CN111282554A - 一种利用磁性萃取材料的萃取和净化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种萃取和净化装置及方法，所述萃取和净化装置包括至少一个移液模块、至少五个工位模块、废液盒、废物盒和第一导轨，所述移液模块或工位模块能在第一导轨上运动，工位模块设置在移液模块的下方，且包括至少一个移液头工位模块、至少一个萃取工位模块和至少三个试剂工位模块，工位模块、废液盒和废物盒沿第一导轨的运动方向排列；萃取工位模块中设有萃取材料，萃取工位模块包括搅拌器和电源，电源控制搅拌器对萃取材料的吸引固定和搅拌；移液模块包括液体驱动装置和第二导轨，所述液体驱动装置能在第二导轨上上下运动。所述萃取材料的体积不小于1立方毫米，且表面拥有介孔结构，具有吸附或交换能力。

Description

一种利用磁性萃取材料的萃取和净化装置及方法
技术领域
本发明属于体外临床检测样本处理领域，具体涉及一种萃取和净化装置及方法。
背景技术
在临床检验和精准医疗领域中，质谱、色谱或液质联用仪等仪器在灵敏度、通用性、分析速度、多指标同时检测等方面具有优势，这些高精密分析仪器能够应用于临床生化、临床免疫性检验、临床微生物检验以及蛋白质组学、代谢组学科研等领域。然而，高精密分析仪器对检测样品的前处理要求比较严格，另外，由于生物检测样本的复杂性，使得样品前处理的难度较高，仍具有以下待解决的问题：(1)样本前处理步骤繁多、过程复杂，对人员技能要求高；(2)非智能化，人为干扰因素大，易造成结果不稳定、误差大、错误率高；(3)实验周期长，或处理效率较低，成本高。
造成这些问题的原因主要是目前样品在进入质谱前的净化处理方法和实现手段比较复杂，而且样品处理的时间较长，限制了高精密分析仪器在体外检测行业的发展。另外，传统的萃取是将固体吸附材料填充在萃取柱中，形成固定相，固定相上下各有一块过滤板，待分析的样品溶液流过固定相，选择性提取或吸附被检测成分或干扰物质，以达到分离和净化的目的。萃取柱萃取的缺点是由于填充和压实松紧度的差异，或者样品溶液粘度的差异，或者加压/真空的差异，导致样品溶液流速产生较大差异，影响固定相对样品溶液中关键成分的动态吸附，导致最终检测结果有很大误差。此外由于粒径较小时，液体流过时的阻力会很大，所以固相萃取柱中填料的粒径通常较大(通常在50微米以上)；然而当粒径较大时，样品传质速度会很慢，因此样品过柱速度不能很快，否则不能达到有效的吸附。
分散固相萃取将固体吸附材料分散于样品溶液中，震荡一段时间，使样品溶液中的关键成分在液相和固体相之间达到热力学吸附平衡，根据固体吸附材料的特性达到选择性吸附被测成分或杂质的目的。这种方法消除了萃取柱萃取中由于流速差异而产生的检测结果误差。但这种方法的缺点是：1)液体样品中的目标物质在萃取材料和溶液中达到吸附平衡需要较长时间；2)将固相与溶液分离的过程比较复杂。
以前的装置大多采用XYZ轴的型式，处理速度慢，让质谱一直处于等待样品的状态，虽然通过多个通道同时处理，一定程度提高了处理速度，但是质谱仍然间隔时间较长。以处理96个样品为例，前处理仪器处理完成后不能马上输送到质谱仪，需要等待96个同时处理完之后，而质谱仪是一个一个进行检测，导致第一个样品和最后一个样品间隔时间很长。不能满足目前临床检测的需求。
发明内容
针对上述背景，本发明提供了一种萃取和净化装置及应用方法，在充分保持了利用介孔的体积排阻来达到去除生物样品中蛋白质等大分子基质干扰目的的同时，通过达到热力学平衡吸附的方式有效改善了固相萃取效果的一致性；并且通过创造性的组合设计实现了从生物液体样品中快速和方便的萃取和净化有机小分子目标物质。
所述方法及装置采用核壳型介孔材料作为萃取材料，所述萃取材料通过对内核和外壳的材料、介孔孔径的设计，大大加快了液体样品中目标物质被固体材料吸附和脱附的传质速度，从而可以在保证吸附和脱附平衡效果的前提下，大大缩短样品中目标物质的吸附和洗脱时间。优选的，通过采用磁性材料作为内核材料，介孔硅胶或介孔高聚物作为壳层吸附材料，则还可以通过交感磁场变换达到搅拌固相萃取材料、加快吸附/脱附过程；并且在转移液体时，通过磁场将磁性萃取材料保持在容器壁上，方便了液体与固体萃取材料的分离。通过选用核壳材料和磁性材料，还有效解决了在液体转移过程中微粒材料堵塞过滤筛板的风险，并且还可以充分提高移液的速度。本发明还披露了一种创造性应用内嵌介孔微粒材料进行生物液体样品萃取净化的装置和方法。将介孔吸附材料的微米或纳米颗粒嵌入大颗粒的惰性材料表面，再由这些大颗粒材料在热压下加工成更大的、具备微米甚至毫米级超大孔径通道的整体材料。这种萃取材料与本发明装置的结合，既保证了对于蛋白质等大分子干扰基质的去除，小分子萃取目标物质的超快速吸附和脱附，又避免了纳米或微米萃取材料造成过滤筛板堵塞或流速不均匀的问题。利用磁场对磁性萃取材料的吸引固定方式，提高了试剂与磁性萃取材料分离的效率，处理样品的间隔时间为3-5分钟，刚好符合质谱仪检测的时间，这样不存在等待时间。
