基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置與方法

2023-05-24 00:29:11

專利名稱：基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置與方法
技術領域：
本發明屬於生物樣本分選技術領域，特別是免疫磁珠法磁性分選技術領域，具體 地，是一種利用免疫磁珠進行順序流動式全自動磁性分選的裝置與方法。
背景技術：
基於免疫磁珠的磁性分選技術是當前眾多生物樣本分選技術中的一種，其基本原 理是在具有超順磁性且分散度良好的微珠上偶聯特定的抗體以形成免疫磁珠，然後利用此 免疫磁珠上偶聯的抗體對目標細胞(或其他生物樣品)表面的抗原進行高特異性地識別 和標記，再通過磁性分選技術將免疫磁珠連同被標記的細胞(或其他生物樣品)從原混合 物中分離出來。實際操作時，基於免疫磁珠的磁性分選主要由混合(孵育)和分離兩步組 成。首先將免疫磁珠與待分選樣本液混合，一般採用震蕩或搖動的方式使之完全混勻，以增 加磁珠和目標細胞發生接觸的概率，從而令兩者能夠充分結合；再將混合液通過外加磁場， 結合了免疫磁珠的細胞在磁力作用下沿磁場方向運動(通常的形式是被吸附在管路側壁 上)，而未被標記的其他物質則會無阻礙的沿初始方向通過磁場區域，之後撤掉磁場，用較 小體積緩衝液洗脫附著物，從而達到分選和富集的目的。與傳統的生物分選方法相比，基於 免疫磁珠的磁性分選技術無需離心，具有分選速度快、分選與富集效率高、操控簡單、易於 實現自動化等優點，因而在分子生物學、免疫學、臨床診斷與治療、藥學以及生物檢驗檢疫 等眾多領域得到了廣泛的應用。磁性分選的具體實現方法通常有手動和自動兩種形式。手動分選是指操作人員使 用免疫磁珠、分選試管或分選柱、磁力架(分選器)等耗材和工具，手工完成整個分選流程。 手動分選中用到的磁力架(分選器)結構比較簡單，主要由支架和產生磁場的永磁鐵組成， 起到承託分選試管或分選柱，並為它們提供外加磁場的作用。磁珠的孵育、外部磁場的加入 與移除、吸附物的清洗與洗脫等各關鍵步驟都由人工操作完成。手動分選不需要複雜的設 備，形式靈活、成本較低，適合各類實驗室的日常零星分選使用。當需要頻繁進行分選且每 次分選的樣本量較大時，採用自動分選更加方便。自動分選主要利用全自動磁性分選儀，操 作人員將待分選樣本加入到分選儀中，由分選儀自動完成分選流程。全自動磁性分選儀的 分選通量較大，並且一般有多個優化的分選程序可供調用，操作簡單，分選可靠性高。當前 具有代表性的產品化全自動磁性分選儀有加拿大StemCell公司的RoboS印和美國Dynal 公司的BeadRetriever等。這些自動分選儀雖然性能先進，但體積較大，價格昂貴，因此多 限於在大型實驗室中固定使用。然而，在諸如檢驗檢疫、生物反恐、環境監測等很多應用場合，經常需要在遠離實 驗室的地點對生物樣本進行現場快速分選或自主監控式分選，這就要求磁性分選裝置應該 結構簡單，體積小巧，能在長時間無人值守的情況下自動分選，最好還能方便與其他功能單 元例如檢測模塊進行級聯，以組合成完整的現場設備。另外，由於現場樣本中往往含有各種 病原體或其他有害物質，因此進樣後的磁性分選應在相對封閉的空間內進行，以避免外洩 汙染。比照前面提及的幾種全自動磁性分選儀，RoboSep和BeadRetriever在一次加樣後最多只能自動運行有限的幾次(RoboS印為4次，BeadRetriever為15次)，然後就需要人 工更換耗材，不能在無人值守時長時間連續運行；儀器內部都使用了機械運動結構，運行可 靠性降低，且不易實現小型化。RoboSep和BeadRetriever中樣本和試劑的處理均在開放或 半開放的形式下進行，不滿足封閉條件；分選後的樣本液停留在試管裡，不便與其他後續處 理設備無縫連接。綜上可知，現有的磁性分選設備均不能完全滿足現場或無人值守時的自 動分選需求。

