CN105628909B - 分散有干燥磁颗粒的膜及包含有该膜的测试盒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种分散有干燥磁颗粒的多孔膜，该多孔膜的孔径大于所述磁颗粒的粒径；且该多孔膜通过冷冻干燥承载均匀分散有磁颗粒的缓冲液的多孔膜得到。本发明还公开了含有该膜的测试盒及该膜的制备方法。本发明的多孔膜可使磁颗粒冻干后保存在较长的时间里保持其生物化学性能，也可以避免在液体悬浮液中保存时由于沉淀而引起的团聚或者难以再均匀悬浮分散的问题。
Description
技术领域
本发明涉及干燥磁颗粒的分散和保存。更具体地，涉及一种分散有干燥磁颗粒的膜及其制备方法和应用。
背景技术
磁敏传感器是传感器产品的一个重要组成部分，磁敏传感器已经得到广泛的应用，如电脑硬盘中的磁存储器、汽车中的角度传感器等。直到1998年baselt等人首次报道了利用标记生物分子的磁颗粒和巨磁阻(GMR)传感器探测生物靶标分子的研究并公开了专利(US 5981297)，由此开创了磁敏传感器在生物技术领域应用研究的先例。磁敏生物传感器测试生物分子的原理是检测生物功能化的微米或纳米尺度磁颗粒。即在传感器表面修饰上能够识别靶标分子的抗体或抗原，样品中的靶标分子与之特异性结合，然后标记有抗体或抗原的顺磁颗粒识别靶标分子形成夹心结构的复合物，被固定在传感器表面，没有被捕捉住的磁颗粒被移走，施加电磁场，通过对顺磁颗粒数量的检测确定靶标分子的含量。
在过去的10年里的研究显示，磁敏生物传感器具有低成本、快速、高灵敏度、高通量检测的特点，目前磁电子学已经显现出作为开发生物传感器芯片的新平台技术的优势。在2006年5月生物芯片多伦多国际会议上，Philips公司的研究人员报道，世界上已经有30多个研究组从事磁敏生物传感器研究开发，包括美国海军实验室(US Naval Research)，斯坦福大学(Stanford University),飞利浦(Philips),奥地利的维也纳科技大学，麻省理工学院，德国的Bielefield大学，日本TDK公司，加利福尼亚大学圣地亚哥分校等等。
在以上所述公司或研究院所发表的文章或报告里，纳米磁颗粒均是以溶液的形式被添加到反应空间参与反应。从长期保存的角度来讲，以溶液形式存在的磁颗粒在化学特性上很不稳定，并且容易发生磁颗粒沉淀现象，引起反应结果的不稳定性。US-A-2004/0043042公开了对于分子的稳定和干燥的微量冷冻干燥技术。所描述的干燥方法包括a)提供包括溶解或分散于挥发性液体介质中的目标试剂的液体，b)将1μL-10μL的微量液体沉积至基体的预先选定的位置，c)通过使液体介质挥发来干燥该微量以制备目标试剂的固体干燥形式。任选地，该方法是在步骤(b)之后和在步骤(c)之前包括冷冻该微量的冷冻干燥方法。然而，后续研究发现这仍然会导致在干燥时颗粒的聚集，而这使得磁颗粒难以以单分散的方式在试剂中进行再分散。
因此需要一种可以使磁颗粒长期、稳定保存并使之在磁敏生物传感器的应用中能以单分散的形式分散在试剂中的方法。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种分散有干燥磁颗粒的多孔膜，在生化试剂流过此膜后，多孔膜上大部分磁颗粒可以被均匀的分散悬浮在生化试剂中。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种测试盒，该测试盒内包括分散有干燥磁颗粒的多孔膜，在干燥状态下，磁颗粒保存期增长，这也就延长了测试盒的货架寿命。
