CN106269223A - 磁分离方法以及磁分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁分离方法以及磁分离装置，方法包括：将含有目标物质的目标溶液与含有表面包被磁微粒的溶液混合，使得到的混合溶液停留在其中；在通路系统的覆盖区域施加第一磁场，使洗涤液流经通路系统；去除第一磁场，对与通路系统的另一端连接的腔体施加第二磁场，维持洗涤液的流动，使磁微粒富集在腔体的内壁上；去除第二磁场，使工作液进入腔体与磁微粒混合，备用；装置包括至少一个进样器、通路系统、第一磁场产生器、第二磁场产生器、腔体；本发明的分离过程是在通路系统中进行的，不需要将磁棒或移液器反复伸入反应容器，避免将外界污染物带入其中；另外，磁微粒在通路系统的内壁上呈现分散性附着状态，不会出现团聚现象。

Description

磁分离方法以及磁分离装置

技术领域

本发明属于物质的磁分离领域，涉及一种磁分离方法以及磁分离装置。

背景技术

在生物或医学研究中，经常需要将特定的物质(例如抗原、核酸片段等)从混合液体中分离出来，然后再对分离出来的物质进行研究或检测。

目前常用的分离方法包括高效气/液相色谱、电泳、离子交换吸附、层析或者磁性分离法。其中，磁分离法得到了广泛地应用，其可以分为上吸法和下吸法。

上吸法包括如下步骤：

(1)、将含有目标物质的反应液加入敞口的反应容器(如EP管)中，然后加入包被了能够与该目标物质进行特异性吸附的吸附物质的磁微粒溶液，混合均匀并孵育一段时间后得到混合溶液。

(2)、将磁棒经由敞口伸入反应容器中，使混合溶液中的磁微粒吸附到磁棒的表面，然后弃去反应容器的残留液体。

(3)、采用洗涤液将磁棒表面吸附的磁微粒从该磁棒上冲洗下来，重新置于反应容器中，并混匀。

(4)、视情况重复步骤(2)的吸附步骤和步骤(3)的冲洗步骤2至3次，从而洗去非特异性吸附的物质。

(5)、将洗脱液加入反应容器中，使目标物质与磁微粒上包被的吸附物质解吸附，由此便得到分离纯化后的目标物质。

下吸法包括如下步骤：

(1)、将含有目标物质的反应液加入敞口的反应容器(如EP管)中，然后加入包被了能够与该目标物质进行特异性吸附的吸附物质的磁微粒溶液，混合均匀并孵育一段时间后得到混合溶液。

(2)、在反应容器的底部或侧壁施加磁场，使混合溶液中的磁微粒吸附到反应容器的底部或侧壁上，然后使用移液器吸取反应容器的残留液体并弃去该液体。

(3)、去除磁场，并采用洗涤液将反应容器的底部或侧壁上吸附的磁微粒冲洗下来，重新置于反应容器中，并混匀。

(4)、视情况重复步骤(2)的吸附步骤和步骤(3)的冲洗步骤2至3次，从而洗去非特异性吸附的物质。

(5)、将洗脱液加入反应容器中，使目标物质与磁微粒上包被的吸附物质解吸附，由此便得到分离纯化后的目标物质。

虽然上述的两种磁分离方法得到了日益广泛的应用，然而，二者仍具有以下缺点：

第一、上述两种方法均需要在敞口的反应容器中进行，在多次机械混匀或取液的过程中容易带入外界的污染物，从而污染目标物质，甚至可能造成目标物质的分解，进而影响后继的分析或检测结果的准确性。

第二、上述两种方法均需要经过多次机械搅拌混匀和多次取液过程。若采用人工操作，则操作比较繁琐。若采用自动化操作，则要设置复杂的操作程式，并且能够执行该操作程式的仪器的结构也非常复杂，成本较高。

第三、无论是通过磁棒吸附还是通过外加磁场的方法吸附磁微粒，均会导致磁微粒的团聚。为了分散团聚的磁微粒，必然要经过剧烈的机械搅拌过程，这会在反应溶液里产生较大的切应力，从而可能对目标物质的分子结构产生影响。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，主要目的在于提供一种磁分离方法。

本发明的第二个目的在于提供一种能够实现上述的磁分离方法的磁分离装置。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

