CN109085345A - 一种磁珠分离装置、分离方法及电化学免疫分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种磁珠分离装置、分离方法及电化学免疫分析仪，包括反应液管道、与反应液管道连通的无菌水管道和分离液管道，在反应液管道上依次设置若干第三电磁铁，最右端第三电磁铁右侧的分离液管道上设置分离管道总电磁阀，反应液管道末端突出无菌水管道形成突出部，突出部上设置第四电磁铁，通过控制第一电磁铁的通断使免疫磁珠向反应液管道末端移动，分离液管道上套设第二巨磁阻芯片模组。本发明创造所述的分离装置通过对多个电磁铁进行时序通断控制，带动免疫磁珠向反应液管道末端运动，与通常的液体带动相比，分离更彻底，磁珠分离后，对分离管路反向冲洗，管路清洗更加彻底，实现了在线分离，分离速度更快，提高了分离效率。

Description

一种磁珠分离装置、分离方法及电化学免疫分析仪

技术领域

本发明创造属于免疫磁珠技术领域，尤其是涉及一种磁珠分离装置、分离方法及电化学免疫分析仪。

背景技术

目前，免疫磁珠技术在食品、临床、土壤等环境中的微生物、细胞、化学元素等目标的检测种得到了广泛运用，由于磁珠分离的准确性直接影响最终的检测效果，对于检测过程中的磁珠分离问题提出了更高的要求。现阶段在免疫磁珠的清洗分离过程中存在一些弊端，不仅结构繁琐而且分离过程中伴随着大量的磁珠流失。

中国专利CN204422539U公开了全自动化学发光免疫分析仪的磁珠清洗分离装置，包括支撑架、反应杯、电磁铁组，通过吸、注反应液过程中电磁铁的作用，实现磁珠在反应杯中的移动分离。然而，其存在一定的弊端：分离后的磁珠无法直接进行检测，装置兼容性不良，且会造成磁珠的流失，降低检测灵敏度和可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种磁珠分离装置、分离方法及电化学免疫分析仪，以解决上述技术问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种磁珠分离装置，包括反应液管道、与反应液管道连通的无菌水管道和分离液管道，在反应液管道上依次设置若干第三电磁铁，最右端第三电磁铁右侧的分离液管道上设置分离管道总电磁阀，反应液管道末端突出无菌水管道，突出部上设置第四电磁铁，通过控制第一电磁铁的通断使免疫磁珠向反应液管道末端移动，分离液管道上套设第二巨磁阻芯片模组。

进一步的，所述在反应液管道上设置第二废液管道，第二废液管道上设置第二废液管道电磁阀。

进一步的，所述无菌水管道设置无菌水管道电磁阀，分离液管道设置分离液管道电磁阀。

进一步的，还包括控制器，控制器包括MCU单元、电源控制模块和信号处理模块，所有管道中的电磁阀和电磁铁分别通过电源控制模块连接到MCU单元，第二巨磁阻芯片模组通过信号处理模块连接到MCU单元，MCU单元与电源模块连接。

进一步的，所述第三电磁铁从左到右均匀的设置在反应液管道上，第三电磁铁为电磁环或者条形电磁铁或梯度电磁场模组。

进一步的，所述第四电磁铁为电磁环，突出部为盲管，电磁环套设在盲管上。

进一步的，所述第四电磁铁为条形电磁铁，突出部为平直管道，条形电磁铁固定在平直管道上。

一种电化学免疫分析仪，包括上述的磁珠分离装置。

磁珠分离装置的分离方法，主要包括以下几个步骤：

S1、反应液从反应液管道进入，MUC单元控制各第三电磁铁按照一定时序单独或同时产生磁场，从左到右依次吸附免疫磁珠使其向反应液管道右端移动；

S2、打开第四电磁铁，打开分离管道总电磁阀、第二废液管道电磁阀和无菌水管道电磁阀，在第四电磁铁的水平方向吸引力和无菌水的竖直方向冲击力的共同作用下，免疫磁珠进入分离液管道，部分无菌水将反向进入反应液管路并从第二废液管道排出，完成免疫磁珠的清洗和分离；

S3、第二巨磁阻芯片模组采集免疫磁珠数量的信号，通过信号处理模块传输至MCU单元，当溶液内磁珠平均浓度小于设定阈值c时，打开分离液管道电磁阀，含免疫磁珠的无菌水进入分离液管道，关闭分离液管道电磁阀。

