CN112094839A - 一种自动化细胞磁分选方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动化细胞磁分选方法，包括以下步骤：对带间隙的磁栅施加外部磁场，使得磁栅的间隙处产生磁场微空间，将细胞样本通过磁栅的磁场微空间；在保持外部磁场的状态下，对磁栅的磁场微空间通过缓冲液，对吸附的磁性标记细胞进行冲洗；撤销外部磁场，对磁栅的间隙通过缓冲液，将磁性标记细胞冲下；应用本发明的细胞分选方法，能够简单高效的获取高纯度的磁性标记细胞，能够满足细胞生物学和细胞医学领域对细胞纯度和细胞活性的需求。

Description

一种自动化细胞磁分选方法和装置
技术领域
本发明涉及细胞分选技术领域，更具体地说，涉及一种自动化细胞磁分选方法和装置。
背景技术
细胞分选技术是细胞生物学、细胞医学的关键技术，广泛应用于医院和研究中心；目前细胞分选技术主要有：滤筛分选法、密度离心分选法、流式细胞分选法、免疫磁珠细胞分选法等；然而，针对干细胞与免疫细胞研究与医疗领域，基于干细胞和免疫细胞应用的特殊性，滤筛分选、密度离心分选的细胞分选纯度很难满足应用需求，而流式细胞分选法在分选效率上又很难满足应用的需求，其高昂的试剂成本也阻碍了技术的医学临床推广应用；因此，在细胞生物与细胞医学领域迫切需要新型的细胞分选方式方法来解决行业技术瓶颈。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种自动化细胞磁分选方法，还提供了一种自动化细胞磁分选装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种自动化细胞磁分选方法，其包括以下步骤：
第一步：对带间隙的磁栅施加外部磁场，使得磁栅的间隙处产生磁场微空间，将细胞样本通过磁栅的磁场微空间；
第二步：在保持外部磁场的状态下，对磁栅的磁场微空间通过缓冲液，对吸附的磁性标记细胞进行冲洗；
第三步：撤销外部磁场，对磁栅的间隙通过缓冲液，将磁性标记细胞冲下。
本发明所述的自动化细胞磁分选方法，其中，还包括方法：在磁栅的两端设置加样针和缓冲腔，所述加样针的内孔、所述磁栅的间隙以及所述缓冲腔依次连通并形成供细胞样本通过的流道；通过改变所述缓冲腔内的气压，实现细胞样本和缓冲液通过磁栅的间隙的操作。
本发明所述的自动化细胞磁分选方法，其中，还包括方法：设置管体安装所述磁栅，在所述管体上成型所述加样针和所述缓冲腔。
本发明所述的自动化细胞磁分选方法，其中，还包括方法：在所述管体上成型对所述缓冲腔抽放气的气路接口，以及位于所述缓冲腔和所述气路接口之间的透气阀。
本发明所述的自动化细胞磁分选方法，其中，还包括方法：设置定量气泵、多通道上样模块、分选模块和微电脑控制系统；所述多通道上样模块上设置有细胞样本液管和缓冲液管。
本发明所述的自动化细胞磁分选方法，其中，所述第一步的具体实施方法为：
所述微电脑控制系统控制所述分选模块运行使得所述加样针伸入到所述细胞样本液管内，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成负压，将所述细胞样本液管内的细胞样本经所述加样针和所述磁栅抽入所述缓冲腔内；
所述微电脑控制系统根据设置的参数将规定强度的外部磁场施加到所述磁栅的外部，所述磁栅的间隙中形成磁场微空间，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成正压，将缓冲腔内的细胞样本排回所述细胞样本液管，排回过程中所述磁场微空间吸附磁性标记细胞。
本发明所述的自动化细胞磁分选方法，其中，所述第二步的具体实施方法为：
所述微电脑控制系统控制保持外部磁场施加在所述磁栅上的状态下，所述微电脑控制系统控制所述分选模块运行使得所述加样针伸入到所述缓冲液管内，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成负压，将所述缓冲液管内的缓冲液经所述加样针和所述磁栅抽入所述缓冲腔内；
所述微电脑控制系统控制分选模块运行使得所述加样针伸入到所述细胞样本液管内，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成正压，将缓冲腔内的缓冲液排入所述细胞样本液管。