發明內容
本發明的目的在於克服現有設備和方法在應用到現場或無人值守場合時存在的 種種不足，提供一種基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置與分選方法，以滿足 現場或無人值守時自動磁性分選的需求。本發明的技術方案之一是提供一種基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選 裝置，包括控制系統和液路系統；所述控制系統包括精密注射泵、電磁三通閥、電動多位閥、 電磁鐵和主控模塊；所述液路系統包括進樣柱、磁珠柱、混合柱、磁性分選柱、出樣柱、清洗 液瓶、廢液瓶、中轉管和連通各組件的管路；所述精密注射泵的入口端和出口端分別與電磁 三通閥的公共端和中轉管的一端相連，所述電磁三通閥的常開端懸空，常閉端與清洗液瓶 相連，所述中轉管的另一端與電動多位閥的公共端相連，所述電動多位閥的各個通道埠 分別與進樣柱、磁珠柱、混合柱、磁性分選柱的底端、出樣柱、洗液瓶和清廢液瓶相連，所述 磁性分選柱的頂端與廢液瓶相連，所述磁性分選柱處於電磁鐵磁極的緊密貼合環抱中，所 述主控模塊用於控制精密注射泵、電磁三通閥、電動多位閥和電磁鐵，使它們按設定流程和 時序進行相應的動作。所述自動磁性分選裝置中有管路相連的組件在布局時應儘量靠近， 以縮短管路，減小液體死體積。所述精密注射泵為工業注射泵，所述工業注射泵的泵體活塞上卡裝精密注射器， 所述精密注射器的出口與一個三通換向閥的一個接口端相連，所述三通換向閥的另外兩個 接口端分別為所述精密注射泵的入口端和出口端。所述電磁三通閥為隔膜閥，斷電時公共端與常開端導通，通電時公共端與常閉端 導通，在優選的技術方案中，所述電磁三通閥常開端呈懸空狀態，但為阻止空氣中的較大顆 粒物進入管路，可在常開端入口處連接一個微型的高效空氣微粒濾芯(HEPA)過濾器。所述電動多位閥為色譜級微型電動閥，可在多個通道中任意切換，選擇其中一路 與公共通道導通，在優選的技術方案中，所述電動多位閥至少應具有一個公共通道和7個 可選通道。所述電磁鐵為微型繞組式電磁鐵，在優選的技術方案中，所述電磁鐵的軟磁材料 磁極呈水平雙臂式環繞豎直放置的磁性分選柱，所述磁極的端面與所述磁性分選柱的外壁 緊密貼合，所述磁極端面的厚度可覆蓋所述磁性分選柱的整個內腔室。所述主控模塊為所述自動磁性分選裝置的控制單元，在優選的技術方案中，所述 主控模塊為單片機控制器，可按設定時序和指令集對所述精密注射泵、電磁三通閥、電動多 位閥和電磁鐵進行控制。所述進樣柱、磁珠柱、混合柱、磁性分選柱和出樣柱分別為盛裝樣本液、盛裝免疫 磁珠懸液、樣本與免疫磁珠混勻捕獲、磁性分選和盛裝已分選樣本液的容器，在優選的技術方案中，所述進樣柱、磁珠柱、混合柱、磁性分選柱和出樣柱的材質均為化學特性穩定且易 於加工的惰性材料(例如聚四氟乙烯(PTFE))，所述進樣柱、磁珠柱、混合柱和出樣柱的內 腔室均呈漏鬥形，漏鬥最底端為進/出液口，這種設計可有效防止吐吸液體時向管路中引 入氣泡以及液體中不溶物在腔室底部的淤積，所述進樣柱、磁珠柱、混合柱、磁性分選柱和 出樣柱的內腔室內壁均經過矽烷化疏水處理，可避免液體的掛壁，所述進樣柱、磁珠柱、混 合柱和出樣柱的內腔室頂部均開有與外界相通，用以保持內外氣壓平衡的通氣孔，所述通 氣孔的外側貼有孔徑0. 