本发明要解决的第三个技术问题是一种形成分散有干燥磁颗粒的多孔膜的方法，本方法首先将含有磁颗粒的试剂浓缩，然后将一定量的浓缩后的磁颗粒试剂滴加在多孔膜上，将多孔膜组装进测试盒部件，将载有多孔膜的测试盒部件速冻至低于负30摄氏度，用业界通用的方式将其边抽真空边升温、形成载有分散有干燥磁颗粒的多孔膜的测试盒组件。
根据本发明的一个方面，提供一种分散有干燥磁颗粒的多孔膜，所述多孔膜的孔径大于所述磁颗粒的粒径；且所述多孔膜通过冷冻干燥承载均匀分散有磁颗粒的缓冲液的多孔膜得到。
优选地，所述磁颗粒的粒径的范围为20纳米-5000纳米，所述多孔膜的孔径的范围为200纳米–50微米，所述多孔膜的孔径与所述磁颗粒的粒径比为1.5-1000：1。该比例范围可以保证磁颗粒均匀地分散在多孔膜中被流动的试剂分散、带走，而不会被阻留在多孔膜内。
优选地，多孔膜的厚度为20微米-2毫米，选用此厚度的多孔膜可保证有足够的容积的前提下，体积不会太大以至于引起过多的磁颗粒残留。
优选地，所述缓冲溶液选自磷酸盐缓冲液和碳酸盐缓冲液。
优选地，所述多孔膜选自包括硝酸纤维膜、玻璃纤维膜、聚酯膜和无纺布组。
根据本发明的另一方面，提供一种测试盒，该测试盒容纳有分散有干燥磁颗粒的多孔膜和缓冲液，
该多孔膜的孔径大于所述磁颗粒的粒径；且所述多孔膜通过冷冻干燥承载均匀分散有磁颗粒的缓冲液的多孔膜得到，
所述多孔膜邻近所述缓冲液且位于所述缓冲液流动路径中。
优选地，容纳在所述测试盒中的缓冲液与用于形成分散有干燥磁颗粒的多孔膜的缓冲液相同。
根据本发明的再一方面，提供一种形成分散有干燥磁颗粒的多孔膜的方法，包括：
制备分散有磁颗粒的缓冲液；
将含有磁颗粒的溶液滴加在多孔膜上；
将滴有磁颗粒溶液的膜冷冻干燥，密封保存。
冷冻真空干燥使干燥后的磁颗粒易于重新分散悬浮在试剂中。
优选地，所述滴加的量100纳升-10微升。
优选地，所述干燥优选冷冻干燥，所述冷冻的温度为低于-30摄氏度。
本发明的有益效果如下：
磁颗粒冻干后保存可以在较长的时间里保持其生物化学性能，也可以避免在液体悬浮液中保存时由于沉淀而引起的团聚或者难以再均匀悬浮分散的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出加磁颗粒之前的硝酸纤维膜示意图；
图2示出根据本发明实施例1的示意图；
图3示出容纳有冻干磁颗粒的硝酸纤维膜的试剂室的示意图；
图4示出硝酸纤维膜的扫描电镜图；
图5示出玻璃纤维膜的扫描电镜图；
图6示出测试盒的结构分解立体示意图；
图7示出测试盒反应室兼微通道层的俯视图。
图中3为带有冻干磁颗粒的硝酸纤维膜，4为流体通道，5为通道开口，6为通道开口，1012为测试盒的样品室，1013,1014,1015,1016皆为测试盒的试剂室，1100为流体通道，102为测试盒的第二密封层，104为测试盒的反应室兼通道层，1048为测试盒的微通道，1049为测试盒的反应室。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
根据被测生物试剂的种类选择磁颗粒的大小和缓冲液的种类，以及多孔膜的孔径大小和孔隙率。把多孔膜，如图1所示，裁剪成所需尺寸和形状，把磁颗粒均匀分散在缓冲溶液中，并优选将溶液浓缩至所需浓度，得到分散有磁颗粒的溶液。溶液的浓度既要保证磁颗粒在缓冲溶液中产生团聚，又要避免溶液量过大难于干燥。随函，将一定体积例如100纳升-10微升的分散有磁颗粒的缓冲液滴加在多孔膜上，使磁颗粒分散液均布在多孔膜中。把载有磁颗粒分散液的多孔膜在低温，例如低于约负30摄氏度的环境中速冻，然后根据设定的冻干曲线进行冻干，直至带有磁颗粒的多孔膜上除磁颗粒以外的冷冻固体全部升华，承载有磁颗粒的多孔膜全部干燥，如图2所示。