本发明所述的萃取和净化装置包括至少一个移液模块、至少五个工位模块、废液盒、废物盒和第一导轨，所述移液模块或工位模块能在第一导轨上运动，所述工位模块设置在移液模块的下方，且包括至少一个移液头工位模块、至少一个萃取工位模块和至少三个试剂工位模块，所述工位模块、废液盒和废物盒沿第一导轨的运动方向排列；所述萃取工位模块的容器中设有萃取材料，萃取工位模块包括搅拌器和电源，使萃取材料能够在所述容器内发生位移，所述电源控制搅拌器对萃取材料的吸引固定和搅拌；所述移液模块包括液体驱动装置和第二导轨，所述液体驱动装置能在第二导轨上上下运动。所述萃取材料的状态选自颗粒或粉末，所述颗粒的体积不小于1立方毫米，所述粉末聚集的体积不小于1立方毫米，或者所述粉末附着于不小于1立方毫米的载体上。所述萃取材料的表面拥有介孔结构，所述介孔的平均孔径为3-30nm，所述介孔的内表面具有吸附或交换能力。
所述移液模块包括液体驱动装置和第二导轨，所述第二导轨连接并能够带动液体驱动装置做上下运动。所述液体驱动装置的底部设有第一接口，当移液模块运动到所述移液头工位模块的上方时，液体驱动装置沿第二导轨向下运动，使得移液头工位模块中的移液头的上开口能够紧密连接所述液体驱动装置的第一接口，并随移液模块运动到所述试剂工位模块和萃取工位模块处，所述液体驱动装置通过提供压力，使移液头吸取或放出试剂。
优选的，所述液体驱动装置为注射泵。
优选的，所述液体驱动装置为移液头提供负压，使移液头从下开口吸入试剂，然后，所述移液模块移动到适当位置时，液体驱动装置为移液头提供正压，使移液头内的液体从下开口排出。
优选的，所述第二导轨的上部和下部设有限位开关，所述限位开关提示并控制液体驱动装置运动的上限和下限位置，防止液体驱动装置超过正常的移动范围，破坏所述移液模块下方的工位模块，或移液模块上方的第一导轨。
优选的，所述移液模块上设有液面检测装置，所述液面检测装置包括压力传感器和电容传感器，所述液面检测装置检测所述移液头内部的液位，保证移液头在每一个工位模块处能够正常吸取试剂，避免移液头因液体驱动装置的压力不足而无法吸入试剂，或液体驱动装置的压力过大将移液头内的液体进入液体驱动装置，或者移液模块与工位模块的位置出现错误，而使得移液头无法吸入试剂。更优选的，所述液面检测装置设置在第二导轨的中部或下部。
优选的，所述移液模块的数量为2-100个，满足小型、中型和大型检测分析的不同需要。对于小型或中型检测分析，所述移液模块的数量优选为3-6个，即可满足物质萃取的一般过程，即活化、萃取、淋洗和洗脱等步骤。
所述第一导轨设置的位置选自所述移液模块的上方或工位模块的下方，所述移液模块或工位模块连接所述第一导轨，并能在第一导轨上运动。
优选的，所述第一导轨设置在所述移液模块的上方，所述第二导轨的顶端可拆卸地固定在第一导轨上，当所述萃取和净化装置包括多个移液模块时，多个移液模块依次顺序排列在第一导轨上。
优选的，所述第一导轨设置在所述工位模块的下方，工位模块的底部可拆卸地固定在第一导轨上，当所述萃取和净化装置包括多个工位模块时，多个工位模块依次顺序排列在第一导轨上。此时，第二导轨可以固定在第一导轨旁边的支架上，保证所述移液模块与工位模块的位置能够上下相对。
所述第一导轨的形状选自条形或环形，优选的，所述第一导轨为环形导轨，多个移液模块或工位模块在环形导轨上做圆环运动，便于实现连续萃取操作。
所述工位模块设置在所述移液模块的下方，包括至少一个移液头工位模块、至少一个萃取工位模块和至少三个试剂工位模块，所述移液头工位模块、萃取工位模块和试剂工位模块沿着第一导轨的运动方向顺序排列，即所述工位模块的位置能够与所述移液模块的位置上下对应。所述至少三个试剂工位模块分别用于盛放样品溶液、洗脱液和成品溶液。所述成品溶液为样品溶液经萃取和/或净化后形成的液体，可直接用于后续的高精度测试仪器。
所述工位模块包括转盘、传动机构和储存盘，所述储存盘底部镂空且一侧设有开口，所述传动机构在储存盘下方，所述转盘的边缘设有至少一个凹陷的卡位，所述储存盘的开口对应转盘的卡位。
所述工位模块还包括驱动电机，所述驱动电机驱动所述转盘在水平面上转动，所述卡位在转盘边缘的位置具有开口，用于卡接试剂瓶。
所述传动机构设在储存盘下方，并支撑储存盘内部的试剂瓶。
所述储存盘内放满试剂瓶，所述试剂瓶受传动机构的支撑，并在传动机构的带动下向储存盘的开口运动，所述储存盘的开口只允许一个试剂瓶通过，前一个试剂瓶在后一个试剂瓶的推动下移出储存盘的开口并进入转盘的卡位，所述卡位接受一个试剂瓶后，在所述驱动电机的带动下，随转盘转动到合适位置，等待对接所述移液模块。
优选的，所述传动机构为传送带。
优选的，所述驱动电机设置在所述转盘的下方，并驱动转盘在水平面上转动，同时转盘带动所述卡位转动到不同位置。
优选的，所述传动机构和储存盘设在转盘的旁边，所述储存盘的开口对应或对接转盘的卡位的开口。
优选的，所述储存盘为只具有侧面边框的框体，即储存盘的顶面和底面镂空，当所述传动机构运转时，储存盘位置固定，只有储存盘中的试剂瓶随传动机构运动。
优选的，所述工位模块还包括废弃物盒，所述废弃物盒设在所述转盘的下方，更优选的，所述废弃物盒设在所述转盘的卡位对应位置的下方，便于承接从卡位落下的试剂瓶。
优选的，所述转盘的卡位处设有推动丢弃试剂瓶的装置。
使用时，所述移液头工位模块的储存盘内部放置的每个试剂瓶的顶部放置一个移液头。优选的，所述移液头为上大下小的锥形容器，所述锥形容器具有两个优点：(1)试剂便于从移液头底部吸入；(2)便于吸取体积较小的样品溶液，减少误差。更优选的，所述移液头为移液枪头。所述移液头能够伸入所述试剂工位模块的试剂瓶中，根据所述移液模块与试剂工位模块的距离以及试剂瓶的深度，选择移液头的长度。优选的，所述移液头底端伸入试剂瓶三分之二高度的位置。
优选的，所述移液头工位模块的数量为1-5个，可根据实际处理的样品总个数调整。