进一步的，所述步骤S1中，左端第一个第三电磁铁通电，将反应液管道内的免疫磁珠吸附到左端第一个第三电磁铁中间的管道处，保持该第三电磁铁通电，开启左端第二个第三电磁铁，将免疫磁珠吸附到两电磁铁中间的位置，断开左端第一个第三电磁铁，保持第二个第三电磁铁通电，将免疫磁珠吸附到第二个第三电磁铁中间的位置，依次通断剩余电磁铁，直至免疫磁珠移动至最右端的第三电磁铁中间的位置。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种磁珠分离装置、分离方法及电化学免疫分析仪具有以下优势：

(1)本发明创造所述的分析仪通过使用巨磁阻芯片模组对免疫磁珠进行进准量化，减小了测试误差，最大程度的保留了有效的测试样本，提高了仪器的灵敏度，提高了检测效率，且设备从前到后设置多个巨磁阻芯片模组，通过对不同点位免疫磁珠的检测，对反应、分离过程中损失磁珠可能造成的测试误差进行了补偿，使测试数据更精确，提高了设备的精度，降低检测成本，该设备结构紧凑，利于大范围推广。

(2)本发明创造所述的分离装置通过对多个电磁铁进行时序通断控制，带动免疫磁珠向反应液管道末端运动，与通常的液体带动相比，分离更加彻底，在分离磁珠后，对分离管路进行反向冲洗，管路清洗更加彻底，与传统的取液针设计相比，实现了在线分离，分离速度更快，提高了分离效率。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造的结构示意图；

图2为反应装置部分的结构示意图；

图3为控制反应装置的结构框图；

图4为分离装置部分的结构示意图；

图5为控制分离装置的结构框图；

图6为检测装置部分的结构示意图。

附图标记说明：

1、进液管道；11、样品管道；111、样品管道电磁阀；12、免疫磁珠管道；121、免疫磁珠管道电磁阀；13、清洗液管道；131、清洗液管道电磁阀；14、进液管道总电磁阀；

2、反应装置；21、反应管道；22、第一循环马达；23、第一巨磁阻芯片模组；24、第一电磁铁；25、第二电磁铁；

3、反应液管道；31、第一废液管道；311、废液管道电磁阀；32、第二废液管道；321、第二废液管道电磁阀；33、反应液管道总电磁阀；34、突出部；

4、分离装置；41、第三电磁铁；42、分离管道总电磁阀；43、无菌水管道；431、无菌水管道电磁阀；44、第四电磁铁；45、第二巨磁阻芯片模组；

5、分离液管道；51、分离液管道电磁阀；

6、检测装置；61、第二循环马达；62、第三巨磁阻芯片模组；63、对电极；64、石墨烯传感器；65、第五电磁铁；66、检测控制电磁阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1所示，一种电化学免疫分析仪，包括通过管道依次连接的反应装置2、分离装置4和检测装置6，如图2所示，反应装置2包括环形的反应管道21，反应管道21的一端设置进液口，进液口与进液管道1连通，进液管道1另一端分别与样品管道11、免疫磁珠管道12和清洗液管道13连通，各管道上分别设置控制管道启闭的电磁阀，分别有样品管道电磁阀111、免疫磁珠管道电磁阀121、清洗液管道电磁阀131和进液管道总电磁阀14，反应管道21另一端设置出液口，出液口与反应液管道3连通，在一侧的反应管道21上串联接入第一循环马达22，在与第一循环马达22同侧的反应管道21上套设第一巨磁阻芯片模组23，在另一侧的反应管道21上方设置第一电磁铁24，在靠近出液口方向的反应液管道3上设置第二电磁铁25。

反应液管道3上设置用于排出清洗液废液的第一废液管道31，第一废液管道31上设置第一废液管道电磁阀311，反应液管道3上设置反应液管道总电磁阀33，反应液管道3的另一端连接分离装置4。