<磁分离方法>

一种磁分离方法，其包括如下步骤：

(1)、将含有目标物质的目标溶液与含有表面包被磁微粒的溶液相混合，得到混合溶液；表面包被磁微粒为表面包被了能与目标物质进行特异性吸附的吸附物质的磁微粒；

(2)、将混合溶液从通路系统的一端加入并使其停留在通路系统中；

(3)、在通路系统的至少一部分区域施加第一磁场，使磁微粒在该第一磁场的作用下附着在通路系统的内壁上；

(4)、维持第一磁场，使洗涤液以一定的流速从通路系统的一端流入并从该通路系统的另一端流出；

(5)、去除第一磁场，对与通路系统另一端连接的腔体施加第二磁场，维持洗涤液在通路系统内的流动，使磁微粒富集在腔体的内壁上；

(6)、去除或继续维持第二磁场，使工作液进入腔体并且与已经吸附了目标物质的表面包被磁微粒混合，备用。

其中，工作液可以为用于混合并收集磁微粒的收集液，也可以为用于使目标物质与吸附物质解吸附的洗脱液，还可以为用于与表面包被磁微粒上吸附的目标物质直接反应的反应液。

如果工作液为收集液，则将收集液与腔体内的已经吸附了目标物质的表面包被磁微粒混合，所得到的液体可直接使用。收集液仅仅是单纯与磁微粒相混合。

若工作液为洗脱液，则将该洗脱液与腔体内的已经吸附了目标物质的表面包被磁微粒混合，目标物质在洗脱液的作用下与磁微粒表面的吸附物质解吸附，从而溶解到洗脱液中，得到目标物质、表面包被磁微粒和洗脱液的混合物。在第(6)步中，不去除第二磁场也是可以的，此时混合物为目标物质与洗脱液的混合，而不含有磁微粒。

若工作液为反应液，则将该反应液与腔体内的已经吸附了目标物质的表面包被磁微粒混合，反应液中所含的反应物会直接与目标物质进行反应，从而得到反应结果，可以根据反应结果得出结论。

无论工作液为收集液、洗脱液还是反应液，均需要在腔体内将工作液与已经吸附了目标物质的表面包被磁微粒相混合。腔体的材料可以为软质材料(如热塑性树脂、橡胶等)，通过捏动腔体的壁即可实现工作液与已经吸附了目标物质的表面包被磁微粒的机械混合。然而，腔体的材料也可以使用硬质材料，此时，可以通过震荡腔体来实现上述的机械混合。

在步骤(1)中，目标物质可以为核酸片段，吸附物质为能吸附核酸的物质(如硅化合物等)，或者为与该核酸片段具有特异性结合能力的互补核酸片段。

在步骤(1)中，目标物质还可以为抗原，吸附物质为与抗原具有特异性结合能力的抗体、配体或者亲和素。

<磁分离装置>

一种实现上述的磁分离方法的磁分离装置，其包括：

至少一个进样器，用于至少加入含有目标物质的目标溶液与含有表面包被磁微粒的溶液相混合产生的混合溶液、洗涤液或者工作液等；

通路系统，其一端与进样器相连，至少能够容纳混合溶液，即通路系统的溶剂大于或等于所述混合溶液的体积；

腔体，具有至少一个进口和至少一个出口，其进口与通路系统的另一端相连；

第一磁场产生器，对通路系统的至少一部分区域施加第一磁场或停止施加第一磁场；

第二磁场产生器，对腔体的至少一部分区域施加第二磁场或停止施加第二磁场。

其中，磁微粒的平均粒径可以在0.001‐1000微米的范围内。

通路系统可以为有开口的管道，优选为仅两端开口的管道，该管道具有至少一个进口或至少一个出口，因此，该通路系统可以为封闭式的通路系统。管道的长度可以为0.02‐20米，内径可以为0.001‐0.1米。

通路系统也可以为开放式的凹槽，凹槽的敞口端朝上设置，因此，该通路系统也可以为开放式的通路系统。

第一磁场的覆盖范围可以小于或等于通路系统的覆盖区域，即第一磁场既可以覆盖通路系统的一部分区域，也可以覆盖通路系统的全部区域。

第一磁场的施加方向与通路系统所在的平面所成的角度大于0°并且小于180°，优选为90°。

除了上述组件外，磁分离装置还可以包括废液池、反应池(或收集管)以及相应的开关，以避免清理废液、维护管道等复杂工作。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

第一、本发明的磁分离原理与当前的磁分离方法的原理相同，在对同样的目标物质进行分离时，无需改变现有的试剂(如洗涤液或洗脱液等)的成分，因此通用性好。

第二、本发明的磁分离过程在通路系统中进行，通过洗涤液的单向流动和磁场的施加即可洗去非特异性吸附的物质，不需要将磁棒或移液器反复伸入反应容器中吹打或搅拌，避免将外界污染物带入反应容器。