所述萃取工位模块是所述萃取和净化装置的核心萃取部件，且内部的每个试剂瓶中装有一定量的萃取材料，根据实际处理样品和萃取过程中使用的各种试剂的物化性质，确定每个试剂瓶中萃取材料的量。所述萃取工位模块的转盘的卡位下方设有搅拌器和电源，所述电源控制搅拌器对萃取材料的吸引固定和搅拌。
当所述萃取材料为磁性萃取材料时，所述搅拌器优选为磁场搅拌器，所述磁场搅拌器能够控制磁性萃取材料在试剂瓶中旋转搅拌，从而充分接触试剂，完成萃取过程的不同步骤，提高萃取效率；当电源控制磁场搅拌器的磁场变化时，磁场搅拌器能够吸引磁性萃取材料，所述磁性萃取材料吸附在试剂瓶的底部，不随试剂移动。
所述萃取材料选自核壳型的介孔材料，所述萃取材料的内核为实心或具有微孔的无机材料或高聚物材料，所述微孔的平均孔径小于3nm。
所述萃取材料的外壳为具有介孔的无机或高聚物材料，具有吸附或交换能力，所述介孔的平均孔径优选为3-30nm，优选的，所述介孔的平均孔径为6-12nm。
所述萃取材料的内核材料选自硅胶、氧化铝、磁性氧化铁、氧化锆、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、纤维素或淀粉；所述萃取材料的外壳材料选自介孔硅胶、介孔键合硅胶、介孔氧化铝、介孔氧化锆、介孔聚苯乙烯、介孔表面改性聚苯乙烯、介孔聚丙烯酸或介孔聚丙烯酸酯。
更优选的，所述萃取材料为具有磁性的核壳型介孔材料，尤其是内核材料为磁性材料，外壳材料为介孔的硅胶、表面键合硅胶或有机高聚物材料。
例如，所述萃取材料的内核选自包覆惰性材料的磁性颗粒、磁棒或磁片，所述惰性材料选自但不局限于没有介孔的聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、玻璃或陶瓷材料的一种或两种以上的组合，所述内核的体积不小于1立方毫米，优选的，所述外壳的体积为10-100立方毫米；
所述萃取材料的外壳为附着于所述内核上的表面具有介孔结构的核壳型磁性微粒，所述磁性微粒的平均粒径为100-5000nm，优选为200-1000nm；所述磁性微粒的内核为无孔的磁性材料，所述磁性微粒的外壳选自但不局限于介孔硅胶、介孔键合硅胶、介孔氧化铝、介孔氧化锆、介孔聚苯乙烯、介孔表面改性聚苯乙烯、介孔聚丙烯酸、介孔聚丙烯酸酯，所述介孔的平均孔径为3-30nm，优选的，所述介孔的平均孔径为6-12nm。
又如，所述萃取材料的内核的形状选自颗粒状、棒状或片状，所述内核的体积大于1立方毫米，优选为10-100立方毫米；所述内核包覆惰性材料，所述惰性材料选自但不局限于玻璃、陶瓷、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚四氟乙烯的一种或两种以上的组合，所述惰性材料的平均孔径大于5μm，优选的，所述惰性材料的平均孔径为20-200μm；
所述萃取材料的外壳为具有介孔结构的吸附材料微粒，所述吸附材料微粒嵌于所述内核的外表面；所述介孔的平均孔径为3-30nm，优选为6-12nm；所述吸附材料微粒的平均粒径为0.1-50μm，优选为2-20μm；所述吸附材料微粒的材料选自但不局限于介孔硅胶、介孔键合硅胶、介孔氧化铝、介孔氧化锆、介孔聚苯乙烯、介孔表面改性聚苯乙烯、介孔聚丙烯酸、介孔聚丙烯酸酯的一种或两种以上的组合。
优选的，所述萃取材料为磁性萃取材料。
综上所述，本发明中的萃取材料可以是根据实际萃取应用需求的任何特定分离选择性的萃取材料，只要满足以下特性：
1)体积不小于1立方毫米的萃取材料，或可以聚集为不小于1立方毫米的萃取材料，或可附着于不小于1立方毫米的载体上的萃取材料，例如：可以通过磁性将纳米或微米级的萃取材料聚集在容器底部或附着于一个较大的磁珠或磁棒或磁片上；其目的是在整个装置的使用中，避免微粒吸附材料被所述移液模块吸取，堵塞移液头，造成运行中断或目标物质的损失。
2)至少在萃取材料表面拥有介孔结构，所述平均孔径为3-30nm，优选为6-12nm，以便有效的通过体积排阻来去除生物液体样品中蛋白质、磷脂等生物大分子的基质干扰。
3)介孔内表面具备吸附或交换能力，以便对于小分子目标物质通过吸附/脱附或离子交换达到萃取和净化的目的。
优选的，所述萃取材料为核壳型的介孔材料，以便加快萃取平衡的速度，从而加快整个样品净化的过程；所述萃取材料的中部为实心或微孔的无机材料或高聚物材料，所述微孔的平均孔径小于3nm；所述萃取材料的外壳包覆具有介孔的无机或高聚物材料，所述介孔的平均孔径为3-30nm，更优选的，所述介孔的平均孔径为6-12nm。材料可以为任意形状，例如粒状、柱状或片状，体积一般不小于1立方毫米。
作为一种变通，也可以采用纳米或微米核壳型的磁性萃取材料，平均粒径为200-5000nm，优选为300-1000nm；内核的材料为磁性氧化铁或其它磁性材料，外壳材料选自介孔硅胶、介孔键合硅胶、介孔氧化铝、介孔氧化锆、介孔聚苯乙烯、介孔表面改性聚苯乙烯、介孔聚丙烯酸、介孔聚丙烯酸酯；通过容器外部或内部的磁力装置，可将纳米或微米级的磁性萃取材料聚集和保留在容器的某个部位，从而可以避免磁性萃取材料堵塞移液头。