5 1 μ m的尼龍過濾網，以阻擋外界環境中較大顆粒物進入所述進 樣柱、磁珠柱、混合柱和出樣柱的內腔室。在優選的技術方案中，所述進樣柱的內腔室容積不小於5ml，所述進樣柱內腔室的 頂部開有用於插接與採樣裝置(例如溼壁氣旋採樣器)相連管路的密封插孔，如果採用手 工加樣，加樣後需立即用孔塞將所述密封插孔堵住。在優選的技術方案中，所述磁珠柱的內腔室容積不小於2ml，所述磁珠柱內腔室的 頂部開有加液孔，加入足量的免疫磁珠懸液後立即用孔塞將所述加液孔堵住。所述免疫磁 珠懸液中的免疫磁珠直徑通常為0. 05 5 μ m。在優選的技術方案中，所述混合柱的內腔室容積不小於7ml，高寬比不小於2 1。在優選的技術方案中，所述磁性分選柱外形為圓柱形，豎直放置在所述電磁鐵的 兩個所述磁極之間，所述磁性分選柱的內腔室為圓柱兩端各接一個圓錐的紡錘形，容積不 小於7ml，所述紡錘形內腔室中部圓柱處的直徑不超過3cm，壁厚不超過3mm。在優選的技術方案中，為了提高磁性分選的性能，所述磁性分選柱的內腔室可填 充直徑為200 1000 μ m的導磁珠，所述導磁珠為軟磁材料，可被所述電磁鐵產生的外加磁 場磁化，從而增強所述磁性分選柱內腔室的磁場強度，當分選液從所述導磁珠的縫隙間流 過時，所述分選液中的免疫磁珠和免疫磁珠_目標複合物將迅速就近吸附到所述導磁珠表 面上。撤銷外加磁場，所述導磁珠退磁，表面吸附物可被輕鬆洗脫，所述導磁珠的加入大幅 度縮短了所述免疫磁珠或免疫磁珠_目標複合物在磁場中的運動距離，因此可加快磁性分 選的速度，又可減小因來不及吸附而隨液流排出造成的損失，填充了所述導磁珠的所述磁 性分選柱的內腔室實際容積應不小於7ml。在優選的技術方案中，所述出樣柱的內腔室容積不小於7ml，高寬比不小於2 1。所述清洗液瓶為盛裝液路清洗液的容器，在優選的技術方案中，所述清洗液瓶的 容積不小於60ml，頂部開有2個用於插接管路的密封插孔和1個用於平衡所述清洗液瓶內 外氣壓的通氣孔，所述通氣孔的外側貼有孔徑0. 5 1 μ m的尼龍過濾網，以阻擋外界環境 中較大顆粒物進入所述清洗液瓶內部。所述清洗液瓶內盛裝清洗液的主要成分為分選緩衝 液(例如PBS緩衝液)。所述廢液瓶為盛裝廢液的容器，在優選的技術方案中，所述廢液瓶的容積不小於 IOOml，頂部開有2個用於插接管路的密封插孔和1個用於平衡所述廢液瓶內外氣壓的通氣 孔，所述通氣孔的外側貼有孔徑0. 5 1 μ m的尼龍過濾網，以阻擋所述廢液瓶內部的較大 顆粒物氣溶膠向外擴散。所述中轉管為液體流動的中轉場所，在優選的技術方案中，所述中轉管為一段螺 旋狀盤繞的惰性材質管路，所述管路內壁經過矽烷化疏水處理，所述中轉管內部容積不小 於 IOml0
