CN104614224A - 基于动态磁珠塞的样品富集方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于动态磁珠塞的样品富集方法，包括：通过控制磁场，在一管道的特定位置动态富集磁珠，形成磁珠塞；控制样品流过所述磁珠塞，使得样品中的被测对象被所述磁珠捕获。本发明提供了一种基于动态磁珠塞的样品富集系统，包括微流控芯片及磁珠塞控制装置。本发明能够提高局部磁珠的浓度，有效提高探针分子与目标分子结合的速率，实现高效富集。

Description

基于动态磁珠塞的样品富集方法及系统

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，具体涉及基于动态磁珠塞的样品富集方法及系统。

背景技术

微流控技术可以在芯片上方便地完成样品输运、混合、分离、富集、检测等操作，得益于其反应速度快、消耗样品少和成本低等特点，在食品安全、环境卫生、现场快速疾病诊断等领域获得了越来越多的应用。磁珠可以在表面修饰分子，具有比表面积大、易于操控的特点，是微流控芯片中样品分离纯化和富集常用的载体。

而传统的磁珠操作是将经过表面修饰的磁珠和样品混合反应，然后施加外部磁场将磁珠吸附在管壁，实现样品与杂质分离以及样品富集的目的。但反应过程中磁珠和样品的相互作用主要靠被动混合实现，这在一定程度上限制了反应速率，不利于超低浓度样品的检测。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于动态磁珠塞的样品富集方法及系统，能够提高局部磁珠的浓度，有效提高探针分子与目标分子结合的速率，实现高效富集。

第一方面，本发明提供了一种基于动态磁珠塞的样品富集方法，所述方法包括：

通过控制磁场，在一管道的特定位置动态富集磁珠，形成磁珠塞；

控制样品流过所述磁珠塞，使得样品中的被测对象被所述磁珠捕获。

优选地，其特征在于，所述磁珠为修饰有免疫探针的磁珠。

优选地，所述管道为微流控芯片中制备的微通道。

优选地，所述通过控制磁场，在一管道的特定位置动态富集磁珠，形成磁珠塞，具体包括：

将两块磁铁分别置于微通道特定区域的上方和下方，并保持静止；

控制磁珠悬浮液流入所述微通道，磁珠在经过所述特定区域时被所述磁铁吸附至微通道的壁面；

经过一定的时间后，控制两块磁铁开始运动，使所述磁珠在所述特定区域反复运动形成磁珠塞。

优选地，所述控制样品流过所述磁珠塞，使得样品中的被测对象被所述磁珠捕获，具体包括：

控制样品流过所述磁珠塞，使样品中的目标分子与所述磁珠表面的探针分子发生免疫反应，富集于所述磁珠上；

经过一定的时间后，控制两块磁铁停止运动，使得所述磁珠被吸附至微通道的壁面，得到富集的样品。

第二方面，本发明提供了一种基于动态磁珠塞的样品富集系统，所述系统包括微流控芯片及磁珠塞控制装置；

微流控芯片，设置有微通道；

磁珠塞控制装置，用于在所述微流控芯片微通道的特定位置产生局域化的动态磁场。

优选地，所述磁珠塞控制装置包括两块磁铁。

优选地，所述两块磁铁分别位于所述微通道的上方和下方。

优选地，所述两块磁铁与所述微流控芯片表面的距离为0.5至10毫米。

优选地，所述两块磁铁绕特定的轴做运动。

基于上述技术方案，通过本发明提供的一种基于动态磁珠塞的样品富集方法及系统，能够提高局部磁珠的浓度，有效提高探针分子与目标分子结合的速率，实现高效富集；且动态磁场使磁珠在微通道中来回运动，起到了主动混合微球与目标分子的作用，避免了扩散位阻对反应速率的影响，进一步提高了反应速率，对于实现超高灵敏度检测具有重要作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的基于动态磁珠塞的样品富集方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例提供的基于动态磁珠塞的样品富集方法系统的结构示意图；

图3是本发明另一实施例提供的磁珠筛控制机构的原理示意图(剖面平行于微管道)；

图4是本发明另一实施例提供的回转轴在磁铁中心且与微管道平行的磁珠筛控制装置截面的示意图(剖面垂直于微管道)；

图5是本发明另一实施例提供的回转轴在磁铁中心且与微管道垂直的磁珠筛控制装置截面的示意图(剖面垂直于微管道)；

图6是本发明另一实施例提供的回转轴在磁铁外部的磁珠筛控制装置垂直于微管道截面的示意图；

图7是本发明另一实施例提供的采用直线蠕动泵的微流控芯片示意图；

图8是本发明另一实施例提供的采用直线蠕动泵的微流控芯片和磁珠塞系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明一实施例提供了一种基于动态磁珠塞的样品富集方法，该方法包括如下步骤：