如图4所示，分离装置4包括与反应液管道3另一端连通的无菌水管道43和分离液管道5，无菌水管道43和分离液管道5同轴心线且与反应液管道3的轴心线垂直，在无菌水管道43和第一废液管道31之间的反应液管道3上设置第二废液管道32，无菌水管道43、分离液管道5和第二废液管道32上分别设置控制各管道通断的无菌水管道电磁阀431、分离液管道电磁阀51和第二废液管道电磁阀321，在第二废液管道32和无菌水管道43之间的反应液管道3上设置若干个第三电磁铁41，第三电磁铁41通过电源控制模块连接到控制器，控制器能够按照一定时序控制第三电磁铁41的通断使免疫磁珠从左到右逐渐移动至反应液管道3的端部。

反应液管道3末端突出无菌水管道43形成突出部34，突出部34上设置第四电磁铁44，第四电磁铁44能够将免疫磁珠吸附到与反应液管道3交接的无菌水管道43的侧壁上，无菌水管道43中通入无菌水可对免疫磁珠进行清洗，分离液管道5上套设第二巨磁阻芯片模组45，第二巨磁阻芯片模组45连接到控制器。

第三电磁铁41从左到右均匀的设置在反应液管道3上，第三电磁铁41为电磁环或者条形电磁铁或梯度电磁场模组。

第四电磁铁44为电磁环，突出部34为盲管，电磁环套设在盲管上，或者第四电磁铁44为条形电磁铁，突出部34为平直管道，条形电磁铁固定在平直管道上。

分离液管道5的另一端设置检测装置6，如图6所示，检测装置6包括串联在分离液管道5内的第二循环马达61，在第二循环马达61后方的分离液管道5上依次设置检测控制电磁阀66和第三巨磁阻芯片模组62，在第三巨磁阻芯片模组62后方的分离液管道5的上壁上设置对电极63，与设有对电极63中间位置相对的分离液管道5的下壁上设置石墨烯传感器64，石墨烯传感器64下方设置第五电磁铁65，对电极63和石墨烯传感器64相对的设置在分离液管道5的管壁上即可，分离液管道5的端部与废液收集装置连接，检测装置6还包括电化学工作站，电化学工作站连接到控制器。

第三电磁铁41的数量可以根据管道的规格而定，分离装置4可串联多级使用以增加对免疫磁珠的清洗次数。

如图3和图5所示，该系统还包括控制器，控制器包括MCU单元、电源控制模块和信号处理模块，所有管道中的电磁阀、电磁铁和循环马达分别通过电源控制模块连接到MCU单元，所有的巨磁阻芯片模组、电化学工作站均通过信号处理模块连接到MCU单元，MCU单元与电源模块连接，电源模块为MCU单元提供电能。

电化学免疫分析仪的分析方法，主要包括以下几个步骤：

反应过程：利用第一循环马达22、电磁铁、各电磁阀带动免疫磁珠在反应管道21内混匀、反应，利用电磁铁和电磁阀的通断富集和分离磁珠，使用第一巨磁阻芯片模组23检测免疫磁珠的数量，采用清洗液清洗管道，收集免疫磁珠。

MCU单元打开样品管道电磁阀111、免疫磁珠管道电磁阀121和进液管道总电磁阀14，开启第一循环马达22，样品溶液和免疫磁珠溶液混合进入进液管道1，经过T1时间，加样完毕，关闭样品管道电磁阀111，与此同时，信号处理模块采集第一巨磁阻芯片模组23检测免疫磁珠数量的信号，信号处理模块将采集信号输入到MCU单元进行累加处理，当累加值达到设定阈值a时，免疫磁珠溶液已足量，关闭免疫磁珠管道电磁阀121和进液管道总电磁阀14。

MCU单元以T2为时间间隔控制第一电磁铁24的通断，第一循环马达22快速带动混合溶液在反应管道21中循环流动，第一电磁铁24的间歇通断可以改变免疫磁珠在溶液中的运动轨迹，形成紊流，使免疫磁珠和样品溶液反应的更加充分，经过T3时间后，反应完毕，关闭第一电磁铁24。

MCU单元开启第二电磁铁25，免疫磁珠在第一循环马达22的缓速带动下继续在反应管路中循环流动，经过第二电磁铁25位置时被吸引，聚集在反应管道21出口处，同时，第一巨磁阻芯片模组23测量反应管道21中免疫磁珠的浓度，当平均浓度值低于设定阈值b时，可认为磁珠已被完全分离，打开清洗液管道电磁阀131，打开第一废液管道电磁阀311，在清洗液管道13通入清洗液，清洗进液管道1、反应管道21和免疫磁珠，废液经由第一废液管道31排出。