作为另外一种变通，磁选萃取材料可由以下2部分组成：1)内部为体积不小于1立方毫米的(优选的10-100立方毫米)、外壳为惰性材料的磁性颗粒、磁棒或磁片，惰性材料可以是但不局限于没有介孔的聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯或其它惰性塑料，或玻璃、或惰性陶瓷材料；2)外部为在磁力下可以附着于内部的、表面具备介孔结构的核壳型磁性微粒，磁性微粒的平均粒径为100-5000nm，优选为200-1000nm，所述核壳型磁性微粒的内核为无孔的磁性材料，核壳型磁性微粒的外壳可选自但不局限于介孔硅胶、介孔键合硅胶、介孔氧化铝、介孔氧化锆、介孔聚苯乙烯、介孔表面改性聚苯乙烯、介孔聚丙烯酸、介孔聚丙烯酸酯，其中，介孔平均直径为3-30nm，优选为6-12nm。
作为再一种变通，磁性萃取材料也可以由以下2部分组成：1)内部为平均孔径大于5微米的惰性材料，平均孔径优选为20-200微米，惰性材料可选自但不局限于玻璃、陶瓷、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯的一种或两种以上的组合，内部的形状可以呈颗粒状、棒状、片状或其它形状，体积大于1立方毫米，优选的在10-100立方毫米；2)外部为嵌于内部的具有介孔结构的吸附材料微粒，平均孔径在3-30纳米之间，优选为6-12纳米，吸附材料微粒的平均粒径在0.1-50微米，优选为2-20微米，吸附材料微粒的材料可选自但不局限于介孔硅胶、介孔键合硅胶、介孔氧化铝、介孔氧化锆、介孔聚苯乙烯、介孔表面改性聚苯乙烯、介孔聚丙烯酸、介孔聚丙烯酸酯。
所述电源通过电路连接所述磁场搅拌器，所述电源选自室内交流用电或大功率蓄电池。
优选的，所述电源设置在搅拌器的下方或所述萃取工位模块的外部。
更优选的，每个所述萃取工位模块设有一个电源，便于分别控制不同萃取工位模块对于磁性萃取材料的吸引固定或搅拌的时间，使得操作更加灵活准确，提高萃取效率。
一个所述萃取工位模块完成一个待测样品的萃取的一般过程，即活化、萃取、淋洗和洗脱等步骤，优选的，所述萃取工位模块的数量为2-5个，可根据实际处理的样品总个数调整。
所述试剂工位模块的储存盘内部放置试剂瓶，每个试剂工位模块的试剂瓶中的试剂不同，例如，活化液、样品溶液、洗脱液、淋洗液、成品溶液。因此，优选的，所述试剂工位模块的数量为2-5个。
所述废液盒和废物盒沿第一导轨的运动方向排列，所述废液盒用于接收移液头从萃取工位模块吸取的各种液体，废物盒用于接收使用后的移液头，优选的，所述废液盒和废物盒设在萃取工位模块的旁边，废液盒和废物盒的数量根据实际处理的样品的总个数来调整。
使用时，所述移液模块从移液头工位模块处提取移液头后，移动到盛有样品溶液的试剂工位模块处，吸取样品溶液，然后所述移液模块移动到萃取工位模块处，将样品溶液放入对应转盘卡位的试剂瓶中，所述磁场搅拌器驱动试剂瓶中的磁性萃取材料在样品溶液中旋转，促进磁性萃取材料与样品溶液充分接触，萃取完后，磁场搅拌器停止搅拌，同时将磁性萃取材料吸附固定在试剂瓶底部，所述移液模块的移液头吸取试剂瓶中的剩余样品溶液，并移动到所述废液盒上方，将剩余样品溶液放入废液盒，移液模块再移动到废物盒上方，将使用后的移液头丢弃在废物盒中，至此完成吸附步骤。所述移液模块从移液头工位模块处提取新的移液头后，移动到盛有洗脱液的试剂工位模块处，吸取洗脱液，然后所述移液模块移动到萃取工位模块处，将洗脱液放入对应转盘卡位的同一个试剂瓶中，所述磁场搅拌器驱动试剂瓶中的磁性萃取材料在洗脱液中旋转，促进磁性萃取材料与洗脱液充分接触，萃取完后，磁场搅拌器停止搅拌，同时将磁性萃取材料吸附固定在试剂瓶底部，所述移液模块的移液头吸取试剂瓶中的洗脱液，并移动到盛有成品溶液的试剂工位模块上方，将洗脱液放入对应转盘卡位的试剂瓶中，制成成品溶液，移液模块再移动到废物盒上方，将使用后的移液头丢弃在废物盒中，至此完成洗脱步骤。
所述萃取和净化装置还包括控制装置，所述控制装置包括主控电路和控制按键，所述主控电路通过电路连接并控制所述第一导轨、第二导轨、限位开关、电源、传动机构、驱动电机和磁场搅拌器，优选的，所述主控电路还通过电路连接并控制所述转盘的卡位处的推动丢弃试剂瓶的装置。所述控制按键连接主控电路，方便操作人员操作所述控制装置。
优选的，所述控制装置还可以具有自检功能和进样功能，所述自检功能为自检全部移液模块是否完成萃取步骤的全部要求步骤，以及所述萃取和净化装置的各部件是否正常运行。所述进样功能为完成洗脱的试剂瓶通过进样装置，送入相关检测仪器，进行后续检测，所述进样装置根据实际检测仪器的种类和型号，选用市售的配套的进样装置。
本发明所述的试剂瓶可以由其他容器代替，例如，试剂盒、烧杯、离心管等，用于盛放磁性萃取材料、活化液、样品溶液、洗脱液或淋洗液等溶液。
本发明还提供了一种液体样品快速萃取和/或净化的方法，优选的，所述方法使用本发明提供的多个萃取/净化工作站串联方式。
所述方法包括以下步骤：
1)将样品溶液移入容器内，所述的容器内设有萃取材料，并且所述萃取材料颗粒能够在容器内发生位移；
2)使萃取材料与样品溶液充分接触并充分搅动，以实现吸附平衡；
3)将容器内的液体通过自动移液装置转移出去
4)通过移液装置将洗脱剂移入容器内；
5)使萃取材料颗粒与洗脱剂充分接触并充分搅动，以实现脱附平衡；
6)将容器内液体通过移液装置转移出容器并收集。
具体的操作步骤示例如下：
(1)移液模块S1通过所述第一导轨运动到所述移液头工位模块的位置，提取移液头；
(2)移液模块S1通过所述第一导轨运动到试剂工位模块G1处，提取样品溶液，同时，移液模块S2运动到所述移液头工位模块的位置，提取移液头；