S1：通过控制磁场，在一管道的特定位置动态富集磁珠，形成磁珠塞；

其中，磁珠表面修饰有探针分子；管道为微流控芯片中制备的微通道。

S2：控制样品流过所述磁珠塞，使得样品中的被测对象被所述磁珠捕获。

本实施例中，步骤S1具体包括如下步骤：

S11：将两块磁铁分别置于微通道特定区域的上方和下方，并保持静止；

S12：控制磁珠悬浮液流入所述微通道，磁珠在经过所述特定区域时被所述磁铁吸附至微通道的壁面；

S13：经过一定的时间后，控制两块磁铁开始运动，使所述磁珠在所述特定区域反复运动形成磁珠塞。

其中，两块磁铁绕特定的轴做回转运动或摆动。

本实施例中，步骤S2具体包括如下步骤：

S21：控制样品流过所述磁珠塞，使样品中的目标分子与所述磁珠表面的探针分子发生反应，富集于所述磁珠上；

本步骤中，由于两块磁铁一直运动，使得磁珠一直在特定区域往复运动，则样品流过往复运动的磁珠时，能够使得样品和磁珠充分作用并反应。

S22：经过一定的时间后，控制两块磁铁停止运动，使得所述磁珠被吸附至微通道的壁面，得到富集的样品。

如图2所示，本发明一实施例提供了一种基于动态磁珠塞的样品富集系统，该系统包括微流控芯片及磁珠塞控制装置；

其中，微流控芯片，设置有微通道；磁珠塞控制装置，用于在所述微流控芯片微通道的特定位置产生局域化的动态磁场。

本实施例中，所述磁珠塞控制装置包括两块磁铁，且两块磁铁能够绕特定的轴做运动。所述两块磁铁分别位于所述微通道的上方和下方。

本实施例中，所述磁珠塞控制装置可以从芯片上移开，使芯片内部的磁珠自由运动；也可以移动到芯片位置对芯片微通道磁珠塞区的磁珠产生操控作用；所述操控作用包括将磁珠吸附、固定在微管道磁珠塞区的壁面，和迫使磁珠在微管道磁珠塞区内运动形成磁珠塞两种作用。

本实施例中，上述系统工作时：两块运动的磁铁分别移动到磁珠塞区，保持静止状态；磁珠悬浮液被微泵吸入，磁珠在经过磁珠塞区的时候被运动的磁铁固定在磁珠塞区的壁面上；吸入一定量的磁珠后，两块运动的磁铁开始做回转运动或者摆动，磁珠在磁珠塞区往复运动形成磁珠塞；样品流过磁珠塞区，样品中的目标分子与磁珠表面的探针分子发生反应，富集于磁珠上；样品以一定速度流过磁珠塞一段时间之后，两块运动的磁铁停止回转运动或摆动，管道中的磁珠被运动的磁铁固定在磁珠塞区的壁面上；实现样品的富集，以及样品与杂质的分离。

通过本实施例提供的基于动态磁珠塞的样品富集方法，能够提高局部磁珠的浓度，有效提高探针分子与目标分子结合的速率，实现高效富集；且动态磁场使磁珠在微通道中来回运动，起到了主动混合微球与目标分子的作用，避免了扩散位阻对反应速率的影响，进一步提高了反应速率，对于实现超高灵敏度检测具有重要作用。

为了更清楚地说明本发明，下面通过几个具体的实施例来说明基于动态磁珠塞的样品富集方法及系统。

实施例1

本实施例提供的基于动态磁珠塞的样品富集系统，其结构如图3、图4所示。该系统包括为微流控芯片8及磁珠塞控制装置。

其中，微流控芯片8中制备有微通道9；磁珠塞控制装置包磁铁1、磁铁2。

可选地，磁珠塞控制装置还包括固定磁铁3和固定磁铁4。

具体来说，运动的磁铁1置于微通道9上方，可绕轴5做回转运动；运动的磁铁2置于微通道9下方，可绕轴6做回转运动；磁铁1和磁铁2所对应的微通道及邻近的微通道组成磁珠塞区7；固定的磁铁3和4相对运动的磁铁1非对称布置；运动的磁铁1、2和固定的磁铁3、4相互独立，可以分别移动到磁珠塞区7或者从磁珠塞区7移开。

基于上述的样品富集系统进行样品富集，该方法的过程如下：

运动的磁铁1和2分别移动到磁珠塞区7，磁珠悬浮液被微泵吸入，磁珠在经过磁珠塞区7的时候被磁铁1或2固定在磁珠塞区7的壁面上；吸入一定量的磁珠后，固定的磁铁3、4移动到磁珠塞区7，磁铁1和2做回转运动，磁珠在磁珠塞区7往复运动形成磁珠塞；样品流过磁珠塞区7，样品中的抗原与磁珠表面的抗体发生免疫反应，富集于磁珠上；样品以一定速度流过磁珠塞一段时间之后，移开磁铁3、4，磁铁1和2停止回转运动，管道中的磁珠被磁铁1或2固定在磁珠塞区7的壁面上。

本实施例中，运动的磁铁1和2的端面到微流控芯片8表面的距离为0.5-10mm(毫米)；固定的磁铁3和4到磁铁1端面的距离为5-60mm，且总是大于磁铁1和2到微流控芯片8表面的距离。

