相中分散成乳狀液，在乳液內(nèi)聚合成形。通過(guò)反相微乳聚合法，以琥珀酸二辛酯磺酸鈉(Aerosol OT，AOT)為乳化劑，聚乙二醇-1540-雙馬來(lái)酸單酯為單體，甲叉雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑，加熱到37 ℃聚合8 h一步聚合制備得到400～800 nm的磁性微球[18]。用一步無(wú)皂乳液聚合技術(shù)，用丙烯酸鈉為主要單體在磁流體存在下合成出表面含羧基、平均粒徑接近80 nm的磁性復(fù)合微球[46]。用反相微乳聚合法制備了丙烯酰胺包覆的尺寸在80 nm左右的磁性復(fù)合微球，飽和磁化強(qiáng)度明顯隨磁性顆粒含量的升高而增大[47]。

3.4 分散聚合

分散聚合法合成大粒徑、單分散性且粒徑范圍窄的PMSP有顯著優(yōu)勢(shì)，且能方便引入PMSP表面的功能基。分散聚合是一種特殊的沉淀聚合，反應(yīng)之前單體、溶劑、引發(fā)劑、分散劑等是一個(gè)分散均一的體系，反應(yīng)開(kāi)始以后，聚合物達(dá)到一定分子量后，從反應(yīng)體系中沉淀出來(lái)。用高溫分解法制備Fe3O4磁流體，表面改性劑12-羥基正十二烷酸對(duì)其進(jìn)行表面修飾并分散在無(wú)水乙醇中；再通過(guò)一步分散聚合，選擇乙醇/水(8∶2)作為溶劑，有機(jī)高分子聚乙烯吡咯烷酮為分散劑，偶氮二異丁腈作為引發(fā)劑，苯乙烯為單體，機(jī)械攪拌加熱到70 ℃聚合24 h制備得到1 μm到5 μm 的磁性微球[48]。

4 單分散性及懸浮穩(wěn)定性

PMSP維持單分散狀態(tài)時(shí)很穩(wěn)定，而PMSP團(tuán)聚后懸浮穩(wěn)定性顯著降低而易出現(xiàn)沉降；PMSP的單分散性及懸浮穩(wěn)定性主要與粒徑、密度和表面性質(zhì)有關(guān)。Hirschein[49]定量描述了磁分離速度與外部磁場(chǎng)強(qiáng)度、PMSP比飽和磁化率及其粒徑的關(guān)系，表明大粒徑PMSP(>10μm)磁分離速度快，原因是粒徑越大其包裹的磁性物質(zhì)越多對(duì)應(yīng)磁力越大，但所含磁性物質(zhì)多則密度高而易自然沉降，即懸浮穩(wěn)定性低。相反，小粒徑磁性微球(<0.03 μm)通過(guò)振蕩混勻就能夠分散在溶液中而不沉降，但在分離時(shí)則需要很強(qiáng)磁場(chǎng)。因此，應(yīng)據(jù)應(yīng)用需求，綜合考慮這兩方面來(lái)選擇磁性微球的粒徑。

PMSP懸液有很強(qiáng)的濁度且能用可見(jiàn)光的吸收近似定量。PMSP顆粒發(fā)生聚集后很容易沉降，使得PMSP分散液的濁度顯著降低；檢測(cè)PMSP分散液濁度變化可方便地檢測(cè)其懸浮穩(wěn)定性。用此近似方法，發(fā)現(xiàn)Thermo Fisher Scientific的Dynabeads系列商品化磁珠在中性緩沖溶液中3.75 h自然沉降達(dá)到15% (圖5)。已報(bào)道數(shù)據(jù)中，用親水的聚乙二醇雙順丁烯二酸單酯為單體聚合包裹磁流體制備的PMSP在緩沖液中懸浮穩(wěn)定性最好，10 h自然沉降比例仍然僅約15%，但其磁響應(yīng)速度很慢[18](見(jiàn)圖6)。

5 表面的高反應(yīng)活性基團(tuán)、對(duì)生物分子的固 定化容量

PMSP表面用于固定化生物分子的官能團(tuán)可在有機(jī)單體和磁流體復(fù)合過(guò)程中引入，也可在制備PMSP后通過(guò)表面修飾生成。決定PMSP結(jié)合容量及固定化產(chǎn)物活性的因素包括：(1) 暴露在磁珠表面的活性官能團(tuán)含量；(2) 官能團(tuán)的活化方式；(3) 生物分子的固定化反應(yīng)及條件；(4) 固定化生物分子和PMSP的間距，即是否有足夠長(zhǎng)的連接臂。