(3)移液模块S1通过所述第一导轨运动到萃取工位模块处，将样品溶液放入对应的试剂瓶，所述磁场搅拌器搅拌，吸附后磁场搅拌器将磁性萃取材料吸附固定在试剂瓶底部，移液模块S1吸取剩余样品溶液，完成萃取步骤的第一个步骤；同时，移液模块S2运动到试剂工位模块G2处，吸取洗脱液，同时，移液模块S3运动到所述移液头工位模块的位置，提取移液头；
(4)移液模块S1通过所述第一导轨运动到废液盒上方，将剩余样品溶液放入废液盒，再运动到废物盒上方，将移液头放入废物盒；同时，移液模块S2运动到萃取工位模块处，将洗脱液放入对应的试剂瓶，所述磁场搅拌器搅拌，洗脱后磁场搅拌器将磁性萃取材料吸附固定在试剂瓶底部，移液模块S2吸取洗脱液，完成萃取步骤的第二个步骤；萃取工位模块处的试剂瓶和磁性萃取材料回收，再换入新的试剂瓶和磁性萃取材料，准备下一个样品的萃取净化；
(5)移液模块S2通过所述第一导轨运动到试剂工位模块G3处，将洗脱液放入成品液试剂瓶，移液模块S2再运动到废物盒上方，将移液头放入废物盒；同时，移液模块S3运动到试剂工位模块G1处，提取样品溶液，移液模块S1运动到移液头工位模块的位置，提取移液头，开始下一个成品液的制备。
每个成品液的制备过程中包括至少一次吸附和至少一次洗脱步骤。
优选的，所述成品液的制备过程中还包括一次活化步骤或一次淋洗步骤。
更优选的，所述成品液的制备过程中包括一次活化、一次吸附、一次淋洗和一次洗脱的步骤。
例如，上述方法中，试剂工位模块G1的容器中均为样品溶液，试剂工位模块G2的容器中均为洗脱液，试剂工位模块Gn的容器中为活化液、淋洗液等。本发明中所述活化液、洗脱液和淋洗液根据实际检测样品的物化性质，进行选择。
n选自3-20的整数，例如是3、4、5、6、8、10、12、15、18、20；
本发明还提供了所述萃取和净化装置在质谱、色谱或液质联用检测中的应用，所述应用为所述萃取和净化装置在样品预处理中的应用。
本发明提供的所述萃取和净化装置实现了多种类型临床样本的一键式全自动前处理、在线净化、自动进样、信息溯源、智能自检的功能，能有效解决质谱、色谱特别是液质联用检测在临床检测领域长期以来存在的问题和瓶颈，促进了先进检测技术真正广泛应用于临床检验领域。
附图说明
图1所示为移液模块的结构图。
图2所示为工位模块结构图。
图3所示为磁场搅拌器与试剂瓶的结构图。
图4所示为萃取和净化装置的侧视结构图。
具体实施方式
实施例1移液模块
本实施例的移液模块的结构图如图1所示，移液模块1包括注射泵2和第二导轨3，第二导轨3连接并能够带动注射泵2做上下运动。注射泵2底部设有第一接口201，当移液模块1运动到移液头工位模块7的上方时，注射泵2沿第二导轨3向下运动，使得移液头工位模块7中的移液头701的上开口能够紧密连接注射泵2的第一接口201，并随移液模块1运动到试剂工位模块9和萃取工位模块8处，注射泵2通过提供压力，使移液头701吸取或放出试剂。
注射泵2为移液头701提供负压，使移液头701从其下开口吸入试剂，然后，移液模块1移动到适当位置时，注射泵2为移液头701提供正压，使移液头701内的液体从其下开口排出。
第二导轨3的上部和下部设有限位开关4，限位开关4提示并控制注射泵2运动的上限和下限位置，防止注射泵2超过正常的移动范围，破坏移液模块1下方的工位模块，或移液模块1上方的第一导轨6。
第二导轨3的下部设有液面检测装置5，液面检测装置5包括压力传感器和电容传感器，液面检测装置5检测移液头701内部的液位，保证移液头701在每一个工位模块处能够正常吸取试剂，避免移液头701因注射泵2的压力不足而无法吸入试剂，或注射泵2的压力过大将移液头701内的液体进入注射泵2，或者移液模块1与工位模块的位置出现错误，而使得移液头701无法吸入试剂。
实施例2工位模块
本实施例的工位模块结构如图2所示，工位模块设置在移液模块1的下方，包括一个移液头工位模块7、一个萃取工位模块8和三个试剂工位模块9，移液头工位模块7、萃取工位模块8和试剂工位模块9沿着第一导轨6的运动方向顺序排列，即工位模块的位置能够与移液模块1的位置上下对应。三个试剂工位模块9分别用于盛放样品溶液、洗脱液和成品溶液。成品溶液为样品溶液经萃取和/或净化后形成的液体，可直接用于后续的高精度测试仪器。
工位模块包括转盘10、传动机构12和储存盘13，储存盘13底部镂空且一侧设有开口，传动机构12在储存盘13下方，转盘10的边缘设有一个凹陷的卡位1001，储存盘13的开口对应转盘10的卡位1001。
工位模块还包括驱动电机11，驱动电机11驱动转盘10在水平面上转动，卡位1001在转盘10边缘的位置具有开口，用于卡接试剂瓶1301。传动机构12为传送带，并设在储存盘13下方，并支撑储存盘13内部的试剂瓶1301。传动机构12和储存盘13设在转盘10的旁边，储存盘13的开口对应或对接转盘10的卡位1001的开口。
储存盘13为只具有侧面边框的框体，即储存盘13的顶面和底面镂空，储存盘13内放满试剂瓶1301，试剂瓶1301受传动机构12的支撑，并在传动机构12的带动下向储存盘13的开口运动，即储存盘13的位置固定，只有储存盘13中的试剂瓶1301随传动机构12运动。储存盘13的开口只允许一个试剂瓶1301通过，前一个试剂瓶1301在后一个试剂瓶1301的推动下移出储存盘13的开口并进入转盘10的卡位1001，卡位1001接受一个试剂瓶1301后，在驱动电机11的带动下，随转盘10转动到合适位置，等待对接移液模块1。