本发明所述的自动化细胞磁分选方法，其中，所述多通道上样模块上还设置有阳性收集管；所述第三步的具体实施方法为：
所述微电脑控制系统控制保持外部磁场施加在所述磁栅上的状态下，所述微电脑控制系统控制分选模块运行使得所述加样针伸入到所述缓冲液管内，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成负压，将所述缓冲液管内的缓冲液经所述加样针和所述磁栅抽入所述缓冲腔内；
所述微电脑控制系统控制分选模块运行使得所述加样针伸入到所述阳性收集管内，所述微电脑控制系统控制关闭或移开外部磁场使得所述磁栅消磁，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成正压，将所述缓冲腔内的缓冲液排入所述阳性收集管。
本发明所述的自动化细胞磁分选方法，其中，还包括方法：所述多通道上样模块上还设置有冲洗液管和废液管；
所述微电脑控制系统控制所述分选模块运行使得所述加样针伸入到所述冲洗液管内，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成负压，将所述冲洗液管内的冲洗液所述加样针和所述磁栅抽入所述缓冲腔内；
所述微电脑控制系统控制所述分选模块运行使得所述加样针伸入到所述废液管内，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成正压，将所述缓冲腔内的冲洗液排入所述废液管。
一种自动化细胞磁分选装置，用于实现上述的自动化细胞磁分选方法，其中，包括可控磁场、定量气泵、多通道上样模块、分选模块、微电脑控制系统和分选磁栅管；
所述分选磁栅管包括带间隙的磁栅以及通过所述磁栅的间隙的流道，所述磁栅的间隙在所述可控磁场磁力作用下产生磁场微空间；
所述可控磁场由所述微电脑控制系统控制为所述磁栅施加外部磁场；
所述定量气泵由所述微电脑控制系统控制为所述流道提供正负气压；
所述多通道上样模块上设置有细胞样本液管、缓冲液管和阳性收集管；
所述分选模块由所述微电脑控制系统控制带动所述分选磁栅管伸入和移出所述细胞样本液管、所述缓冲液管和所述阳性收集管。
本发明所述的自动化细胞磁分选装置，其中，所述分选磁栅管包括管体，所述磁栅安装在所述管体内；所述管体上成型分别有位于所述磁栅两端的加样针和缓冲腔，所述加样针的内孔、所述磁栅的间隙以及所述缓冲腔依次连通并形成所述流道。
本发明所述的自动化细胞磁分选装置，其中，所述管体上成型对所述缓冲腔抽放气的气路接口，以及位于所述缓冲腔和所述气路接口之间的透气阀。
本发明所述的自动化细胞磁分选装置，其中，所述分选模块包括带动所述多通道上样模块在横向平面移动的二维滑台和带动所述分选磁栅管纵向移动的升降组件。
本发明的有益效果在于：应用本发明的细胞分选方法，能够简单高效的获取高纯度的磁性标记细胞，能够满足细胞生物学和细胞医学领域对细胞纯度和细胞活性的需求。
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，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，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，还可以根据这些附图获得其他附图：
图1是本发明较佳实施例的自动化细胞磁分选方法流程图；
图2是本发明较佳实施例的自动化细胞磁分选方法磁栅结构示意图；
图3是本发明较佳实施例的自动化细胞磁分选装置正视图；
图4是本发明较佳实施例的自动化细胞磁分选装置侧视图；
图5是本发明较佳实施例的自动化细胞磁分选装置轴侧视图；
图6是本发明较佳实施例的自动化细胞磁分选装置上样与阴性收集过程示意图；
图7是本发明较佳实施例的自动化细胞磁分选装置冲洗过程示意图；
图8是本发明较佳实施例的自动化细胞磁分选装置阳性收集过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明较佳实施例的自动化细胞磁分选方法，如图1所示，同时参阅图2，包括以下步骤：
S01：对带间隙的磁栅施加外部磁场，使得磁栅的间隙处产生磁场微空间，将细胞样本通过磁栅的磁场微空间；
S02：在保持外部磁场的状态下，对磁栅的磁场微空间通过缓冲液，对吸附的磁性标记细胞进行冲洗；
S03：撤销外部磁场，对磁栅的间隙通过缓冲液，将磁性标记细胞冲下；