等待T4时间，清洗完成后，关闭第二电磁铁25，关闭第一废液管道电磁阀311，打开反应液管道总电磁阀33，无菌水经由清洗液管道13进入进液管道1，带动免疫磁珠流动至分离装置4。

分离过程：控制器控制若干个第三电磁铁41按照一定的时序通断，通过产生的规律电磁场带动免疫磁珠在混合溶液中的移动分离，第二巨磁阻芯片模组45检测免疫磁珠的数量。

反应液在反应液管道3中，MCU单元控制各第三电磁铁41按照一定时序单独或同时产生磁场，从左到右依次吸附免疫磁珠使其向反应液管道3右端移动。

左端第一个第一电磁铁41通电，将反应液管道3内的免疫磁珠吸附到第一电磁铁24中间的管道处；保持左侧第一个第三电磁铁41通电，开启左端第二个第三电磁铁41，将免疫磁珠吸附到两磁环中间的位置；断开左端第一个第三电磁铁41，保持第二个第三电磁铁41通电，将免疫磁珠吸附到第二个第三电磁铁41中间的位置；依次通断剩余电磁铁，直至免疫磁珠移动至最右端的第三电磁铁41中间的位置，打开分离管道总电磁阀42，打开第四电磁铁44，打开第二废液管道电磁阀321，打开无菌水管道电磁阀431注入无菌水，在第四电磁铁44的水平方向吸引力和无菌水的竖直方向冲击力的共同作用下，免疫磁珠进入分离液管道5，部分无菌水将反向进入反应液管道5并从第二废液管道32排出，完成免疫磁珠的清洗和分离。

第二巨磁阻芯片模组45采集免疫磁珠数量的信号，通过信号处理模块传输至MCU单元，当溶液内磁珠平均浓度小于设定阈值c时，表明大部分磁珠已经被收集，打开分离液管道电磁阀51，将免疫磁珠排至检测装置6，关闭分离液管道电磁阀51，继续通入无菌水，打开第二废液管道电磁阀321，完成对分离装置4内各管道的清洗。

检测过程：利用第二循环马达61带动免疫磁珠溶液通过分离液管道5，使用第五电磁铁65将免疫磁珠吸附在石墨烯传感器64表面，在电化学工作站中实现检测，并将检测信号通过信号处理模块传输至MCU单元进行显示，通过第三巨磁阻芯片模组62对参与检测的免疫磁珠的数量进行测量，从而在浓度计算时对前处理过程中流失的免疫磁珠造成的检测误差进行补偿，提高检测准确性。

打开检测控制电磁阀66，开启第二循环马达61带动免疫磁珠溶液通检测装置6中，免疫磁珠被第三巨磁阻芯片模组62中的磁体磁化后产生电磁场，从而能够实现对磁珠数量的测量，经信号处理模块传输到MCU单元中累加计算，打开第三电磁铁41，将进入管路的免疫磁珠吸附在石墨烯传感器64上。

当第三巨磁阻芯片模组62检测到免疫磁珠浓度的平均值小于预设阈值d时，表明所有磁珠都已进入检测装置6，关闭检测控制电磁阀66和第二循环马达61，保存当前时刻的累加值d。

启动电化学工作站，电信号经过信号处理模块的放大、滤波送入MCU单元。

完成检测后，开启检测控制电磁阀66和第二循环马达61并通入清洗液对管道清洗。

该分析仪通过使用巨磁阻芯片模组对免疫磁珠进行精确量化，减小了测试误差，最大程度的保留了有效的测试样本，提高了仪器的灵敏度，提高了检测效率，且设备从前到后设置多个巨磁阻芯片模组，通过对不同点位免疫磁珠的检测，对反应、分离过程中损失磁珠可能造成的测试误差进行了补偿，使测试数据更精确，提高了设备的精度，降低检测成本，该设备结构紧凑，利于大范围推广。

反应装置2通过MCU控制器对各电磁阀和各电磁铁的控制，实现了自动化的反应和分离操作，控制器控制各电磁铁定时通断并配合第一循环马达22，使免疫磁珠与样品溶液充分接触，反应更加彻底，通过在环形反应管道21出口处设置电磁铁，同时溶液循环流动，使免疫磁珠的分离更加彻底。