工位模块还包括废弃物盒，废弃物盒设在转盘10的卡位1001对应位置的下方，便于承接从卡位1001落下的试剂瓶1301。
转盘的卡位1001处设有推动丢弃试剂瓶1301的装置，该装置设在第一导轨6的下表面且对应卡位1001的位置，是一个能够上下运动的推杆，推杆向下运动可以抵住并向下推动卡位1001中的试剂瓶1301，将其推出卡位1001，落入转盘10下方的废弃物盒。
萃取工位模块8的部分结构如图3所示，萃取工位模块8是萃取和净化装置的核心萃取部件，且内部的每个试剂瓶1301中装有一定量的磁性萃取材料17，根据实际处理样品和萃取过程中使用的各种试剂的物化性质，确定每个试剂瓶1301中磁性萃取材料17的量。萃取工位模块8的转盘10的卡位1001下方设有磁场搅拌器16和电源，电源控制磁场搅拌器16对磁性萃取材料17的吸引固定和搅拌，电源通过电路连接磁场搅拌器16，电源为室内交流用电。
磁场搅拌器16能够控制磁性萃取材料17在试剂瓶1301中旋转搅拌，从而充分接触试剂，完成萃取过程的不同步骤，提高萃取效率；当电源控制磁场搅拌器16的磁场变化时，磁场搅拌器16能够吸引磁性萃取材料17，磁性萃取材料17吸附在试剂瓶1301的底部，不随试剂移动。
磁性萃取材料17为颗粒状、核壳型的介孔磁性萃取材料，以便加快萃取平衡的速度，从而加快整个萃取过程；磁性萃取材料17的中部为磁性氧化铁和硅胶，并具有2nm的微孔，磁性萃取材料201的外壳为介孔键合硅胶，并具有6nm的介孔。
实施例3萃取和净化装置
本实施例使用实施例1的移液模块1，实施例2的萃取工位模块8、试剂工位模块9和移液头工位模块7。
本实施例的萃取和净化装置的结构如图4所示，第一导轨6设置在移液模块1的上方，第二导轨3的顶端可拆卸地固定在第一导轨6上，本实施例的萃取和净化装置包括三个移液模块1，各个移液模块1依次顺序排列在第一导轨6上。第一导轨6为环形导轨，各个移液模块1在环形导轨上做圆环运动，便于实现连续萃取操作。
工位模块设置在移液模块1下方，包括一个移液头工位模块7、一个萃取工位模块8和三个萃取工位模块9。工位模块沿着第一导轨6的运动方向顺序排列且固定，移液模块1的注射泵2的第一接口201对应工位模块转盘10的卡位1001位置，便于移液头701进入试剂瓶1301中。
各个工位模块中的储存盘13中的试剂瓶13的数量均为38个。磁性萃取材料17均等份地放置在萃取工位模块8中的各个试剂瓶1301中。每个试剂工位模块9的试剂瓶1301中的试剂不同，分别盛放样品溶液、洗脱液和成品溶液。
每个工位模块下方还包括废弃物盒，废弃物盒设在每个工位模块转盘10的卡位1001对应位置的下方，便于承接从卡位1001落下的试剂瓶1301。转盘10的卡位1001处设有推动丢弃试剂瓶1301的装置。
推动丢弃试剂瓶1301的装置设在第一导轨6的下表面且对应卡位1001的位置，是一个能够上下运动的推杆，推杆向下运动可以抵住并向下推动卡位1001中的试剂瓶1301，将其推出卡位1001，落入转盘10下方的废弃物。
移液模块1通过第一导轨6运动到移液头工位模块7处，注射泵2在第二导轨3上向下运动，同时，移液头工位模块7的传动机构12带动储存盘13中的试剂瓶1301向开口运动，试剂瓶1301卡入转盘10的卡位1001中，转盘10带动试剂瓶1301旋转180度，等待移液模块1提取移液头701；注射泵2在第二导轨3上向下运动，第一接口201紧密连接移液头701的上开口，之后注射泵2向上运动，再运转到下一个试剂工位模块9处，同时，转盘10继续旋转90度，推杆将试剂瓶1301推出卡位1001，落入废弃物盒。
使用时，移液头工位模块7的储存盘13内部放置的每个试剂瓶的顶部放置一个移液头701。移液头701为上大下小的锥形容器，锥形容器具有两个优点：(1)试剂便于从移液头701底部吸入；(2)便于吸取体积较小的样品溶液，减少误差。移液头701能够伸入试剂工位模块9的试剂瓶1301中，根据移液模块1与试剂工位模块9的距离以及试剂瓶的深度，选择移液头701的长度。移液头701底端伸入试剂瓶1301三分之二高度的位置。
萃取工位模块8完成一个待测样品的萃取的萃取和洗脱过程。
废液盒15和废物盒14沿第一导轨6的运动方向排列，并设在萃取工位模块8的旁边，废液15用于接收移液头701从萃取工位模块8吸取的各种液体，废物盒14用于接收使用后的移液头701。
使用时，移液模块1从移液头工位模块7处提取移液701头后，移动到盛有样品溶液的试剂工位模块9处，吸取样品溶液，然后移液模块1移动到萃取工位模块8处，将样品溶液放入对应转盘卡位1001的试剂瓶1301中，磁场搅拌器16驱动试剂瓶1301中的磁性萃取材料17在样品溶液中旋转，促进磁性萃取材料17与样品溶液充分接触，萃取完后，磁场搅拌器16停止搅拌，同时将磁性萃取材料17吸附固定在试剂瓶1301底部，移液模块1的移液头701吸取试剂瓶中的剩余样品溶液，并移动到废液盒15上方，将剩余样品溶液放入废液盒15，移液模块1再移动到废物盒14上方，将使用后的移液头701丢弃在废物盒14中，至此完成吸附步骤。移液模块1从移液头工位模块7处提取新的移液头701后，移动到盛有洗脱液的试剂工位模块9处，吸取洗脱液，然后移液模块1移动到萃取工位模块8处，将洗脱液放入对应转盘卡位的同一个试剂瓶1301中，磁场搅拌器16驱动试剂瓶1301中的磁性萃取材料16在洗脱液中旋转，促进磁性萃取材料17与洗脱液充分接触，萃取完后，磁场搅拌器16停止搅拌，同时将磁性萃取材料17吸附固定在试剂瓶1301底部，移液模块1的移液头701吸取试剂瓶1301中的洗脱液，并移动到盛有成品溶液的试剂工位模块9上方，将洗脱液放入对应转盘卡位的试剂瓶1301中，制成成品溶液，移液模块1再移动到废物盒15上方，将使用后的移液头701丢弃在废物盒15中，至此完成洗脱步骤。