在優選的技術方案中，所述連通各組件的管路為內徑1. 6 3mm的惰性材質管路， 所述管路內壁經過矽烷化疏水處理。本發明的技術方案之二是提供一種利用上述裝置進行自動磁性分選的方法，該 方法基於順序注射的原理，以電動多位閥和精密注射泵為核心，藉助中轉管將樣本和其他 相關試劑按照一定的順序在各組件之間依次進行轉移和處理，從而完成磁性分選的全部流 程，具體步驟如下1)進樣由手工或自動進樣裝置向進樣柱內加注待分選樣本液，再經由中轉管分 別吸取一定體積的樣本液和免疫磁珠懸液，將其注入到混合柱中；2)混合將混合柱中初步混合的液體吸入中轉管，再快速吐回，如此反覆吸吐多 次，促使待分選樣本液與免疫磁珠懸液充分混合，令分選目標與免疫磁珠表面的抗體發生 特異性結合反應，形成免疫磁珠-目標複合物；3)分選將已充分反應的分選液推入磁性分選柱，電磁鐵加電產生外加磁場，分 選液中的游離免疫磁珠和免疫磁珠_目標複合物被吸附到磁性分選柱內腔室的側壁(或導 磁珠的表面)上，排出剩餘液體，用清洗液對吸附物進行清洗，然後電磁鐵斷電撤銷外加磁 場，再用緩衝液(或清洗液)洗脫吸附物，採用正選(陽性選擇)策略時將洗脫液推入出樣 柱，而採用負選(陰性選擇)策略時則將排出液推入出樣柱，即可達到分選目的，當分選液 的體積大於磁性分選柱的容積時，可採用先多次進液吸附，再一次洗脫的方法，在分選的同 時又能對分選目標進行富集。4)清洗吸取一定量的清洗液對整個液路系統進行清洗，為下一次分選做好準 備。本發明具有的優點和積極效果是(一 )與手工分選相比，精密注射泵和電動多位閥聯合動作以推動管路內的液流， 可實現對液量的精確控制，避免了人工操作的誤差，具有高度的可重複性。( 二)與現有自動磁性分選設備相比，一次性補充足夠的相關試劑後，即可連續多 次工作，全自動完成預定的磁性分選流程，特別適合長時間無人值守的應用場合。(三)與現有自動磁性分選設備相比，加樣後各步處理均在封閉的腔室和管路裡 進行，能有效防止樣本外洩以及外界環境的汙染，特別適合對病原體等危險性物質的分選。(四)與現有自動磁性分選設備相比，分選使用的外加磁場依靠電磁鐵實現，不需 要通過機械運動結構轉移永磁體來施加/撤銷磁場，磁場控制的複雜性較低，易於實現小 型化。(五)與現有自動磁性分選設備相比，整個磁性分選裝置結構緊湊，更適合在現場 使用，可與下級檢測設備(例如流式細胞儀)無縫連接，可方便的作為現場綜合偵檢裝備整 機中的一個內嵌功能模塊。


圖1為本發明順序流動式全自動磁性分選裝置實施例的整體結構示意圖；圖2(a)為本發明裝置實施例中磁性分選柱和電磁鐵的組合布局結構俯視圖；圖2 (b)為圖2 (a)中的A-A』剖面圖。圖中1、主控模塊，2、控制線，3、電動多位閥，301 307、電動多位閥的1 7號可選通道口，308、電動多位閥的公共通道口，4、中轉管，5、精密注射泵，6、注射器，7、電磁三通 閥，8、HEPA過濾器，9、清洗液瓶，10、廢液瓶，11、連接管路，12、出樣柱，13、磁性分選柱，14、 電磁鐵，15、混合柱，16、磁珠柱，17、進樣柱，18、排廢孔，19、磁極，20、線圈，21、進液/出液 孔，22、管路接頭，23、隔網，24、導磁珠，25、內腔室。
具體實施例方式為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖 詳細說明如下基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置實施例的整體結構如圖1所示， 該裝置包括控制系統和液路系統，其中控制系統主要由主控模塊1、精密注射泵5、電磁三 通閥7、電動多位閥3和電磁鐵14組成；液路系統主要由進樣柱17、磁珠柱16、混合柱15、 磁性分選柱13、出樣柱12、清洗液瓶9、廢液瓶10、中轉管4和連通各組件的管路11組成。 在本實施例中，主控模塊1為採用STM32晶片組的單片機系統，通過控制線2控制精密注射 泵5、電磁三通閥7、電動多位閥3和電磁鐵14，使它們按設定流程和時序執行相應的動作。 