第三、本发明通过磁场的施加和洗涤液的冲洗来实现对目标物质的分离以及洗去非特异性吸附的物质，避免了剧烈的机械混匀过程，以及反复的机械吸液和排液，能够大幅度降低成本。

第四、本发明的通路系统在加入混合溶液后，该混合溶液沿着通路系统的路径方向均匀分布。当施加磁场后，混合溶液中的磁微粒也能在磁场的作用下沿着路径的方向均匀地附着在通路系统的内壁上，因此能够避免磁微粒所发生的团聚现象。

第五、本发明的磁微粒在通路系统的内壁上呈现分散性附着状态，在采用洗涤液的单向流动来去除非特异性吸附时，洗涤液能够与磁微粒充分地接触，无需多次的混匀洗涤过程，故具有较高的洗涤效率和较好的非特异性吸附去除效果。

第六、本发明的磁分离装置结构简单，能够根据实际情况放大或缩小，既能够适用于实验室操作，也能够适用于工厂操作，适应性强。

附图说明

图1为本发明实施例三的磁分离装置的结构示意图。

图2为本发明实施例四的磁分离装置的结构示意图。

图3为本发明实施例五的磁分离装置的结构示意图。

附图标记：

通路系统的出口端1、三通阀2、进样器3、通路系统4、收集器5、废液缸7、腔体10、废液管11、收集管12、第一磁场产生器13、第二磁场产生器14、废液池15、安放板16。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例一

本实施例提供了一种对目标溶液中的目标物质(核酸)进行分离的磁分离方法，其包括如下步骤：

(1)、将细胞样本和裂解液按传统方法混合，混匀，37℃孵育5min，使细胞裂解，放出内容物，得到含有目标物质(核酸)的目标溶液。

(2)、将含有目标物质的目标溶液与含有表面包被磁微粒的溶液相混合，得到混合溶液。表面包被磁微粒为表面包被了能与目标物质进行特异性吸附的吸附物质的磁微粒，本实施例中为硅化合物。

(3)、将混合溶液从通路系统的一端加入并使混合溶液全部停留在通路系统中。

(4)、在通路系统的安装区域施加第一磁场，使磁微粒在该第一磁场的作用下附着在通路系统的内壁上。第一磁场的施加方向垂直于通路系统的覆盖区域。

(5)、维持第一磁场，使洗涤液以一定的流速从通路系统的一端流入并从该通路系统的另一端流出，洗涤液的流动应持续一段时间，以确保所发生的非特异性吸附能够完全被洗涤液带走。

(6)、去除第一磁场，对与通路系统另一端连接的腔体施加第二磁场，维持洗涤液在通路系统内的流动，使磁微粒富集在腔体的内壁上。

(7)、去除第二磁场，使工作液进入腔体内并且与已经吸附了目标物质的表面包被磁微粒混合，备用。

本实施例中的工作液为洗脱液，该洗脱液能够使目标物质与吸附物质解吸附，并溶解于洗脱液中，从而得到目标物质、表面包被磁微粒和洗脱液的混合物。从该混合物中收集解吸附后的目标物质，即可实现对目标物质的分离或纯化。

如果不希望混合物中含有表面包被磁微粒，则在第(7)步中可以不去除第二磁场，此时混合物为目标物质与洗脱液的混合，而不含有磁微粒。

本实施例的通路系统可采用仅两端开口的管道，因此，可以形成全封闭的核酸提取过程，这可以排除传统核酸提取过程中可能产生的污染风险，同时也大大减少了手工操作的工作量或自动化设备的复杂程度。

实施例二

本实施例提供了在酶标记或化学发光测试中使用的方法，其包括如下步骤：

(1)、将样本与含有表面包被磁微粒(即表面包被有相应抗体或抗原的磁微粒)的溶液加入进样器混匀后孵育，然后再加入酶标记抗体或抗原，进行混匀后孵育，得到混合溶液。

(2)、使混合溶液从通路系统的一端流入通路系统并使混合溶液全部停留在通路系统中。

(3)、在通路系统的安装区域施加第一磁场，使磁微粒在该第一磁场的作用下附着在通路系统的内壁上。第一磁场的施加方向垂直于通路系统的覆盖区域。

(4)、在进样器中加入洗涤液，使洗涤液以一定的流速从通路系统的一端流入并从该通路系统的另一端流出，洗涤液在流动时应维持第一磁场；洗涤液的流动应持续一段时间，以确保所发生的非特异性吸附能够完全被洗涤液冲洗干净。