应用本发明的细胞分选方法，能够简单高效的获取高纯度的磁性标记细胞，能够满足细胞生物学和细胞医学领域对细胞纯度和细胞活性的需求。
优选的，还包括方法：在磁栅的两端设置加样针和缓冲腔，；通过改变缓冲腔内的气压，实现细胞样本和缓冲液通过磁栅的间隙的操作；
较佳的，磁栅1由多片纯铁栅页10叠加构成，纯铁栅页10上设置有多个并排的柱状体100，柱状体朝向其邻近的纯铁栅页的一侧表面成型有棱边101，相邻的两个纯铁栅页上相邻近的两个柱状体上的棱边平行贴合且贴合后围成的夹角在30-60度；同一纯铁栅页上的相邻柱状体的间距在0.1-0.5mm；通过外加磁场对磁栅本体磁化，在两个棱边贴合处的尖锐处磁场强度会大幅增强形成强磁区域202，而在两个棱边贴合围成的区域内远离尖锐处的位置则形成狭长扁圆的弱磁场区域201，利于无磁细胞通过和捕获磁性标记细胞，同时规则排列的细胞样本通道，可以减少细胞样本的非磁性滞留，能够捕获直径20纳米至50纳米的微小磁珠，以及50纳米以上的磁珠；
设置加样针以便于伸入至试管内吸取以及排出试液，设置缓冲腔以存储吸入的试液；通过加样针的内孔、磁栅的间隙以及缓冲腔依次连通并形成供细胞样本通过的流道的设置，试液吸入存储以及排出过程中都会经过磁栅的间隙，保障分选效率以及操作的简洁。
优选的，还包括方法：设置管体安装磁栅，在管体上成型加样针和缓冲腔；
整体性好，便于加工装配以及移动，制作成本较低。
优选的，还包括方法：在管体上成型对缓冲腔抽放气的气路接口，以及位于缓冲腔和气路接口之间的透气阀；便于与气泵进行连接装配，同时设置透气阀能够防止缓冲腔内液体进入气路，还能够防止气路中杂物进入缓冲腔。
优选的，还包括方法：设置定量气泵、多通道上样模块、分选模块和微电脑控制系统；多通道上样模块上设置有细胞样本液管和缓冲液管；便于进行自动化操作，以方便快捷的实现多组分细胞全自动磁性分选；
需要说明的是，其中分选模块用于驱动加样针、磁栅以及缓冲腔构成的组合体与多通道上样模块上各液管之间的相对移动，驱动时，可以单独的移动组合体，也可以单独的移动多通道上样模块，还可以同时移动组合体以及多通道上样模块，上述变换方式均属于本申请保护范围。
优选的，（参见图6），第一步的具体实施方法为：
微电脑控制系统控制分选模块运行使得加样针伸入到细胞样本液管内，微电脑控制系统控制定量气泵将缓冲腔内的气压调节成负压，将细胞样本液管内的细胞样本经加样针和磁栅抽入缓冲腔内；
微电脑控制系统根据设置的参数将规定强度的外部磁场施加到磁栅的外部，磁栅的间隙中形成磁场微空间，微电脑控制系统控制定量气泵将缓冲腔内的气压调节成正压，将缓冲腔内的细胞样本排回细胞样本液管，排回过程中磁场微空间吸附磁性标记细胞；
自动化程度高，能够快速的将细胞样本中的磁性标记细胞分选出来，且能够保障细胞活性较好。
优选的，（参见图7），第二步的具体实施方法为：
微电脑控制系统控制保持外部磁场施加在磁栅上的状态下，微电脑控制系统控制分选模块运行使得加样针伸入到缓冲液管内，微电脑控制系统控制定量气泵将缓冲腔内的气压调节成负压，将缓冲液管内的缓冲液经加样针和磁栅抽入缓冲腔内；
微电脑控制系统控制分选模块运行使得加样针伸入到细胞样本液管内，微电脑控制系统控制定量气泵将缓冲腔内的气压调节成正压，将缓冲腔内的缓冲液排入细胞样本液管；
自动化程度高，能够快速的对分选出来的磁性标记细胞进行冲洗，去除磁性微空间中残留的无磁性标记细胞，保障获取细胞的纯度。
优选的，（参见图8），多通道上样模块上还设置有阳性收集管；第三步的具体实施方法为：
微电脑控制系统控制保持外部磁场施加在磁栅上的状态下，微电脑控制系统控制分选模块运行使得加样针伸入到缓冲液管内，微电脑控制系统控制定量气泵将缓冲腔内的气压调节成负压，将缓冲液管内的缓冲液经加样针和磁栅抽入缓冲腔内；
微电脑控制系统控制分选模块运行使得加样针伸入到阳性收集管内，微电脑控制系统控制关闭或移开外部磁场使得磁栅消磁，微电脑控制系统控制定量气泵将缓冲腔内的气压调节成正压，将缓冲腔内的缓冲液排入阳性收集管；
自动化程度高，能够快速的将捕获的磁性标记细胞排入阳性收集管中，完成阳性收集过程。
优选的，还包括方法：多通道上样模块上还设置有冲洗液管和废液管；
微电脑控制系统控制分选模块运行使得加样针伸入到冲洗液管内，微电脑控制系统控制定量气泵将缓冲腔内的气压调节成负压，将冲洗液管内的冲洗液加样针和磁栅抽入缓冲腔内；