随后将带有已干燥磁颗粒的多孔膜组装进测试盒，然后真空密封进真空袋，密封保存。图3示出容纳有冻干磁颗粒的硝酸纤维膜的试剂室的示意图，其中4是流体空间，该流体空间可以是独立的，例如是测试盒中的一个试剂室，也可以是一个更大或者更复杂的器件的一部分，例如是测试盒的流体通道的一部分。冷冻干燥好的多孔膜放入了立体空间中。除流体空间的两端开口5和6以外，流体空间的其他部分是密封的。开口5和6也可以继续延伸与其他部件连接。储存时，多孔膜部分或处于干燥气体中，或处于真空中，目的是确保多孔膜上的磁颗粒不能吸潮。使用时，与用于分散磁颗粒的缓冲液相同的缓冲液从开口5或6流入，从另一开口6或5流出。多孔膜上的磁颗粒被溶解到缓冲液中得到用于测试生物试样的磁颗粒测试液去参与随后的生化反应。
图4显示的是一幅硝酸纤维膜的结构，网孔状结构明显。除硝酸纤维膜以外，玻璃纤维膜或其他疏松结构的膜都可以使用，只要多孔膜的材料和结构稳定，不和磁颗粒、缓冲液及用于测试生物试样的其他试剂发生反应。多孔膜的孔径至少要大于磁颗粒的尺寸。多孔膜的孔径与磁颗粒粒径的比被选择为一方面便于磁颗粒借助缓冲液均匀分散多孔膜中，另一方面有利于分散在多孔膜中的干燥磁颗粒在分散液流动的情况下充分地从多孔膜析出并均匀分散中缓冲液中。磁颗粒的粒径的范围为20纳米-5000纳米，多孔膜的孔径的范围为200纳米–50微米，多孔膜的孔径与所述磁颗粒的粒径比为1.5-1000：1。
实施例1：
本实施例中，粒径为500纳米的、表面修饰有约1纳米的streptavidin的磁颗粒，分散在碳酸盐缓冲液中，在该实施例中为碳酸氢钠缓冲液，形成浓度为3毫克/毫升的磁颗粒悬浮液。选用-孔径为10微米、厚度为300微米的硝酸纤维膜，该膜孔径与磁颗粒粒径的比例为20：1。
在硝酸纤维膜上面滴加4微升所配制的浓度为3毫克/毫升的磁颗粒分散溶液，把硝酸纤维膜放入约-30℃的环境速冻，然后抽真空并缓慢升温，直至带有磁颗粒的硝酸纤维膜上除磁颗粒以外的冷冻固体全部升华，硝酸纤维膜全部干燥。得到分散有磁颗粒的干燥的硝酸纤维膜。随后将这样得到的硝酸纤维膜真空密封进真空袋，密封保存。
将制得的多孔膜置于4-8℃的环境，即可长期保存至少一年。在室温(25℃)也可以保存至少半个月。图1为按所需尺寸切割好的加磁颗粒之前的硝酸纤维膜，图2为带有冻干磁颗粒的硝酸纤维膜。
在实施例1得到的多孔膜中注入碳酸盐缓冲液，使缓冲液流经分散有磁颗粒的多孔膜，磁颗粒重新分散在碳酸盐缓冲液中。通过观察，有大于约85％的分散在硝酸纤维膜孔内的干燥磁颗粒重新均匀分散到缓冲液中。
实施例2
本实施例中，粒径为40纳米的表面修饰有约1纳米的streptavidin的磁颗粒，分散在含有吐温-20的磷酸盐缓冲液溶剂中，浓度为1毫克/毫升。选用孔径为20微米、厚度为500微米的玻璃纤维膜，该膜孔径与磁颗粒粒径的比例为500：1。
将如图5所示的玻璃纤维膜剪裁成合适的形状及尺寸，均匀摆放在托盘中，用自动分液仪在每个玻璃纤维膜上面滴加1微升所配制的浓度为1毫克/毫升的磁颗粒溶液，把玻璃纤维膜放入约-40℃的环境速冻，然后抽真空并缓慢升温，直至带有磁颗粒的玻璃纤维膜上除磁颗粒以外的冷冻固体全部升华，玻璃纤维膜全部干燥。随后将带有已干燥磁颗粒的玻璃纤维膜组装进测试盒，将测试盒真空密封进真空袋。
将制得的测试盒放入4-8℃的环境，即可长期保存约1年。在室温(25℃)也可以保存至少半个月。
