CN112980648B - 一种高通量磁珠快速转移器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高通量磁珠快速转移器，包括上、中、下三层的转移器本体，上层和中层通过旋转轴可转动连接，上层嵌设有强磁铁，中层活动设置有微针阵列，微针阵列底部设置在中层下表面且端部指向下层，中层和下层通过相匹配的锚定装置可拆分连接，下层设置有用于固定孔板的孔板插槽，孔板插槽下方设置有用于放置磁铁的空槽。本发明具有高通量优势，可以一次性对多个孔进行同样的操作，同时能够实现磁珠的快速吸附和释放。

Description

一种高通量磁珠快速转移器

技术领域

本发明属于生物检测装置技术领域，尤其涉及一种高通量磁珠快速转移器。

背景技术

微米级生物磁珠在医药、生物、化学研究中得到了广泛应用。例如，磁性微球是化学发光免疫检测的重要原材料，在分离待测物中起到重要的作用。磁性微球的粒径约为1μm，表面可以采用特殊的聚合物进行修饰，使其羧基含量更高，具有极高的亲水性。通过EDC反应可以将表面羧基活化，进而将抗体或者其他蛋白高效、稳定的偶联在磁性微球表面，达到对蛋白的特异性捕获。不仅如此，磁性微球磁性物质含量达到了50％，因此通过磁性材料的吸引，可以快速的将待测物与样本分离，有效提高工作效率。生物磁性微球的应用主要包括：1、生物磁分离；2、蛋白质吸附、固定；3、磁免疫检测等。今年来，为了在单细胞测序实验中对大量的单细胞样本进行特异性标记，磁性微球发挥了至关重要的作用。通过EDC和PCR反应磁性微球上可以连接上不同的条形码序列，使得磁珠具有多样性。

然而，磁珠的体积很小，质量很轻，因此在磁珠的各项反应中，需要去除反应溶剂而不会导致磁珠混合在液体中被一并吸走。目前大部分的方法都是利用磁珠的物理属性(磁性)来对磁珠进行固定以防止上述情况的发生。该方法首先通过磁力架将磁珠固定在孔板底部，然后利用移液器吸去上清液。

然而，通过磁力架来固定磁珠的方法仍存在较多问题：(1)磁力架的规格较少，对于高通量的磁珠合成实验，需要使用384孔板来进行反应。而传统的方法使用的磁力架只有96根磁柱，因此每4个孔需要共用一根磁柱；(2)很多反应中，磁珠需要在高温下(如95℃)进行反应，并且要求在反应体系转移的过程中，保持一定的温度，以防止反应的失败。然而，大多数磁力架并不支持高温环境，在高温下磁力架的磁性降低，磁珠很容易在转移反应溶剂的过程中被吸走。(3)反应中需要转移磁珠时，需要使用移液器或多道移液器进行操作，增加转移时间，影响实验结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的问题，提供一种高通量磁珠快速转移器。

本发明采用的技术方案如下：

一种高通量磁珠快速转移器，包括上、中、下三层的转移器本体，上层和中层通过旋转轴可转动连接，上层嵌设有强磁铁，中层活动设置有微针阵列，微针阵列底部设置在中层下表面且端部指向下层，中层和下层通过相匹配的锚定装置可拆分连接，下层设置有用于固定孔板的孔板插槽，孔板插槽下方设置有用于放置磁铁的空槽。

进一步地，强磁铁能够绕旋转轴转动，使得磁铁与孔板的相对位置改变。强磁铁数量为3-5块，其能够绕旋转轴旋转至孔板的正上方。

进一步地，锚定装置包括设置在中层微针阵列外周的多根锚定柱和设置在底层的锚定孔，锚定柱活动插入锚定孔中用以定位和固定。优选分别在微针阵列外周四角各设置一根锚定柱，并在底层的相应位置设定锚定孔。

进一步地，微针阵列外周设置有缓冲装置。

进一步地，缓冲装置为多根固定设置在中层下表面的弹簧。优选分别在微针阵列外周四角各设置一根弹簧。

进一步地，上层设置有便于抓握的扶手，用于方便提起转移器本体的上层和中层。

进一步地，微针阵列中的微针材质为软磁。

进一步地，孔板采用384孔板，微针阵列采用384微针阵列。

本发明的使用方法的原理为：

首先将磁铁旋开，将微针阵列缓慢插入孔板孔中液面以下，然后将磁铁旋至孔板正上方，磁化后的微针将溶液中的磁珠吸附至微针表面。随后缓慢提起扶手，除去孔板中液体，加入无核酸酶水后，再次将微针阵列插至液面下方，旋开上方磁铁，在装置底部放置一块磁铁，将磁珠从微针上释放至溶液中，一次性实现磁珠与液体的分离与合并。转移完成后，将底层孔板换成加入无核酸酶水的孔板，将微针阵列插至液面下方，用于清除磁针上残留的磁珠。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明采用384的微针阵列，相比传统的方法使用的磁力架只有96根磁柱，每4个孔共用一根磁柱，本发明可以一次性对384孔板中的每个孔进行同样的操作，具有高通量；