微电脑控制系统控制分选模块运行使得加样针伸入到废液管内，微电脑控制系统控制定量气泵将缓冲腔内的气压调节成正压，将缓冲腔内的冲洗液排入废液管；
自动化程度高，能够实现加样针、磁栅以及缓冲腔的自动冲洗；根据需要，上述的冲洗过程可以反复多次，以保障冲洗效果。
一种自动化细胞磁分选装置，用于实现上述的自动化细胞磁分选方法，如图3所示，同时参阅图4-8，包括可控磁场2、定量气泵3、多通道上样模块4、分选模块、微电脑控制系统5和分选磁栅管6；
分选磁栅管6包括带间隙的磁栅62（磁栅结构优选的采用说明书附图2中磁栅结构）以及通过磁栅的间隙的流道，磁栅的间隙在可控磁场磁力作用下产生磁场微空间；
可控磁场2由微电脑控制系统5控制为磁栅施加外部磁场；
定量气泵3由微电脑控制系统5控制为流道提供正负气压；
多通道上样模块4上设置有细胞样本液管40、缓冲液管41和阳性收集管42；
分选模块由微电脑控制系统控制带动分选磁栅管6伸入和移出细胞样本液管40、缓冲液管41和阳性收集管42；
便于进行自动化控制实现上述的自动化细胞磁分选方法，简单高效，且能够用于进行多组的细胞分选自动化操作；
可控磁场2优选的采用电磁体或永磁体构成，通过控制电磁体电流或通过步进电机控制永磁体位置实现量化可控磁场强度；
定量气泵3优选的由步进电机30和气缸活塞31构成，通过步进电机带动气缸活塞运动来产生正负气压可精确控制气缸运动位置和运动速度；
微电脑控制系统5优选的采用逻辑控制器50和动作执行卡51组成；逻辑控制器50存储运行参数并按参数对分选过程进行逻辑控制，动作执行卡51负责进行电机驱动和继电器动作；
优选的，分选磁栅管6包括管体，磁栅62安装在管体内；管体上成型分别有位于磁栅62两端的加样针61和缓冲腔63，加样针61的内孔、磁栅62的间隙以及缓冲腔63依次连通并形成流道；设置加样针以便于伸入至试管内吸取以及排出试液，设置缓冲腔以存储吸入的试液；通过加样针的内孔、磁栅的间隙以及缓冲腔依次连通并形成供细胞样本通过的流道的设置，试液吸入存储以及排出过程中都会经过磁栅的间隙，保障分选效率以及操作的简洁。
优选的，管体上成型对缓冲腔抽放气的气路接口65，以及位于缓冲腔和气路接口之间的透气阀64；便于进行气路的快速连接装配，以及防止细胞样本进入气路和防止气路中杂质进入细胞样本。
优选的，分选模块包括带动多通道上样模块4在横向平面移动的二维滑台70和带动分选磁栅管6纵向移动的升降组件71；分选模块用于驱动加样针、磁栅以及缓冲腔构成的组合体与多通道上样模块上各液管之间的相对移动，可以理解的，分选模块可以采用上述方式，也可以单独的移动组合体，或者单独的移动多通道上样模块，上述变换方式均属于本申请保护范围；
较佳的，升降组件71上设置有对分选磁栅管6进行夹持的夹持组件710；
较佳的，多通道上样模块4上还设置有冲洗液管（图中未标识）和废液管43；
微电脑控制系统控制分选模块运行使得加样针伸入到冲洗液管内，微电脑控制系统控制定量气泵将缓冲腔内的气压调节成负压，将冲洗液管内的冲洗液加样针和磁栅抽入缓冲腔内；
微电脑控制系统控制分选模块运行使得加样针伸入到废液管内，微电脑控制系统控制定量气泵将缓冲腔内的气压调节成正压，将缓冲腔内的冲洗液排入废液管。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种自动化细胞磁分选方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：对带间隙的磁栅施加外部磁场，使得磁栅的间隙处产生磁场微空间，将细胞样本通过磁栅的磁场微空间；
第二步：在保持外部磁场的状态下，对磁栅的磁场微空间通过缓冲液，对吸附的磁性标记细胞进行冲洗；
第三步：撤销外部磁场，对磁栅的间隙通过缓冲液，将磁性标记细胞冲下；
在磁栅的两端设置加样针和缓冲腔，所述加样针的内孔、所述磁栅的间隙以及所述缓冲腔依次连通并形成供细胞样本通过的流道；通过改变所述缓冲腔内的气压，实现细胞样本和缓冲液通过磁栅的间隙的操作。
2.根据权利要求1所述的自动化细胞磁分选方法，其特征在于，设置管体安装所述磁栅，在所述管体上成型所述加样针和所述缓冲腔；在所述管体上成型对所述缓冲腔抽放气的气路接口，以及位于所述缓冲腔和所述气路接口之间的透气阀。
3.根据权利要求2所述的自动化细胞磁分选方法，其特征在于，设置定量气泵、多通道上样模块、分选模块和微电脑控制系统；所述多通道上样模块上设置有细胞样本液管和缓冲液管。
