掃描電鏡揭開市面常用磁珠的神秘面紗
磁珠，又被稱之為超順磁性微球，或者磁性微球，是繼膠體金、聚苯乙烯微球之后，微納米材料及微納米技術應用于生物醫學領域的杰出“代表”。磁性微球廣泛應用于生物醫學領域，藥物載體、蛋白純化、細胞分離、以及化學發光。
特別是化學發光，可以說，磁性微球是實現全自動化學發光檢測的基石，是全自動化學發光檢測試劑必不可少的原料，也是化學發光檢測試劑的主要成本之一。
圖源：the best guide for the useof magnetic beads in CLIA.
那么，什么是超順磁性微球呢？你們“見過”磁性微球嗎？本期我們一起來解開磁性微球的神秘“面紗”，看看各廠家磁性微球到底長什么樣？（文末有高清圖）
超順磁性微球
超順磁性是一種納米效應，當鐵磁性材料尺寸足夠小，被外磁場磁化后的磁取向力無法抵抗熱擾動的干擾而失去磁性。簡單來說，就是當有外界磁場時，磁性微球被磁化而具有磁性，外磁場消失后，磁性微球則沒有磁性。這種特性使得磁性微球具有能夠在磁場環境下聚集，去掉磁場后，又重新分散的能力，是一種接近完美的生物分離載體。
△基于磁性微球的化學發光檢測示意圖/Sysmex
超順磁性微球的粒徑一般在500nm-5μm之間的聚合物微球。實際上磁性微球一般是由尺寸更小的磁性納米顆粒（10nm左右）聚集而成，因為只有達到納米級別，材料才會表現出超順磁性，而粒徑只有在200nm以上，才會有足夠的磁場作用力，實現生物分離。
磁性微球的種類是多種多樣的，按照粒徑分，有幾百納米的亞微米磁性微球，幾微米的微米微球；按照結構可分為核殼結構微球，多層核殼結構微球等；按照表面官能團，又可分為羧基磁珠，氨基磁珠，硅羥基磁珠，甲苯磺酰基微球等。
化學發光常用的磁性微球粒徑多在1μm到5μm之間，表面官能團為羧基，氨基，甲苯磺酰基等，磁性物質含量在20%到60%之間。
Dynabeads
作為微球界當之無愧的霸主，可以說Dynabeads引領了整個磁性微球的發展，其系列微球，M-270，M-280，以及Myone是磁性微球的標桿。1976年，挪威科學家John Ugelstad首次合成出統一粒徑的標準聚苯乙烯微球——此前只有NASA在太空無重力條件下才能實現。Dynal公司進一步將工藝優化，減小了批次間差異，并且實現了量產。隨后在此基礎上，開發出粒徑均一的磁性微球。
Dynabeads的制備過程，首先制備出多孔的聚苯乙烯微球，隨后將8-10nm的氧化鐵納米顆粒封存在聚苯乙烯微球內部以及表面，隨后用聚合物進行表面封裝，防止氧化鐵納米顆粒泄露，最后進行表面功能化修飾，修飾基團包括羧基、氨基、環氧基以及甲苯磺酰基等。
目前，Dynabeads常規尺寸為4.5μm，2.8μm，1μm，分別命名為M-450，M-280/M270，Myone。其中M-450常用于細胞分離，M-280/M270和Myone系列被更多地用于體外診斷。
△Dynabeads三種規格磁珠基本性質
從表中我們可以看到，Dynabeads的粒徑分布極為均一。
羅氏診斷的Elecsys? 電化學發光系統用的所有磁性微球都由Dynabeads提供。他們的合作在1996年，Elecsys平臺剛開始建立的時候就已經開始了。根據一份2015年披露的文件，羅氏診斷在2014年的電化學發光全球測試數量約為16億次，粗略估計需要60kg的Dynabeads。并且雙方合作進一步加深，羅氏診斷準備在其德國的生產基地彭茨貝格投資建立Dynabeads生產線，預計在2017年開始直接在彭茨貝格生產磁性微球。
包括羅氏診斷在內，2013年，基于Dynabeads的免疫檢測次數超過25億次，預計為體外診斷行業提供超過100kg的Dynabeads磁珠，采用Dynabeads磁珠的TOP5廠家占據57%的全球體外診斷市場（2013年數據），TOP5廠家包括羅氏診斷，貝克曼庫爾特，以及DiaSorin。
JSRMagnosphere磁珠系列