本实施例中所用的测试盒具有如图6和7所示的结构。该测试盒在中国专利CN201110188147.4中有所阐述。将冷冻干燥后分散有干燥磁颗粒的玻璃纤维膜放置在流体通道1100，将磷酸盐缓冲液-置于测试盒的1016试剂室中，组装完成测试盒。容纳分散有磁颗粒的玻璃纤维膜的1100位于试剂室1016的缓冲液流出的路径中。当进行化学或生化反应测试时，第二密封层102被刺穿，磷酸盐缓冲液通过试剂室1016的下端开口进入微流体通道并流经与试剂室1016邻近、放置在1100里的玻璃纤维膜。磷酸盐缓冲液流经分散有磁颗粒的玻璃纤维膜，磁颗粒重新分散在磷酸盐缓冲液中得到均匀分散有磁颗粒的缓冲液并进入反应室1049，进入反应室的磁颗粒与从样品室1012进入微通道1048并最终进入反应室1049的待测样品进行生化反应。通过观察重新分散有磁颗粒的缓冲液，大约有95％的分散在玻璃纤维膜孔内的干燥磁颗粒重新均匀分散到缓冲液中并最终参与生化反应。
实施例3
本实施例中，粒径为200纳米、表面修饰有streptavidin的磁颗粒，分散在含有吐温-20的磷酸盐缓冲液溶剂中，浓度为5毫克/毫升，选用平均孔径为4微米、厚度为400微米的硝酸纤维膜，该膜孔径与磁颗粒粒径的比例为20：1。
本实施例中所用的测试盒如图6和7所示，该测试盒在中国专利CN201110188147.4中有所阐述。将硝酸纤维膜裁剪为合适的形状和尺寸放入测试盒的试剂室1100中，该试剂室1100优选具有易于流体流经的形状，然后在硝酸纤维膜上面滴加1微升所配制的浓度为5毫克/毫升的磁颗粒溶液，把载有硝酸纤维膜的测试盒部件放入-40℃的环境速冻，然后抽真空并缓慢升温，直至带有磁颗粒的硝酸纤维膜上除磁颗粒以外的冷冻固体全部升华，硝酸纤维膜全部干燥。然后在试剂室1016内，注入磷酸盐缓冲溶液，组装完成测试盒。容纳分散有磁颗粒的硝酸纤维膜的1100位于试剂室1016缓冲液流出的路径中。当进行化学或生化反应测试时，第二密封层102被刺穿，磷酸盐缓冲液通过试剂室1016的下端开口进入装有分散有干燥磁颗粒的硝酸纤维膜的试剂室1100，磷酸盐缓冲液流经分散有磁颗粒的硝酸纤维膜，磁颗粒重新分散在磷酸盐缓冲液中得到均匀分散有磁颗粒的缓冲液从而进入反应室1049，进入反应室的磁颗粒与从样品室1012进入微通道1048并最终进入反应室1049的待测样品进行生化反应。通过观察重新分散有磁颗粒的缓冲液，大约有90％的分散在硝酸纤维膜孔内的干燥磁颗粒重新均匀分散到缓冲液中而最终参与生化反应。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种测试盒，其特征在于，
该测试盒容纳有分散有干燥磁颗粒的多孔膜和缓冲液，
该多孔膜的孔径大于所述磁颗粒的粒径；且所述多孔膜通过冷冻干燥承载均匀分散有磁颗粒的缓冲液的多孔膜得到，
所述多孔膜邻近所述缓冲液且位于所述缓冲液流动路径中；
所述磁颗粒的粒径的范围为20纳米-5000纳米，所述多孔膜的孔径的范围为200纳米–50微米，所述多孔膜的孔径与所述磁颗粒的粒径比为1.5-1000：1。
2.如权利要求1所述的测试盒，其特征在于，容纳在所述测试盒中的缓冲液与用于形成分散有干燥磁颗粒的多孔膜的缓冲液相同。
3.如权利要求1所述的测试盒，其特征在于，所述缓冲液选自磷酸盐缓冲液和碳酸盐缓冲液。
4.如权利要求1所述的测试盒，其特征在于，所述多孔膜选自包括硝酸纤维膜、玻璃纤维膜、聚酯膜和无纺布的组。
5.如权利要求1所述的测试盒，其特征在于，所述分散有干燥磁颗粒的多孔膜的形成方法，包括：
制备分散有磁颗粒的缓冲液；
将含有磁颗粒的溶液滴加在多孔膜上；
将滴有磁颗粒溶液的膜冷冻干燥，密封保存。
6.如权利要求1所述的测试盒，其特征在于，所述滴加的量100纳升-10微升。
7.如权利要求1所述的测试盒，其特征在于，所述干燥优选冷冻干燥，所述冷冻的温度为低于-30摄氏度。
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