4.根据权利要求3所述的自动化细胞磁分选方法，其特征在于，所述第一步的具体实施方法为：
所述微电脑控制系统控制所述分选模块运行使得所述加样针伸入到所述细胞样本液管内，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成负压，将所述细胞样本液管内的细胞样本经所述加样针和所述磁栅抽入所述缓冲腔内；
所述微电脑控制系统根据设置的参数将规定强度的外部磁场施加到所述磁栅的外部，所述磁栅的间隙中形成磁场微空间，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成正压，将缓冲腔内的细胞样本排回所述细胞样本液管，排回过程中所述磁场微空间吸附磁性标记细胞。
5.根据权利要求3所述的自动化细胞磁分选方法，其特征在于，所述第二步的具体实施方法为：
所述微电脑控制系统控制保持外部磁场施加在所述磁栅上的状态下，所述微电脑控制系统控制所述分选模块运行使得所述加样针伸入到所述缓冲液管内，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成负压，将所述缓冲液管内的缓冲液经所述加样针和所述磁栅抽入所述缓冲腔内；
所述微电脑控制系统控制分选模块运行使得所述加样针伸入到所述细胞样本液管内，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成正压，将缓冲腔内的缓冲液排入所述细胞样本液管。
6.根据权利要求3所述的自动化细胞磁分选方法，其特征在于，所述多通道上样模块上还设置有阳性收集管；所述第三步的具体实施方法为：
所述微电脑控制系统控制保持外部磁场施加在所述磁栅上的状态下，所述微电脑控制系统控制分选模块运行使得所述加样针伸入到所述缓冲液管内，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成负压，将所述缓冲液管内的缓冲液经所述加样针和所述磁栅抽入所述缓冲腔内；
所述微电脑控制系统控制分选模块运行使得所述加样针伸入到所述阳性收集管内，所述微电脑控制系统控制关闭或移开外部磁场使得所述磁栅消磁，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成正压，将所述缓冲腔内的缓冲液排入所述阳性收集管。
7.根据权利要求3所述的自动化细胞磁分选方法，其特征在于，所述多通道上样模块上还设置有冲洗液管和废液管；
所述微电脑控制系统控制所述分选模块运行使得所述加样针伸入到所述冲洗液管内，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成负压，将所述冲洗液管内的冲洗液所述加样针和所述磁栅抽入所述缓冲腔内；
所述微电脑控制系统控制所述分选模块运行使得所述加样针伸入到所述废液管内，所述微电脑控制系统控制所述定量气泵将所述缓冲腔内的气压调节成正压，将所述缓冲腔内的冲洗液排入所述废液管。
8.一种自动化细胞磁分选装置，用于实现权利要求1-7任一所述的自动化细胞磁分选方法，其特征在于，包括可控磁场、定量气泵、多通道上样模块、分选模块、微电脑控制系统和分选磁栅管；
所述分选磁栅管包括带间隙的磁栅以及通过所述磁栅的间隙的流道，所述磁栅的间隙在所述可控磁场磁力作用下产生磁场微空间；
所述可控磁场由所述微电脑控制系统控制为所述磁栅施加外部磁场；
所述定量气泵由所述微电脑控制系统控制为所述流道提供正负气压；
所述多通道上样模块上设置有细胞样本液管、缓冲液管和阳性收集管；
所述分选模块由所述微电脑控制系统控制带动所述分选磁栅管伸入和移出所述细胞样本液管、所述缓冲液管和所述阳性收集管。
9.根据权利要求8所述的自动化细胞磁分选装置，其特征在于，所述分选磁栅管包括管体，所述磁栅安装在所述管体内；所述管体上成型分别有位于所述磁栅两端的加样针和缓冲腔，所述加样针的内孔、所述磁栅的间隙以及所述缓冲腔依次连通并形成所述流道；所述管体上成型对所述缓冲腔抽放气的气路接口，以及位于所述缓冲腔和所述气路接口之间的透气阀；所述分选模块包括带动所述多通道上样模块在横向平面移动的二维滑台和带动所述分选磁栅管纵向移动的升降组件。
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