萃取和净化装置还包括控制装置，控制装置包括主控电路和控制按键，主控电路通过电路连接并控制第一导轨6、第二导轨3、限位开关5、电源、传动机构12、驱动电机11和磁场搅拌器16，主控电路还通过电路连接并控制转盘10的卡位1001处的推动丢弃试剂瓶的装置。控制按键连接主控电路，方便操作人员操作控制装置。
实施例4萃取和净化方法
附图中，1-移液模块，2-注射泵，201-第一接口，3-第二导轨，4-限位开关，5-液面检测装置，6-第一导轨，7-移液头工位模块，701-移液头，8-萃取工位模块，9-试剂工位模块，10-转盘，1001-卡位，11-驱动电机，12-传动机构，13-储存盘，1301-试剂瓶，14-废物盒，15-废液盒，16-磁场搅拌器，17-磁性吸附材料。
本实施例使用的萃取和净化装置包括一个移液头工位模块7、一个萃取工位模块8、三个试剂工位模块(G1-G3)和三个移液模块(S1-S3)，其它结构与实施例4的萃取和净化装置的结构相同。
本实施例的萃取和净化装置的使用方法如下：
(1)移液模块S1通过第一导轨6运动到移液头工位模块7的位置，提取移液头；
(2)移液模块S1通过第一导轨6运动到试剂工位模块G1处，提取样品溶液，同时，移液模块S2运动到移液头工位模块7的位置，提取移液头；
(3)移液模块S1通过第一导轨6运动到萃取工位模块8处，将样品溶液放入对应的试剂瓶，磁场搅拌器16搅拌，吸附后磁场搅拌器16将磁性萃取材料17吸附固定在试剂瓶底部，移液模块S1吸取剩余样品溶液，完成萃取步骤的吸附步骤；同时，移液模块S2运动到试剂工位模块G2处，吸取洗脱液，同时，移液模块S3运动到移液头工位模块7的位置，提取移液头；
(4)移液模块S1通过第一导轨6运动到废液盒15上方，将剩余样品溶液放入废液盒15，再运动到废物盒14上方，将移液头701放入废物盒14；同时，移液模块S2运动到萃取工位模块8处，将洗脱液放入对应的试剂瓶，磁场搅拌器16搅拌，洗脱后磁场搅拌器16将磁性萃取材料17吸附固定在试剂瓶底部，移液模块S2吸取洗脱液，完成萃取步骤的洗脱步骤；萃取工位模块处8的试剂瓶和磁性萃取材料回收，再换入新的试剂瓶和磁性萃取材料，准备下一个样品的萃取净化；
(5)移液模块S2通过第一导轨6运动到试剂工位模块G3处，将洗脱液放入成品液试剂瓶，移液模块S2再运动到废物盒14上方，将移液头701放入废物盒14；同时，移液模块S3运动到试剂工位模块G1处，提取样品溶液，移液模块S1运动到移液头工位模块7的位置，提取移液头，开始下一个成品液的制备。
以此类推，循环上述步骤，即可完成多个样品溶液的萃取净化。

Claims (15)

1.一种萃取和净化装置，其特征在于，所述萃取和净化装置包括至少一个移液模块、至少五个工位模块、废液盒、废物盒和第一导轨，所述移液模块或工位模块能在第一导轨上运动，所述工位模块设置在移液模块的下方，且包括至少一个移液头工位模块、至少一个萃取工位模块和至少三个试剂工位模块，所述工位模块、废液盒和废物盒沿第一导轨的运动方向排列；所述萃取工位模块的容器中设有萃取材料，萃取工位模块包括搅拌器和电源，使萃取材料能够在所述容器内发生位移，所述电源控制搅拌器对萃取材料的吸引固定和搅拌；所述移液模块包括液体驱动装置和第二导轨，所述液体驱动装置能在第二导轨上上下运动；
所述萃取材料的状态选自颗粒或粉末，所述颗粒的体积不小于1立方毫米，所述粉末聚集的体积不小于1立方毫米，或者所述粉末附着于不小于1立方毫米的载体上；
所述萃取材料的表面拥有介孔结构，所述介孔的平均孔径为3-30nm，所述介孔的内表面具有吸附或交换能力。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述萃取材料选自核壳型的介孔材料，所述萃取材料的内核为实心或具有微孔的无机材料或高聚物材料，所述微孔的平均孔径小于3nm；
所述萃取材料的外壳为具有介孔的无机或高聚物材料，具有吸附或交换能力，所述介孔的平均孔径优选为3-30nm，优选的，所述介孔的平均孔径为6-12nm。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述萃取材料的内核材料选自硅胶、氧化铝、磁性氧化铁、氧化锆、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、纤维素或淀粉；
所述萃取材料的外壳材料选自介孔硅胶、介孔键合硅胶、介孔氧化铝、介孔氧化锆、介孔聚苯乙烯、介孔表面改性聚苯乙烯、介孔聚丙烯酸或介孔聚丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述萃取材料为磁性萃取材料。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述萃取材料的内核选自包覆惰性材料的磁性颗粒、磁棒或磁片，所述惰性材料选自没有介孔的聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、玻璃或陶瓷材料的一种或两种以上的组合，所述内核的体积不小于1立方毫米，优选的，所述外壳的体积为10-100立方毫米；
