2)基於磁顆粒數量變化的磁弛MRS。基於磁顆粒數量變化的豫生应用研究MRS是一種新型的磁弛豫生物傳感分析方法。其基本原理是物传基於大小不同的磁顆粒在同一磁場中的分離速度的差異，將大粒徑的感器磁顆粒作為免疫磁分離的載體，小粒徑的食品磁顆粒作為磁信號探針，通過修飾有給體/受體的安全載體特異性識別修飾有受體/給體的磁顆粒，經磁分離等操作後，快速使磁探針數量發生變化，检测进展從而實現生物傳感。磁弛相對於基於磁顆粒狀態改變MRS，豫生应用研究該類型傳感器不需要誘導磁顆粒的物传聚集，有效提高了MRS的感器穩定性。此外，食品T2信號對磁探針的安全濃度的改變更為敏感，具有更高的快速響應，有效提高了MRS傳感器的靈敏度。關於磁顆粒數量變化介導的MRS生物傳感器的研發，國內外均有此方麵的報道。Chen等將磁分離(magneticseparation，MS)與MRS相結合，構建了一種基於磁顆粒數量變化的MRS生物傳感平台，並成功應用於致病菌與病毒的快速檢測(圖2B)。
該方法主要基於大粒徑磁顆粒(250nm磁顆粒，MNP250)與小粒徑磁顆粒(30nm磁顆粒，MNP30)在小磁場(0.01T)中具有不同的分離速度，MNP250由於具有高飽和磁化強度，能夠在1min內被0.01T磁場快速分離，而MNP30由於飽和磁化強度較低，在相同條件下，60min尚不能磁分離完全。Chen等將MNP250作為磁分離的載體並偶聯捕獲抗體，將MNP30作為磁信號探針並偶聯檢測抗體，當目標物存在時，經過特異性免疫反應能夠形成MNP250G目標物GMNP30雙抗夾心結構。由於磁分離速度的不同，可以輕易地將MNP250G目標物GMNP30與反應體係中未反應的MNP30分離，從而獲得未反應的MNP30，對其進行T2信號測定，實現定量分析。該方法集樣品富集、提取、檢測一步完成，整個免疫分析過程能夠在30min內完成，操作簡單，靈敏度高，具有良好的快速檢測的潛力。
此外，2013年，Weissleder課題組基於磁顆粒GDNA探針，結合分子雜交實驗，構建了臨床樣品中致病菌的生物傳感器分析係統(圖2C)。此工作通過RTGPCR技術對所提取RNA的目標區域進行特異性擴增，得到大量的單鏈DNA，此DNA能夠被偶聯有寡核苷酸捕獲探針的聚合微球所捕獲，得到聚合微球GDNA，聚合微球GDNA進而與偶聯有檢測探針的磁顆粒(MNP)結合，得到聚合微球GDNAGMNP，由於大量MNP結合到聚合微球上，可顯著降低周圍水分子的T2值。該方法實現了三步信號擴增：(1)PCR擴增；(2)聚合微球對目標核酸分子的捕獲與富集；(3)磁信號擴增。該方法穩定快速，能夠在2h內同時診斷臨床標本中的13種細菌。更重要的是，其課題組所使用的微型核磁共振儀為快速檢測提供了有力的工具。Lu等構建了一種基於磁顆粒數量變化的MRS生物傳感方法，並將其用於微小RNA(MicroRNA，miRNA)的高靈敏定量分析(圖2D)。
miRNA是一種小的、非編碼的RNA分子，由大約22個核苷酸組成，參與基因表達的轉錄和調控。miRNA的異常表達可能導致DNA擴增或易位，導致腫瘤增生或轉移，其快速準確檢測能夠為臨床診斷及癌症治療提供重要的參考依據。此工作組裝了一種“大磁顆粒GDNAG小磁顆粒”(MM1000GDNAGMN30)磁探針，當目標miRNA存在時，雙鏈特異性核酸酶(DSN)能夠特異性切割通過雜交生成的DNAGRNA異源雙鏈核酸分子，從而引導miRNA和MN30的釋放，釋放的MN30通過不同粒徑磁顆粒分離速度的不同與磁探針進行分離，最後對上清液中MN30的進行定量分析。與傳統MRS相比，此方法能夠在目標物存在的情況下，直接釋放MN30，並將其作為信號源進行信號讀出，是一種信號打開的方式，穩定性良好。此外，釋放的miRNA又可以作為目標物進行新一輪的雜交反應，釋放MN30，使得信號放大，顯著提高傳感方法的靈敏度，能夠實現尿液樣品中miRG21高靈敏的一步檢測(5fM)，在臨床即時診斷方向具有良好的應用前景。。