2、本发明无需在高温下进行反应，常温下即可使用，有利于维持磁力架的磁性，保证磁珠转移过程的有效性；

3、本发明通过磁性开关调节，即可快速对磁珠进行吸附和释放，操作简单，效率高，时间短，提高了实验的准确性；

4、本发明转移过程中无需将磁珠固定在孔板底部再用移液器吸除孔中液体，而是直接将孔中的磁珠吸附至磁针表面，并在新的孔板中进行释放，避免了繁琐复杂的操作，增加了实验操作的稳定性，减少了转移时间，提高了实验结果的准确度；

5、采用本发明高通量磁珠快速转移器合成条形码磁珠，在样本量较少的情况下分批进行高温解旋反应也能保证条形码序列的有效连接，且损耗低耗时短，因此适用于大样本量的磁珠合成；

6、本发明高通量磁珠快速转移器合成的条形码磁珠能够用于多样本的RNA-seq标记和测序。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明装置的结构图；

图2为本发明装置打开后的示意图；

图3为三组实验方法磁珠合成效率heatmap比较结果图；

图4为本发明中装置的使用方法示意图；

图中标记：1-旋转轴，2-扶手，3-强磁铁，4-孔板插槽，5-微针阵列，6-锚定装置，7-缓冲装置，8-孔板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例

本发明较佳的实施例提供的一种高通量磁珠快速转移器，包括上、中、下三层的转移器本体，上层和中层通过旋转轴1可转动连接，上层嵌设有强磁铁3，中层活动设置有微针阵列5，微针阵列5底部设置在中层下表面且端部指向下层，中层和下层通过相匹配的锚定装置6可拆分连接，下层设置有用于固定孔板8的孔板插槽4，孔板插槽4下方设置有用于放置磁铁的空槽。

其中，强磁铁3为四块强磁铁叠放在一起嵌入上层中，能够绕旋转轴1转动，使得强磁铁3与孔板8的相对位置改变至位于孔板8的正上方或位于孔板8上方的其他位置。

其中，孔板8为384孔板，微针阵列5为384微针阵列。

其中，锚定装置6包括设置在中层微针阵列5外周的4根锚定柱和设置在底层的锚定孔，分别在微针阵列5外周四角各设置一根锚定柱，并在底层的相应位置设定锚定孔，锚定柱活动插入锚定孔中用以定位和固定。

其中，微针阵列5外周设置有缓冲装置，用于控制微针阵列5中的微针插入孔板的深度；缓冲装置为多根固定设置在中层下表面的弹簧，分别设置在在微针阵列5外周四角。

其中，上层设置有便于抓握的扶手2，用于方便提起转移器本体的上层和中层。

其中，微针阵列5中的微针材质为软磁，磁导率大、易磁化、易退磁，长期使用后，只需简单的消磁即可重复利用。

本发明的使用步骤具体为：首先将强磁铁3旋开，将微针阵列5缓慢插入孔板8孔中液面以下，然后将强磁铁3旋至孔板8正上方，微针阵列5中磁化后的微针将溶液中的磁珠吸附至微针表面。随后缓慢提起扶手2，除去孔板8中液体，加入无核酸酶水后，再次将微针阵列5插至液面下方，旋开上方强磁铁3，在装置底部空槽中放置一块磁铁，将磁珠从微针上释放至溶液中，一次性实现磁珠与液体的分离与合并。转移完成后，将底层孔板换成加入无核酸酶水的孔板8，将微针阵列5插至液面下方，用于清除磁针上残留的磁珠。

实验例1

利用磁珠条形码合成实验验证本发明的高通量磁珠快速转移器对反应效率和实验结果的提升效果。条形码磁珠的合成方法：(1)第一轮连接反应，利用EDC反应将第一段序列连接至磁珠表面。(2)第二轮连接反应，使用PCR的方法将第二段序列连接至磁珠上第一段序列的末端。(3)与第二轮反应类似，第三轮连接反应，同样使用PCR的方法将第三段序列连接至磁珠上第二段序列的末端。