精密注射泵5卡裝25ml的注射器6，注射器6的額定行程為60mm，對應泵活塞的6000步。 精密注射泵5的入口端和出口端分別與電磁三通閥7的公共端和中轉管4的一端相連，電 磁三通閥7的常開端與HEPA過濾器8相連，呈懸空狀態，而常閉端與清洗液瓶9相連。電 動多位閥3具有7個可選通道口 301 307和一個公共通道口 308，7個可選通道口 301 307分別與進樣柱17、磁珠柱16、混合柱15、磁性分選柱13的底端、出樣柱12、廢液瓶10和 清洗液瓶9相連，公共通道口 308則與中轉管4相連。在本實施例中，進樣柱17、磁珠柱16、混合柱15、磁性分選柱13和出樣柱12的材 質為聚四氟乙烯(PTFE)，其內腔室內壁已經過矽烷化疏水處理。進樣柱17、磁珠柱16、混合 柱15和出樣柱12的內腔室呈漏鬥形，漏鬥最底端為進液/出液口。進樣柱17、磁珠柱16、 混合柱15和出樣柱12的內腔室頂部開有與外界相通，用以保持內外氣壓平衡的通氣孔，通 氣孔的外側貼有孔徑0. 5 1 μ m的尼龍過濾網。進樣柱17的內腔室容積為10ml，進樣柱內 腔室的頂部開有插接進樣管路的密封插孔，該密封插孔在不用時可用孔塞堵住。磁珠柱16 的內腔室容積為5ml，磁珠柱內腔室的頂部開有加液孔，該加液孔在不用時可用孔塞堵住。 混合柱15的內腔室高寬比為2 1，容積為15ml。出樣柱12的內腔室高寬比為2 1，容 積為IOml0在本實施例中，磁性分選柱13的外形為圓柱形。電磁鐵14為繞組式，由漆包線 圈20和軟磁材料磁極19組成。磁性分選柱13和電磁鐵14的組合布局結構如圖2所示， 其中圖2(a)為俯視圖，圖2(b)為磁性分選柱13軸心處的剖面圖。磁性分選柱13豎直放 置在電磁鐵的兩個水平環繞式磁極19之間，磁極19的端面與磁性分選柱13的外壁緊密貼 合，磁極19端面的厚度覆蓋磁性分選柱13的整個內腔室25。磁性分選柱內腔室25為圓 柱兩端各接一個圓錐的紡錘形，紡錘形底部開有進/出液孔21，頂部開有排廢孔18，進/出 液孔21和排廢孔18通過管路接頭22和連接管路11分別與電動多位閥3的第4個可選通 道口 304和廢液瓶10相連。分選時液體均從進/出液孔21進出磁性分選柱13，但當一次 性進入磁性分選柱13的液體體積超過內腔室25的容積時，多餘的液體將通過排廢孔18排 到廢液瓶10中。紡錘形中部圓柱處的直徑為30mm，壁厚為3mm。內腔室25中填充直徑為1000 μ m的導磁珠24，在導磁珠24的底部，進/出液孔21的上方放置孔徑100 μ m的尼龍 隔網23，以防止導磁珠隨液體流出磁性分選柱13。填充導磁珠24之後的內腔室25實際有 效容積約為8ml。在本實施例中，清洗液瓶9的容積為100ml，頂部開有分別插接與電磁三通閥7常 閉端和電動多位閥3的第7個可選通道口 307相連管路的2個密封插孔和1個通氣孔，通 氣孔外側貼有孔徑0. 5 μ m的尼龍過濾網。廢液瓶10的容積為IOOml，頂部開有分別插接與 磁性分選柱13的排廢孔18和電動多位閥3的第6個可選通道口 306相連管路的2個密封 插孔和1個通氣孔，通氣孔外側貼有孔徑0. 5 μ m的尼龍過濾網。清洗液瓶9內盛裝80ml PBS緩衝液。在本實施例中，中轉管4為一段螺旋盤繞的聚四氟乙烯(PTFE)管，兩端分別與精 密注射泵5的出口端和電動多位閥3的公共通道口 308相連，內部容積為10ml。連通各組 件的管路11為內徑1.6mm的聚四氟乙烯(PTFE)管。