(5)、去除第一磁场，对与通路系统另一端连接的腔体施加第二磁场，维持洗涤液在通路系统内的流动，磁微粒失去了磁力吸附而随着洗涤液的流动在通路系统内不断移动，并最终富集在腔体的内壁上。

(7)、关闭腔体出口的开关，在进样器中加入底物反应液，使其沿着通路系统流入腔体中，去除第二磁场，混匀腔体内的液体，或者随后将腔体内的液体排出到反应器(或收集器)中进行孵育检测。

本实施例可以配置全自动化学发光的废液系统，减少仪器的复杂程度，提高检测速度。

实施例三

如图1所示，本实施例提供了一种磁分离装置，其包括：进样器3、通路系统4、第一磁场产生器(图中未显示)、第二磁场产生器(图中未显示)、收集器5、废液缸7、腔体10、废液管11和收集管12。

进样器3用于加入含有目标物质的目标溶液与含有表面包被磁微粒的溶液相混合产生的混合溶液、洗涤液或者工作液等。本实施例的磁分离装置仅含有一个进样器3，实际上，磁分离装置也可以含有两个以上进样器3。

通路系统4的一端与进样器3相连，另一端与腔体10的进口端相连，至少容纳了混合溶液。本实施例中的通路系统4为仅两端开口的封闭管道，然而，通路系统4也可以为敞口朝上的凹槽。

腔体10具有一个进口和两个出口，进口与通路系统4的另一端相连，其中一个出口与废液管11相连，另外一个出口与收集管12相连。然而，腔体10也可以含有两个以上进口或者两个以上出口。废液管11与废液缸7相连，收集管12与收集器5相连。

第一磁场产生器对通路系统4的全部区域施加第一磁场8，或者根据需要停止施加该第一磁场8。

第二磁场产生器对腔体10的中间区域施加第二磁场9，或者根据需要停止施加该第二磁场9。

本实施例的磁分离装置的工作步骤如下所示：

(1)、将含有目标物质的目标溶液与含有表面包被磁微粒的溶液相混合，得到混合溶液；

(2)、将混合溶液加入进样器3，使混合溶液从通路系统4的一端进入该通路系统4，并全部停留在其中；

(3)、第一磁场产生器在通路系统4的全部覆盖区域施加第一磁场8，使磁微粒在该第一磁场8的作用下附着在通路系统4的内壁上；

(4)、维持第一磁场8，使洗涤液以一定的流速从通路系统4的一端流入并从该通路系统4的另一端流出；此时，保持废液管11的打开以及收集管12的关闭，从通路系统4的另一端流出的排出液依次经过腔体10和废液管11流入废液缸7中；

(5)、去除第一磁场，第二磁场产生器对与通路系统4另一端连接的腔体10的中间区域施加第二磁场，维持洗涤液在通路系统内的流动，使磁微粒富集在腔体10的内壁上；此时，仍保持废液管11的打开以及收集管12的关闭，从通路系统4的另一端流出的排出液依次经过腔体10和废液管11流入废液缸7中；

(6)、去除或继续维持第二磁场，使工作液进入腔体10与已经吸附了目标物质的表面包被磁微粒混合均匀；然后，关闭废液管11以及打开收集管12，使腔体10内的液体流入收集器5中。

在本实施例中，废液管11和收集管12不同时打开，以便实现废液和所需液体的分离。

实施例四

在实施例三中，腔体10具有一个进口和两个出口，其中一个出口与废液管11相连，另外一个出口与收集管12相连。然而，上述连接也方式可以通过三通阀实现。

如图2所示，本实施例的磁分离装置包括：三通阀2、进样器3、通路系统4(通路系统的出口端1)、第一磁场产生器(图中未显示)、第二磁场产生器(图中未显示)、腔体10、废液管11、收集管12、废液缸7和收集器5。

本实施例的磁分离装置的工作步骤如下所示：

(1)、将含有目标物质的目标溶液与含有表面包被磁微粒的溶液相混合，得到混合溶液；

(2)、将混合溶液加入进样器3，使混合溶液从通路系统4的一端进入该通路系统4，并全部停留在其中；

(3)、第一磁场产生器在通路系统4的全部覆盖区域施加第一磁场，使磁微粒在该第一磁场的作用下附着在通路系统4的内壁上；

(4)、维持第一磁场，使洗涤液以一定的流速从通路系统4的一端流入并从该通路系统4的另一端流出；此时，通过三通阀2保持废液管11的打开以及收集管12的关闭，从通路系统4的另一端流出的排出液依次经过腔体10和废液管11流入废液缸7中；