分离装置4通过对多个电磁铁进行时序通断控制，带动免疫磁珠向反应液管道3末端运动，与通常的液体带动相比，分离更加彻底，在分离磁珠后，对分离管路进行反向冲洗，管路清洗更加彻底，与传统的取液针设计相比，实现了在线分离，分离速度更快，提高了分离效率。

检测装置6使用石墨烯传感器64检测，提高了检测装置6的灵敏度，检测过程中溶液持续流动，实时性好，实现了在线检测。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁珠分离装置，其特征在于：包括反应液管道(3)、与反应液管道(3)连通的无菌水管道(43)和分离液管道(5)，在反应液管道(3)上依次设置若干第三电磁铁(41)，最右端第三电磁铁(41)右侧的分离液管道(5)上设置分离管道总电磁阀(42)，反应液管道(3)末端突出无菌水管道(43)形成突出部(34)，突出部(34)上设置第四电磁铁(44)，通过控制第一电磁铁(41)的通断使免疫磁珠向反应液管道(3)末端移动，分离液管道(5)上套设第二巨磁阻芯片模组(45)。

2.根据权利要求1所述的磁珠分离装置，其特征在于：所述在反应液管道(3)上设置第二废液管道(32)，第二废液管道(32)上设置第二废液管道电磁阀(321)。

3.根据权利要求1所述的磁珠分离装置，其特征在于：所述无菌水管道(43)设置无菌水管道电磁阀(431)，分离液管道(5)设置分离液管道电磁阀(51)。

4.根据权利要求1所述的磁珠分离装置，其特征在于：还包括控制器，控制器包括MCU单元、电源控制模块和信号处理模块，所有管道中的电磁阀和电磁铁分别通过电源控制模块连接到MCU单元，第二巨磁阻芯片模组(45)通过信号处理模块连接到MCU单元，MCU单元与电源模块连接。

5.根据权利要求1所述的磁珠分离装置，其特征在于：所述第三电磁铁(41)从左到右均匀的设置在反应液管道(3)上，第三电磁铁(41)为电磁环或者条形电磁铁或梯度电磁场模组。

6.根据权利要求1所述的磁珠分离装置，其特征在于：所述第四电磁铁(44)为电磁环，突出部(34)为盲管，电磁环套设在盲管上。

7.根据权利要求1所述的磁珠分离装置，其特征在于：所述第四电磁铁(44)为条形电磁铁，突出部(34)为平直管道，条形电磁铁固定在平直管道上。

8.一种电化学免疫分析仪，其特征在于：包括上述权利要求1-7任一项所述的磁珠分离装置。

9.磁珠分离装置的分离方法，其特征在于：主要包括以下几个步骤：

S1、反应液从反应液管道(3)进入，MUC单元控制各第三电磁铁(41)按照一定时序单独或同时产生磁场，从左到右依次吸附免疫磁珠使其向反应液管道(3)右端移动；

S2、打开第四电磁铁(44)，打开分离管道总电磁阀(42)、第二废液管道电磁阀(321)和无菌水管道电磁阀(431)，在第四电磁铁(44)的水平方向吸引力和无菌水的竖直方向冲击力的共同作用下，免疫磁珠进入分离液管道(5)，部分无菌水将反向进入反应液管路并从第二废液管道(32)排出，完成免疫磁珠的清洗和分离；

S3、第二巨磁阻芯片模组(45)采集免疫磁珠数量的信号，通过信号处理模块传输至MCU单元，当溶液内磁珠平均浓度小于设定阈值c时，打开分离液管道电磁阀(51)，含免疫磁珠的无菌水进入分离液管道(5)，关闭分离液管道电磁阀(51)。

10.根据权利要求9所述的磁珠分离装置的分离方法，其特征在于：所述步骤S1中，左端第一个第三电磁铁(41)通电，将反应液管道(3)内的免疫磁珠吸附到左端第一个第三电磁铁(41)中间的管道处，保持该第三电磁铁(41)通电，开启左端第二个第三电磁铁(41)，将免疫磁珠吸附到两电磁铁中间的位置，断开左端第一个第三电磁铁(41)，保持第二个第三电磁铁(25)通电，将免疫磁珠吸附到第二个第三电磁铁(41)中间的位置，依次通断剩余电磁铁，直至免疫磁珠移动至最右端的第三电磁铁(41)中间的位置。