中轉管4和管路11的內壁已經過矽 烷化疏水處理。利用基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置實施例進行正選(陽性選 擇)的一個具體流程實例如下(一 )分選前的準備1)裝置初始狀態中轉管4為空，各液路管道11均為空，電動多位閥3選通第6通 道口 306，電磁三通閥7斷電，電磁鐵14斷電。2)進工作液精密注射泵5初始化，令入口端與注射器6導通，電磁三通閥7加電， 接通清洗液瓶9，吸0. 5ml清洗液進入注射器6作為潤滑活塞的工作液。3)空出工作氣隙電磁三通閥7斷電，接通HEPA過濾器8，吸8ml潔淨空氣進入注 射器6作為隔斷工作液和分選液的工作氣隙。(二)進樣1)吹打進樣柱精密注射泵5的出口端與注射器6導通，電動多位閥3選通第1通 道口 301，使得中轉管4與進樣柱17連通，快速吸吐2次，每次吸吐量為10ml，將進樣柱17 中的樣本液混勻。2)進樣本液從進樣柱17中吸5ml樣本液入中轉管4，電動多位閥3選通第3通 道口 303，將其吐入混合柱15。3)吹打磁珠電動多位閥3選通第2通道口 302，使得中轉管4與磁珠柱16連通， 快速吸吐2次，每次吸吐量3ml，將磁珠柱16中的免疫磁珠懸液混勻。4)進磁珠懸液從磁珠柱16中吸2ml免疫磁珠懸液入中轉管4，電動多位閥3選 通第3通道口 303，將其吐入混合柱15。(三)混合經由中轉管4快速吸吐4次，每次吸吐量7ml，使得混合柱15中的樣本液與免 疫磁珠懸液充分混合，分選目標與免疫磁珠表面的抗體發生特異性結合反應，形成免疫磁 珠-目標複合物。(四)分選1)吸附將混合柱15中反應完成的7ml混合液吸入中轉管4，電動多位閥3選通 第4通道口 304，使得中轉管4與磁性分選柱13連通，將混合液推入磁性分選柱13。靜置5秒後，電磁鐵14加電產生外加磁場，混合液中的游離免疫磁珠和免疫磁珠-目標複合物被 吸附到磁性分選柱內腔室25的側壁或導磁珠24的表面上。2)清洗吸附物靜置15秒後，電動多位閥3選通第7通道口 307，吸8ml清洗液入 中轉管4，電動多位閥3選通第4 口 304，將清洗液緩慢推入磁性分選柱13。靜置5秒後，再 將清洗液吸回中轉管4，電動多位閥3選通第6通道口 306，將其排入廢液瓶10。重複上述
步驟，再清洗一遍。3)洗脫電磁鐵14斷電，外加磁場撤銷，電動多位閥3選通第7通道口 307，吸7ml 清洗液，電動多位閥3選通第4通道口 304，將其推入磁性分選柱13，反覆吐吸3次，將吸附 物充分洗脫。電動多位閥3選通第5通道口 305，洗脫液被推入出樣柱12。出樣柱12中包 含游離免疫磁珠和免疫磁珠_目標複合物的洗脫液即可用於後續分析。(五)清洗1)清洗磁性分選柱電動多位閥3選通第7通道口 307，吸IOml清洗液入中轉管 4，電動多位閥3選通第4 口 304，將其推入磁性分選柱13中，反覆吸吐2次，電動多位閥3 選通第6通道口 306，將清洗液排入廢液瓶10。重複上述步驟，再清洗兩遍。2)清洗進樣柱如果要更換樣本的種類，則按照與清洗磁性分選柱類似的步驟清 洗進樣柱17。3)清洗磁珠柱如果要更換免疫磁珠的種類，則按照與清洗磁性分選柱類似的步 驟清洗磁珠柱16。清洗完成後即可進行下一次分選。4)強力清洗當全部分選工作完成之後，在分選裝置關機前建議還要進行一次徹 底的清洗，將清洗液瓶9中的清洗液換成含有去汙劑、抑菌劑和蛋白酶等成分的洗滌液，運 行分選裝置，將整個液路系統洗滌一遍。儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上 述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普6 通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還 可以作出很多形式，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置，包括控制系統和液路系統； 其特徵在於，所述控制系統包括主控模塊(1)、精密注射泵(5)、電磁三通閥(7)、電動多位 閥(3)和電磁鐵(14)；所述液路系統包括進樣柱(17)、磁珠柱(16)、混合柱(15)、磁性分選 柱(13)、出樣柱(12)、清洗液瓶(9)、廢液瓶(10)、中轉管(4)和連通各組件的管路(11)；所 述主控模塊(1)控制所述精密注射泵(5)、所述電磁三通閥(7)、所述電動多位閥(3)和所 述電磁鐵(14)按設定流程和時序執行相應的動作；所述電磁三通閥(7)的三個接口端分別 設為公共端、常開端和常閉端，所述精密注射泵(5)的入口端和出口端分別與所述電磁三 通閥(7)的公共端和所述中轉管⑷的一端相連，所述電磁三通閥(7)的常開端懸空，所述 電磁三通閥(7)的常閉端與所述清洗液瓶(9)相連，所述電動多位閥(3)至少包括一個公 共通道口 (308)和七個可選通道口 (301、302、303、304、305、306、307)，所述中轉管(4)的另 一端與所述電動多位閥(3)的公共通道口(308)相連，所述電動多位閥的五個可選通道口 (301、302、303、304、305)分別與所述進樣柱(17)、所述磁珠柱(16)、所述混合柱(15)、所述 磁性分選柱(13)的底端和所述出樣柱(12)相連，所述電動多位閥的兩個可選通道口(306、 307)分別與所述廢液瓶(10)和所述清洗液瓶(9)相連，所述磁性分選柱(13)的頂端與所 述廢液瓶(10)相連，所述磁性分選柱(13)處於所述電磁鐵(14)磁極的緊密貼合環抱中。
2.根據權利要求1所述的基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置，其特徵 在於，所述精密注射泵(5)為工業注射泵，所述工業注射泵的泵體活塞上卡裝精密注射器 (6)，所述精密注射器(6)的出口與一個三通換向閥的一個接口端相連，所述三通換向閥的 另外兩個接口端分別為所述精密注射泵(5)的入口端和出口端。
3.根據權利要求1所述的基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置，其特徵在 於，所述電磁鐵(14)為微型繞組式電磁鐵，所述電磁鐵(14)的磁極(19)呈水平雙臂式環 繞豎直放置的磁性分選柱(13)，所述磁極(19)的端面與所述磁性分選柱(13)的外壁緊密 貼合，所述磁極(19)端面的厚度可覆蓋所述磁性分選柱(13)的整個內腔室(25)。
4.根據權利要求1所述的基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置，其特徵在 於，所述進樣柱(17)、磁珠柱(16)、混合柱(15)和出樣柱(12)的內腔室均呈漏鬥形，漏鬥 最底端為進/出液口。