PMSP表面結(jié)合或固定化生物分子的容量受到很多因素的影響。非特異吸附固定化的蛋白容易失去活性，固定化的強(qiáng)度很低而容易丟失，故常需共價(jià)固定化。固定化蛋白的過(guò)程需在水溶液中進(jìn)行，PMSP表面官能團(tuán)的活化程度和反應(yīng)活性，影響固定化容量和固定化蛋白的比活性。很多文獻(xiàn)報(bào)道，PMSP表面固定化非特異性吸附能力很強(qiáng)的脂肪酶、血清清蛋白的最大容量可遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10 mg/g[50-52]，但固定化非特異吸附很弱的酶或蛋白時(shí)結(jié)合容量通常僅有1～3 mg/g[18,53](圖7)。顯然，只有保持固定化蛋白的比活性相對(duì)于游離狀態(tài)無(wú)明顯下降而顯著增大固定化容量才有意義。

綜上所述，為了同時(shí)滿(mǎn)足應(yīng)用對(duì)PMSP各項(xiàng)性能的要求，PMSP制備策略需系統(tǒng)性?xún)?yōu)化。限于PMSP的巨大商業(yè)價(jià)值，其制備的很多核心信息未曾公開(kāi)，對(duì)探索更好的PMSP制備方法帶來(lái)挑戰(zhàn)。

PMSP目前應(yīng)用最廣的是在體外診斷行業(yè)(IVD)，在其細(xì)分領(lǐng)域分子診斷的核酸提取中和免疫診斷的磁分離全自動(dòng)發(fā)光免疫檢驗(yàn)中都是必需原材料。除此之外，在科研領(lǐng)域，比如細(xì)胞分選，免疫共沉淀，核酸提取等應(yīng)用也非常廣泛。由于所屬行業(yè)的差距，對(duì)PMSP的要求也有所不同。目前國(guó)產(chǎn)磁珠基本能夠滿(mǎn)足科研領(lǐng)域研究的需要，甚至在IVD中分子診斷領(lǐng)域的核酸提取也能勝任；但是在要求靈敏度更高的磁分離全自動(dòng)發(fā)光免疫檢驗(yàn)中，國(guó)產(chǎn)磁珠能勝任的就寥寥無(wú)幾。其主要原因在于，綜述所提到的幾個(gè)性能指標(biāo)不能同時(shí)滿(mǎn)足。

非特異性吸附?jīng)Q定磁珠的信噪比；磁響應(yīng)速度決定磁珠的分離時(shí)間，這個(gè)也是決定單機(jī)測(cè)試數(shù)目的關(guān)鍵因素；懸浮穩(wěn)定性決定反應(yīng)的均一性，反應(yīng)測(cè)試項(xiàng)目的重復(fù)性；結(jié)合容量決定單次需要磁珠的用量，反應(yīng)的是單次測(cè)試磁珠的成本；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性決定的是磁珠的保質(zhì)期；除此之外，客戶(hù)最關(guān)心的是磁珠的批內(nèi)和批間差，反應(yīng)的是產(chǎn)品的穩(wěn)定性，重復(fù)性。

目前國(guó)內(nèi)全自動(dòng)發(fā)光免疫檢驗(yàn)所需微米磁珠市場(chǎng)超 2.0億，但至今全部依賴(lài)進(jìn)口，全球主要供應(yīng)商依次是美國(guó) Thermo Fisher Scientific(鏈親和素磁珠和羧基磁珠)、日本 JSR (鏈親和素磁珠)、德國(guó) Merck(羧基磁珠)。中國(guó)和歐美日發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)生貿(mào)易爭(zhēng)端造成發(fā)光免疫磁珠供應(yīng)不穩(wěn)定。所以，國(guó)內(nèi) IVD 行業(yè)雖已有較大規(guī)模但仍“缺芯少魂”；發(fā)光免疫磁珠作為 IVD 核心原料，實(shí)現(xiàn)其國(guó)產(chǎn)替代是我國(guó) IVD 行業(yè)持續(xù)快速發(fā)展的必要前提。

由于國(guó)外技術(shù)壟斷，要想實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，沒(méi)有捷徑，唯有積累更多的數(shù)據(jù)、明確各種性能的影響因素并綜合考慮優(yōu)化整體的制備策略，是最終獲得滿(mǎn)足應(yīng)用要求的PMSP的必要途徑。