(5)、去除第一磁场，第二磁场产生器对与通路系统4另一端连接的腔体10的中间区域施加第二磁场，维持洗涤液在通路系统内的流动，使磁微粒富集在腔体10的内壁上；此时，通过三通阀2仍保持废液管11的打开以及收集管12的关闭，从通路系统4的另一端流出的排出液依次经过腔体10和废液管11流入废液缸7中；

(6)、去除或继续维持第二磁场，使工作液进入腔体10与已经吸附了目标物质的表面包被磁微粒混合均匀；然后，通过三通阀2关闭废液管11以及打开收集管12，使腔体10内的液体流入收集器5中。

在本实施例中，通过三通阀2使废液管11和收集管12不同时打开，以便实现废液和所需液体的分离。

实施例五

如图3所示，本实施例提供了一种磁分离装置，其包括：进样器3、通路系统4、第一磁场产生器13、第二磁场产生器14、收集器5、废液池15、安放板16、腔体10、废液管11和收集管12。

第一磁场产生器13对通路系统4的几乎全部区域施加第一磁场，或者根据需要停止施加该第一磁场。

第二磁场产生器14对腔体10的全部区域施加第二磁场，或者根据需要停止施加该第二磁场。

安放板16用于承载并固定通路系统4，防止通路系统4在其内流动的液体的作用下发生移位。

废液池15与安放板16整合在一起，从而无需再另行设置废液缸7，也便于移动该磁分离装置，提高了其使用的灵活性。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种磁分离方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、将含有目标物质的目标溶液与含有表面包被磁微粒的溶液相混合，得到混合溶液；所述表面包被磁微粒为表面包被了能与所述目标物质进行特异性吸附的吸附物质的磁微粒；

(2)、将所述混合溶液从通路系统的一端加入并使其停留在所述通路系统中；

(3)、在所述通路系统的至少部分区域施加第一磁场，使所述磁微粒在该第一磁场的作用下附着在所述通路系统的内壁上；

(4)、维持所述第一磁场，使洗涤液以一定的流速从所述通路系统的一端流入并从该通路系统的另一端流出；

(5)、去除所述第一磁场，对与所述通路系统另一端连接的腔体施加第二磁场，维持所述洗涤液在所述通路系统内的流动，使所述磁微粒富集在所述腔体的内壁上；

(6)、去除或继续维持所述第二磁场，使工作液进入所述腔体并且与已经吸附了所述目标物质的表面包被磁微粒混合，备用。

2.根据权利要求1所述的磁分离方法，其特征在于：

所述工作液为用于混合所述磁微粒的收集液、用于使所述目标物质与所述吸附物质解吸附的洗脱液、或者用于与所述表面包被磁微粒上吸附的所述目标物质直接反应的反应液。

3.根据权利要求1所述的磁分离方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述目标物质为核酸片段；所述吸附物质为能吸附核酸的物质，或者为与所述核酸片段具有特异性结合能力的互补核酸片段。

4.根据权利要求1所述的磁分离方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述目标物质为抗原，所述吸附物质为与所述抗原具有特异性结合能力的抗体、配体或者亲和素。

5.一种实现如权利要求1所述的磁分离方法的磁分离装置，其特征在于：包括：

至少一个进样器；

通路系统，其一端与所述进样器相连；

腔体，具有至少一个进口和至少一个出口，其进口与所述通路系统的另一端相连；

第一磁场产生器，对所述通路系统的至少一部分区域施加第一磁场；

第二磁场产生器，对所述腔体的至少一部分区域施加第二磁场。

6.根据权利要求5所述的磁分离装置，其特征在于：所述磁微粒的平均粒径在0.001‐1000微米的范围内；和/或，

所述通路系统为有开口的管道，所述管道具有至少一个进口或至少一个出口；和/或，

所述第一磁场的覆盖范围小于或等于所述通路系统的覆盖区域；和/或，

所述第一磁场的施加方向与所述通路系统所在的平面所成的角度大于0°并且小于或等于180°。

7.根据权利要求5所述的磁分离装置，其特征在于：所述管道的长度为0.02‐20米；和/或，

所述管道的内径为0.001‐0.1米。