5.根據權利要求1所述的基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置，其特徵在 於，所述進樣柱(17)、磁珠柱(16)、混合柱(15)、磁性分選柱(13)和出樣柱(12)的內腔室 內壁均經過矽烷化疏水處理。
6.根據權利要求1所述的基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置，其特徵在 於，所述磁性分選柱(13)外形為圓柱形，所述磁性分選柱(13)的內腔室(25)為圓柱兩端 各接一個圓錐的紡錘形。
7.根據權利要求1所述的基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置，其特徵在 於，所述磁性分選柱(13)的內腔室(25)中填充導磁珠(24)，所述導磁珠(24)由軟磁材料 製成。
8.根據權利要求1所述的基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置，其特徵在 於，所述中轉管(4)為一段螺旋狀盤繞的惰性材質管路，所述管路內壁經過矽烷化疏水處理。
9.一種利用權利要求1 8中任意一項所述的裝置進行自動磁性分選的方法，其特徵在於，1)進樣由手工或自動進樣裝置向進樣柱(17)內加注待分選樣本液，再經由中轉管 (4)分別吸取一定體積的待分選樣本液和免疫磁珠懸液，將其注入到混合柱(15)中；2)混合將混合柱(15)中初步混合的液體吸入中轉管(4)，再快速吐回，如此反覆吸吐 多次，促使待分選樣本液與免疫磁珠懸液充分混合形成分選液，所述分選液中的分選目標 與免疫磁珠表面的抗體已發生特異性結合反應，形成免疫磁珠-目標複合物；3)分選將已充分反應的所述分選液推入磁性分選柱(13)，電磁鐵(14)加電產生外加 磁場，所述分選液中的游離免疫磁珠和免疫磁珠-目標複合物被吸附到磁性分選柱(13)內 腔室(25)的側壁或導磁珠(24)的表面上，排出剩餘液體，用清洗液對吸附物進行清洗，然 後電磁鐵(14)斷電撤銷外加磁場，再用緩衝液或清洗液洗脫吸附物，採用正選策略時將洗 脫液推入出樣柱(12)，而採用負選策略時則將排出的剩餘液推入出樣柱(12)；4)清洗吸取一定量的清洗液對整個液路系統進行清洗，為下一次分選做好準備。
10.根據權利要求9所述自動磁性分選的方法，其特徵在於，當所述分選液的體積大於 磁性分選柱(13)的容積時，採用磁性分選柱(13)先多次進液吸附，再一次洗脫的方法。
全文摘要
本發明涉及生物樣本磁性分選技術領域。本發明公開了一種基於免疫磁珠的順序流動式全自動磁性分選裝置，包括控制系統和液路系統；所述控制系統包括主控模塊、精密注射泵、電磁三通閥、電動多位閥和電磁鐵；所述液路系統包括進樣柱、磁珠柱、混合柱、磁性分選柱、出樣柱、清洗液瓶、廢液瓶、中轉管和連通各組件的管路；所述主控模塊控制所述精密注射泵、所述電磁三通閥、所述電動多位閥和所述電磁鐵按設定流程和時序執行相應的動作，將待分選樣本和相關試劑在所述液路系統內按照一定的順序進行轉移和處理。本發明還公開了一種利用上述裝置進行自動磁性分選的方法。本發明能夠滿足現場或無人值守時自動磁性分選的需求。
文檔編號C12M1/42GK102002461SQ20101050730
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月14日 優先權日2010年10月14日
發明者吳太虎, 杜耀華, 程智, 陳鋒, 顧彪 申請人:中國人民解放軍軍事醫學科學院衛生裝備研究所