由于本实验的关键在于第二轮反应的清洗操作，需要迅速完成，否则将阻碍后续连接反应的进行。因此，我们进一步考察了在不使用高通量磁珠快速转移器的情况下，人工操作是否会降低条形码序列的连接效率。本步骤设计了两种操作的方法：在第二段引物连接至磁珠后，在原反应板中进行高温解旋反应，并直接使用多道移液器和磁力架依次去除384孔板中的上清(Group 1)；在第二段引物连接至磁珠后，将原反应板中的磁珠转移至12块新的384孔板中，每板占用两列，然后分批将12块384孔板放入热水浴中进行解旋反应。反应后，使用多道移液器依次去除384孔板中的上清，一次仅处理一块384孔板(Group 2)。利用荧光定量PCR技术对反应后磁珠上的序列进行分析，并将上述两种操作方法与使用本发明的高通量磁珠快速转移器组(Group 3)进行对比。结果如图3所示：Group 1的Ct值显著大于Group 2和Group 3，提示第一种人工操作方法无法保证三段条形码序列的连接。同时，Group 2与Group 3中磁珠序列的Ct值无显著差异，显示在样本量较少的情况下分批进行高温解旋反应也能保证三段条形码序列的有效连接。但是该过程中，第二种人工操作的耗时要明显长于另外两组(Group 1：30min；Group 2：4h；Group 3：10min)，并且在操作过程中磁珠可能发生损耗。以上结果表示本发明的高通量磁珠快速转移器对于大样本量的磁珠合成十分重要。

实验例2

利用高通量磁珠快速转移器，合成一批条形码磁珠，并用这批磁珠进行了RNA-seq测序分析，具体的实验流程如下：

1)组织切片与染色

小鼠取脑，迅速冰冻，沿矢状轴和冠状轴分别对小鼠脑组织进行切片，得到25张冠状面切片以及11张矢状面切片，使用焦油紫染色法对脑切片进行染色。

2)显微切割

使用激光捕获显微切割(LCM)系统对切片中的各脑区(13个不同脑区)进行切割。使用96孔板收集切割后的组织块，每个组织块由指定的孔进行收集(共计214个组织样本，由3块96孔板收集)。96孔板中加入细胞裂解液和带有不同条形码的磁珠，每孔一种磁珠。

3)RNA-seq测序

显微切割后的组织块在96孔板中与磁珠结合，经过组织裂解、mRNA捕获、逆转录、扩增以及cDNA建库等步骤后，样本在

Xten平台上进行双端测序。

将上述214个脑区样本中的mRNA分别捕获并进行测序分析，测序数据经Drop-seq标准分析处理后，得到个组织样本的数字表达矩阵(digital gene expression，DGE)，基本统计如表1所示：

表1各脑区样本数与基因表达矩阵基本统计表

表中reads、transcripts和genes数量为该脑区多个样本的平均值。可以看出数据合并后，各脑区得到的基因数总体分布均匀。

可以看出，使用本发明高通量磁珠快速转移器合成的条形码磁珠都能够用于多样本的RNA-seq标记和测序。

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

Claims (6)

1.一种高通量磁珠快速转移器，其特征在于，包括上、中、下三层的转移器本体，所述上层和中层通过旋转轴（1）可转动连接，所述上层嵌设有强磁铁（3），所述中层活动设置有微针阵列（5），所述微针阵列（5）底部设置在中层下表面且端部指向下层，所述中层和下层通过相匹配的锚定装置（6）可拆分连接，所述下层设置有用于固定孔板（8）的孔板插槽（4），所述孔板插槽（4）下方设置有用于放置磁铁的空槽，所述强磁铁（3）能够绕旋转轴（1）转动，使得强磁铁（3）与孔板（8）的相对位置改变。

2.根据权利要求1所述的高通量磁珠快速转移器，其特征在于，所述锚定装置（6）包括设置在中层微针阵列（5）外周的多根锚定柱和设置在底层的锚定孔，所述锚定柱活动插入锚定孔中用以定位和固定。

3.根据权利要求1所述的高通量磁珠快速转移器，其特征在于，所述微针阵列（5）外周设置有缓冲装置。

4.根据权利要求3所述的高通量磁珠快速转移器，其特征在于，所述缓冲装置为多根固定设置在中层下表面的弹簧。

5.根据权利要求1所述的高通量磁珠快速转移器，其特征在于，所述上层设置有便于抓握的扶手（2）。

6.根据权利要求1所述的高通量磁珠快速转移器，其特征在于，所述微针阵列（5）中的微针材质为软磁。

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