JSR全稱Japan Synthetic Rubber，日本合成橡膠集團，成立于1957年，合成橡膠也是公司地第一項業務。發展至今，JSR基團的主要業務包括合成橡膠，塑料業務，數字解決方案業務，以及生命科學業務。JSRMagnosphere磁珠就屬于生命科學業務旗下的一款明星產品。JSR在1981年推出IMMUTEX膠乳微球產品，開始涉足生命科學領域。
△JSR Magnosphere系列磁珠
MerckEstapor磁珠
作為德國Merck公司的一個品牌，Estapor磁珠也是化學發光領域的另外一位佼佼者。實際上Estapor磁珠的生產基地以及實驗室坐落在法國里昂。Estapor磁珠種類較多，主要生產羧基和氨基磁珠，磁性物質含量從10%-60%不等。
△Estapor-M系列功能化超順磁性微球列表
此外Estapor還有EM封裝系列磁性微球，即EncapsulatedMicrospheres。這種磁珠采用核殼結構，表面用聚合物涂層將超順磁性氧化鐵納米顆粒封裝在內部，避免泄露以及和表面修飾物發生反應。EM系列具有低非特異性吸附，好的溶液穩定性，磁分離速度快等特點。和M系列磁珠一樣，EM系列主要也是羧基以及氨基表面修飾。
Merck的Estapor磁珠的缺點是粒徑分布比較寬，一個批次的磁珠會存在非常小的顆粒，而且批次之間的批間差也難以控制，好在Estapor磁珠的單批次產量可以按需求進行定制，因此可以避免一部分批次間差異的問題。
國內磁珠廠家
鑒于磁性微球在化學發光檢測當中的重要性，以及其廣闊的應用前景，依托一些高校的技術，國內也已經出現了一部分磁性微球廠家。如南京東納生物科技有限公司，廈門普睿邁格生物，上海英芮誠，蘇州為度，蘇州納微等。同時也有一部分化學發光廠家擁有自己的磁珠技術，如南京基蛋，深圳新產業等。
但是國內磁珠的產業化基本處于起步階段，相對于抗體、抗原等原料在國內已經有一批優秀的企業，國內還沒有形成具有規模的磁性微球廠家，其主要原因在于材料的制備需要時間技術的積累。在實驗室小批量生產時能夠得到粒徑均一，性能優越的磁性微球，但是無法實現批量化生產，做到精細的批間控制。同時，化學發光的檢測封閉性也在一定程度上，加大了磁珠國產替換的難度。
根據一份羅氏診斷2015年的報告，其曾經嘗試過13種不同廠家的磁珠，嘗試替代Dynabeads，應用于Elecsys檢測系統，但是能夠勉強替代的只有一種磁珠，而且一旦替換，所有的包被工藝，試劑配方，儀器參數都要隨之調整，光重新提交FDA注冊資料就需要花費5年，耗費250萬美元。因此，磁珠的替換顯得更為艱巨。但是，磁珠占據了化學發光試劑的一大部分成本，而在醫保控費的大前提下，如果能夠實現一定程度的國產替換，將會使國產化學發光產品更具競爭力，并且更具話語權。
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最后一起來欣賞一下各個廠家的磁性微球大片：
首先登場的是Dynabeads的Myone1μm羧基磁珠（掃描電鏡圖片）。經過小編粗略的統計，其粒徑約為980nm，并且粒徑分布極為均一，只能說不愧是業界標桿。
另一個進口廠家磁珠的掃描電鏡圖片，圖片上看到會有大大小小的顆粒，并且有點像月球表面，但是也不能阻礙它成為一款優秀的磁珠。
一款國產磁珠掃描電鏡圖片，粒徑較為均一。
另一款國產磁珠掃描電鏡圖片，粒徑較為均一。
最后出場的是一款優秀的國產磁珠，來自于廈門普睿邁格生物科技有限公司的1μm羧基磁性微球。從掃描電鏡圖上看，該磁珠同Dynabeads一樣具有尺寸均一的特點，但該磁珠表面更為光滑。購買生物磁珠請點擊：http://m.kismrs.cn/Product/
最后希望國內企業能夠支持國內磁珠，使國內磁珠在使用過程中不斷迭代，最終實現穩定優質的工藝。
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