所述萃取材料的外壳为附着于所述内核上的表面具有介孔结构的核壳型磁性微粒，所述磁性微粒的平均粒径为100-5000nm，优选为200-1000nm；所述磁性微粒的内核为无孔的磁性材料，所述磁性微粒的外壳选自介孔硅胶、介孔键合硅胶、介孔氧化铝、介孔氧化锆、介孔聚苯乙烯、介孔表面改性聚苯乙烯、介孔聚丙烯酸、介孔聚丙烯酸酯，所述介孔的平均孔径为3-30nm，优选的，所述介孔的平均孔径为6-12nm。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述萃取材料的内核的形状选自颗粒状、棒状或片状，所述内核的体积大于1立方毫米，优选为10-100立方毫米；所述内核包覆惰性材料，所述惰性材料选自玻璃、陶瓷、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚四氟乙烯的一种或两种以上的组合，所述惰性材料的平均孔径大于5μm，优选的，所述惰性材料的平均孔径为20-200μm；
所述萃取材料的外壳为具有介孔结构的吸附材料微粒，所述吸附材料微粒嵌于所述内核的外表面；所述介孔的平均孔径为3-30nm，优选为6-12nm；所述吸附材料微粒的平均粒径为0.1-50μm，优选为2-20μm；所述吸附材料微粒的材料选自介孔硅胶、介孔键合硅胶、介孔氧化铝、介孔氧化锆、介孔聚苯乙烯、介孔表面改性聚苯乙烯、介孔聚丙烯酸、介孔聚丙烯酸酯的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的萃取和净化装置，其特征在于，所述移液模块的液体驱动装置的底部设有第一接口，所述液体驱动装置沿第二导轨向下运动，使得移液头工位模块中的移液头的上开口能够紧密连接所述第一接口，并随移液模块运动到所述试剂工位模块和萃取工位模块处，所述液体驱动装置通过提供压力，使移液头吸取或放出试剂。
8.根据权利要求1所述的萃取和净化装置，其特征在于，所述第一导轨设置在所述移液模块的上方，所述第二导轨的顶端可拆卸地固定在第一导轨上；所述第一导轨的形状选自条形或环形。
9.根据权利要求1所述的萃取和净化装置，其特征在于，所述工位模块包括转盘、传动机构和储存盘，所述储存盘底部镂空且一侧设有开口，所述传动机构设在储存盘下方，所述转盘的边缘设有至少一个凹陷的卡位，所述储存盘的开口对应转盘的卡位。
10.根据权利要求9所述的萃取和净化装置，其特征在于，所述工位模块还包括驱动电机，所述驱动电机驱动所述转盘在水平面上转动，所述卡位在转盘边缘的位置具有开口，用于卡接试剂瓶；所述驱动电机设置在所述转盘的下方。
11.根据权利要求9所述的萃取和净化装置，其特征在于，所述储存盘为只具有侧面边框的框体，储存盘位置固定，只有储存盘中的试剂瓶随传动机构运动。
12.根据权利要求11所述的萃取和净化装置，其特征在于，所述萃取工位模块内部的每个试剂瓶中装有磁性萃取材料，所述萃取工位模块的转盘的卡位下方设有磁场搅拌器和电源，所述电源控制磁场搅拌器对磁性萃取材料的吸引固定和搅拌，当所述电源控制磁场搅拌器的磁场变化时，所述磁场搅拌器能够吸引磁性萃取材料，所述磁性萃取材料吸附在试剂瓶的底部，不随试剂移动。
13.根据权利要求10和12任一项所述的萃取和净化装置，其特征在于，所述萃取和净化装置还包括控制装置，所述控制装置包括主控电路和控制按键，所述主控电路通过电路连接并控制所述第一导轨、第二导轨、电源、传动机构、驱动电机和磁场搅拌器，所述控制按键连接主控电路。
14.一种萃取和净化的方法，其特征在于，所述萃取和净化方法包括以下步骤：
(1)移液模块S1通过所述第一导轨运动到所述移液头工位模块的位置，提取移液头；
(2)移液模块S1通过所述第一导轨运动到试剂工位模块G1处，提取样品溶液，同时，移液模块S2运动到所述移液头工位模块的位置，提取移液头；
(3)移液模块S1通过所述第一导轨运动到萃取工位模块处，将样品溶液放入对应的试剂瓶，所述磁场搅拌器搅拌，吸附后磁场搅拌器将磁性萃取材料吸附固定在试剂瓶底部，移液模块S1吸取剩余样品溶液，完成萃取步骤的第一个步骤；同时，移液模块S2运动到试剂工位模块G2处，吸取洗脱液，同时，移液模块S3运动到所述移液头工位模块的位置，提取移液头；
(4)移液模块S1通过所述第一导轨运动到废液盒上方，将剩余样品溶液放入废液盒，再运动到废物盒上方，将移液头放入废物盒；同时，移液模块S2运动到萃取工位模块处，将洗脱液放入对应的试剂瓶，所述磁场搅拌器搅拌，洗脱后磁场搅拌器将磁性萃取材料吸附固定在试剂瓶底部，移液模块S2吸取洗脱液，完成萃取步骤的第二个步骤；萃取工位模块处的试剂瓶和磁性萃取材料回收，再换入新的试剂瓶和磁性萃取材料，准备下一个样品的萃取净化；
(5)移液模块S2通过所述第一导轨运动到试剂工位模块G3处，将洗脱液放入成品液试剂瓶，移液模块S2再运动到废物盒上方，将移液头放入废物盒；同时，移液模块S3运动到试剂工位模块G1处，提取样品溶液，移液模块S1运动到移液头工位模块的位置，提取移液头，开始下一个成品液的制备。
15.权利要求1-13所述的萃取和净化装置在质谱、色谱或液质联用检测中的应用，其特征在于，所述应用为所述萃取和净化装置在样品预处理中的应用。
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