本实施例中，固定的磁铁3到运动的磁铁1的距离5-55mm，固定的磁铁4到运动的磁铁1的距离10-60mm，且磁铁4到磁铁1的距离总是大于磁铁3到磁铁1的距离；或者

固定的磁铁4到运动的磁铁1的距离5-55mm，固定的磁铁3到运动的磁铁1的距离10-60mm，且磁铁3到永磁铁1的距离总是大于磁铁4到磁铁1的距离。

本实施例中，磁铁1绕轴5旋转的速度和磁铁2绕轴6旋转的速度相等，为30-3000rpm(转/分钟)；磁铁1的N极朝下时，磁铁2的S极朝上；磁铁1的S极朝下时，磁铁2的N极朝上；

实施例2

本实施例提供的基于动态磁珠塞的样品富集系统，其结构如图3、图4所示。该系统包括为微流控芯片8及磁珠塞控制装置。

本实施例中的样品富集系统与实施例1的样品富集系统的区别在于：

本实施例中，运动的磁铁1绕摆动轴5摆动，运动的磁铁2绕摆动轴6摆动；运动的磁铁1的摆动轴5和运动的磁铁2的摆动轴6平行于微管道9，运动的磁铁1和运动的磁铁2的摆动方向垂直于微管道9；磁铁1绕摆动轴5摆动的频率和磁铁2绕摆动轴6摆动的频率相等，为0.1-100Hz；磁铁1正对微流控芯片的时候，磁铁2摆动在不正对微流控芯片的位置；磁铁2正对微流控芯片8的时候，磁铁1摆动在不正对微流控芯片8的位置。其他结构与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3

本实施例提供的基于动态磁珠塞的样品富集系统，其结构如图5所示。该系统包括为微流控芯片8及磁珠塞控制装置。

本实施例中的样品富集系统与实施例2的样品富集系统的区别在于：

本实施例中，运动的磁铁1的摆动轴5和运动的磁铁2的摆动轴6与微流控芯片8表面平行，摆动轴5和摆动轴6与微管道9夹角任意。其他结构与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例4

本实施例提供的基于动态磁珠塞的样品富集系统，其结构如图6所示。该系统包括为微流控芯片8及磁珠塞控制装置。

本实施例与实施例2的区别在于：磁铁1的摆动轴5不在磁铁1的中心，磁铁2的摆动轴6不在磁铁2的中心。其他结构与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例5

本实施例提供的基于动态磁珠塞的样品富集系统，其结构如图3、图7、图8所示。该系统包括为微流控芯片8及磁珠塞控制装置。磁珠塞控制装置包括磁铁1、磁铁2、磁铁3和磁铁4。

本实施例与实施例2的区别在于：运动的磁铁1的摆动轴5和运动的磁铁2的摆动轴6与微流控芯片8表面平行，摆动轴5和摆动轴6与微管道9夹角任意。其他结构与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例6

本实施例提供的基于动态磁珠塞的样品富集系统，其结构如图7、图8所示。该系统包括为微流控芯片8及磁珠塞控制装置。

本实施例与实施例2的区别在于：运动的磁铁1的摆动轴5和运动的磁铁2的摆动轴6与微流控芯片8表面平行，轴5和轴6与微管道9夹角任意；没有固定的磁铁3和4；利用微泵81和循环微管道9，使样品液多次循环流经磁珠塞，富集被测对象。其他结构与实施例1相同，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于动态磁珠塞的样品富集方法，其特征在于，所述方法包括：

通过控制磁场，在一管道的特定位置动态富集磁珠，形成磁珠塞；

控制样品流过所述磁珠塞，使得样品中的被测对象被所述磁珠捕获。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁珠为修饰有免疫探针的磁珠。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管道为微流控芯片中制备的微通道。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过控制磁场，在一管道的特定位置动态富集磁珠，形成磁珠塞，具体包括：

将两块磁铁分别置于微通道特定区域的上方和下方，并保持静止；

控制磁珠悬浮液流入所述微通道，磁珠在经过所述特定区域时被所述磁铁吸附至微通道的壁面；

经过一定的时间后，控制两块磁铁开始运动，使所述磁珠在所述特定区域反复运动形成磁珠塞。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制样品流过所述磁珠塞，使得样品中的被测对象被所述磁珠捕获，具体包括：

控制样品流过所述磁珠塞，使样品中的目标分子与所述磁珠表面的探针分子发生免疫反应，富集于所述磁珠上；

经过一定的时间后，控制两块磁铁停止运动，使得所述磁珠被吸附至微通道的壁面，得到富集的样品。

6.一种基于动态磁珠塞的样品富集系统，其特征在于，所述系统包括微流控芯片及磁珠塞控制装置；

微流控芯片，设置有微通道；

磁珠塞控制装置，用于在所述微流控芯片微通道的特定位置产生局域化的动态磁场。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁珠塞控制装置包括两块磁铁。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述两块磁铁分别位于所述微通道的上方和下方。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述两块磁铁与所述微流控芯片表面的距离为0.5至10毫米。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述两块磁铁绕特定的轴做运动。