基于纳米磁标记非线性磁化的超灵敏检测

几何受限的磁性粒子因其对外部磁场的独特响应而在诸多领域获得应用，包括磁导向、加热与药物递送、磁机械驱动以及对比度增强。基于纳米磁体非线性特性的高灵敏度检测与成像技术近来被提出，作为具有强转化潜力的创新方法，适用于复杂且常不透明的生物体系。本文报道了利用光学光刻定义的铁镍铁磁合金圆盘状粒子显著增强检测能力。我们展示由交变磁场驱动的强非共线（涡旋）态与单畴态之间的不可逆转变转化为非线性磁响应，从而实现对这些粒子的超灵敏检测。对于图案化圆盘阵列，在室温下展示了 ~3.5x10-9 emu 的创纪录灵敏度，相当于约 39 pg 磁性材料。我们还表明，重新悬浮于水缓冲液中的游离圆盘在注入活体动物后能够被成功实时检测与定量，从而追踪其生物分布。使用具有工程化非线性特性的纳米级铁磁粒子，为在无背景噪声的高背景环境中进一步提升噪声-free 磁标记检测的灵敏度、可扩展性与可调性开辟了前景，可应用于从生物传感和医学成像到防伪技术等各种领域。