3)磁顆粒狀態與數量同時變化的MRS。在檢測農獸藥殘留等小分子有害物質時，農獸藥小分子通常隻有一個可以和抗體特異性結合的位點，引起的磁信號改變微弱，導致傳統MRS靈敏度無法對小分子目標物實現痕量檢測。為了解決此問題，Zheng等構建了一種基於生物正交反應進行信號級聯放大，集磁顆粒狀態與數量變化於一體的MRS傳感平台，並將其用於農藥殘留毒死蜱的痕量分析。毒死蜱因其廣譜性，已成為農業生產中廣泛使用的有機磷殺蟲劑。然而，長期接觸有機磷農藥會對人體神經係統、生殖係統和免疫係統造成損害，對人體健康構成嚴重威脅。在本方法中，毒死蜱分子會與MNP1000GBSAG毒死蜱競爭性結合二苯並環辛炔(DBCO)修飾的單克隆抗體(AbGDBCO)，得到的“MNP1000GBSAG毒死蜱GAbGDBCO”複合物上具有多個DBCO位點，能夠捕獲大量的azideGMNP30(DBCO能夠與疊氮化物(azide)發生生物正交反應)，通過磁分離效率的不同可得到未反應的azideGMNP30(磁顆粒數量變化)，通過加入生物交聯劑DBCOGPEG4GDBCO進一步誘導DBCO和疊氮化物基團之間的生物正交反應使分散的azideGMNP30聚集(磁顆粒狀態變化)。試驗結果表明，該傳感器能夠實現對毒死蜱0.1~1000ng/mL的定量檢測，檢出限為0.05ng/mL。該傳感器的高效與高靈敏主要得益於：
(1)疊氮化物與DBCO的生物正交反應具有快速、高選擇性的特點，是實現信號放大而不引入交叉反應的重要手段，特別是在複雜樣品中；
(2)單一抗體對azideGMNP30顯示出多個DBCO位點，這將增大由單個靶標誘導MNP30的結合量，從而使信號放大；
(3)生物交聯劑DBCOGPEG4GDBGCO誘導的azideGMNP30聚集，使傳感信號進一步放大。該傳感器通過生物正交反應將MNPs數量變化引起的信號放大與MNPs狀態變化引起的信號放大有機結合起來，實現磁信號的級聯放大，有效提高了生物傳感器的靈敏度和檢測範圍。
Wu等利用堿性磷酸酶介導的點擊化學反應作為信號轉化與放大係統，構建了雙重模式的MRS生物傳感器。該工作通過Cu＋催化疊氮化物和炔的1，3G偶極環加成的點擊化學反應(CuAAC)誘導磁顆粒的狀態變化或調節磁探針數量變化。如圖2E所示，當小分子目標物存在時，包被在96孔板上的目標物GBSA能夠與目標物競爭性結合單克隆抗體(Ab)，洗滌並加入堿性磷酸酶(ALP)標記的羊抗小鼠IgG，可得到與目標物成反比的“BSAG目標物GAbGIgG(ALP)”。ALP能夠將磷酸化抗壞血酸(AAP)去磷酸化，生成具有還原性的抗壞血酸(AA)，能夠將Cu2＋還原為Cu＋，進而用於CuAAC點擊化學反應，使修飾有疊氮分子(azide)的磁顆粒與修飾有炔分子(alkyne)的磁顆粒聚集。
該MRS生物傳感器分為兩種模式(aMRS和nMRS)：aMRS模式是基於MNP30Gazide與MNP30Galkyne經CuAAC催化變為聚集狀態，產生T2信號變化；nMRS是基於MNP30Gazide與MNP1000Galkyne經CuAAC催化變為聚集狀態，進而通過磁分離得到未反應的MNP30Gazide(磁分離速度不同)，並對其進行T2信號讀出，此模式是基於磁顆粒數量的變化。研究結果表明，該傳感器能夠實現食品基質中獸藥殘留的快速高靈敏檢測，其線性檢測範圍為0.1~500ng/mL，檢出限為0.02ng/mL，並且所提供的雙模式分析有效拓寬了該生物傳感器的適用性與實用性，為食品安全領域中農獸藥殘留及其他領域中有害小分子的快速檢測提供了有力的工具。
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