CN114381368B - 一种利用气液界面自动分离生物分析物的系统及方法 - Google Patents
一种利用气液界面自动分离生物分析物的系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114381368B CN114381368B CN202111669697.8A CN202111669697A CN114381368B CN 114381368 B CN114381368 B CN 114381368B CN 202111669697 A CN202111669697 A CN 202111669697A CN 114381368 B CN114381368 B CN 114381368B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nucleic acid
- top cover
- magnet
- fixing piece
- magnetic beads
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims abstract description 201
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 claims abstract description 142
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 claims abstract description 142
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 claims abstract description 142
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 74
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 67
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003480 eluent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000010828 elution Methods 0.000 claims description 33
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 10
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 10
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 9
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 48
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 9
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 8
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 4
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 3
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 3
- 108091005461 Nucleic proteins Proteins 0.000 description 2
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 239000012149 elution buffer Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 1
- 239000004365 Protease Substances 0.000 description 1
- 102100037486 Reverse transcriptase/ribonuclease H Human genes 0.000 description 1
- 102000006382 Ribonucleases Human genes 0.000 description 1
- 108010083644 Ribonucleases Proteins 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011841 epidemiological investigation Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000012139 lysis buffer Substances 0.000 description 1
- 238000007886 magnetic bead extraction Methods 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005063 solubilization Methods 0.000 description 1
- 230000007928 solubilization Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/10—Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
- C12N15/1003—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor
- C12N15/1006—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by means of a solid support carrier, e.g. particles, polymers
- C12N15/1013—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by means of a solid support carrier, e.g. particles, polymers by using magnetic beads
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6806—Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Zoology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Immunology (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
本公开的利用气液界面自动分离生物分析物的系统及方法，通过核酸提取芯片存储经过裂解处理的待提取核酸样本、磁珠、无核酸水以及核酸洗脱液；磁珠接收顶盖接收磁珠，并在核酸提取芯片上移动；磁铁3‑1吸附磁珠及将磁珠接收顶盖固定在固定件上，磁铁3‑2设置在核酸提取芯片底部，配合固定件的运动控制磁珠在核酸溶液中混匀；块状磁体3‑3设置于顶部固定件外部，控制磁珠在核酸混合液中的混匀吸附；固定件包括顶盖固定件4‑1和底部固定件4‑2两部分，顶盖固定件4‑1通过磁铁3‑1吸附磁珠接收顶盖，通过块状磁体3‑3吸附磁珠；底部固定件4‑2设置于核酸提取芯片底部固定磁铁3‑2。减少样本损失和缩短过程时间，净化效率高，提取过程自动化和标准化，解决人工干预带来的结果不一致性问题。
Description
技术领域
本发明涉及生物分离分析纯化和分子检测技术领域，特别涉及一种利用气液界面自动分离生物分析物的系统及方法。
背景技术
分子检测技术是通过对靶分子的特异性检测进而确认靶分子有无及含量的技术，在病原体快速检测、疾病早期诊断、流行病学调查和预防、食品卫生检查、环境微生物研究及法医鉴定等领域被广泛应用。除了核酸和蛋白质是分子检测的主要目标外，稀有细胞、小分子也可以成为分子检测靶标。
从复杂的背景中提取或分离目标分析物(例如，核酸、蛋白质、全细胞) 的能力是贯穿整个生命科学及其他领域的基本过程。这项技术是诊断、生物学研究、生物标志物发现、法医学等领域许多常见分析过程的关键先决条件。不幸的是，传统的分析物分离过程耗时、昂贵且费力，常常成为分析过程中的瓶颈。鉴于分析物分离无处不在，简化这一过程有可能在全球范围内节省大量时间和成本。以核酸检测为例，核酸分子诊断技术以核酸分子为分析对象，通过检测目标基因是否存在、是否出现表达异常，进而对疾病的诊断和治疗提供信息和决策依据。相较于传统的病原体检测手段，分子诊断技术从基因水平进行检测，在检测灵敏度、准确性及检测时间上都有明显的优势。目前主流的分子诊断技术可以按照技术原理划分为核酸扩增、分子杂交、基因测序、核酸质谱和基因芯片5大类。其中，基于核酸扩增的分子诊断技术通过引物介导扩增特定基因，以实现对内源性(遗传或变异)或外源性(病原体)目的基因的定性或定量分析，适用于对样品纯度要求低、对分析时间和成本敏感的应用场景，因此也逐渐发展成为当前应用最为成熟和广泛的分子诊断技术之一。
在进行核酸扩增检测之前，需要完成样品前处理、核酸分离纯化一系列复杂的操作过程，再将提取到的核酸样品转移分配至扩增反应体系中。相比传统核酸提取纯化方法，磁珠法由于其高效率、易操作、易于实现自动化等优点被广泛应用。磁珠法提取运用纳米技术对超顺磁性纳米颗粒的表面进行改良和表面修饰后，制备成超顺磁性氧化硅纳米磁珠，可与相应核酸、蛋白、小分子特异结合。该磁珠能在微观界面上与核酸分子特异性地识别和高效结合，后续使用清洗剂去除氨基酸、变性的蛋白等非核酸杂质，最后通过洗脱溶液将磁珠与核酸分子分离即可得到经过纯化的核酸。该方法分为移液式和磁棒式，各有优缺点。但无论是哪种方法，磁珠法都需要清洗步骤，这很容易造成核酸样本的损失。为了解决清洗过程的样品损耗，当前提出了基于表面张力辅助不混溶过滤(Immiscible FiltrationAssisted by Surface Tension，IFAST)的样本处理方法，通过水与不混溶相之间形成的界面张力简化洗涤步骤，极大精简了磁珠法分子提取与纯化过程。如图1所示，提出了以IFAST为基础的核酸提取设备，在设备对应功能池中加样后，通过人工操作设备顶部的卡盒下压吸取磁珠如图2所示，再通过人工控制卡盒转移磁珠进行洗脱操作。
磁珠法分离生物分析物的过程一般都包括以下步骤：样品前处理(如浓缩、溶解或裂解)、样本吸附(磁珠对生物分析物的特异吸附)、磁珠洗涤(去除杂质)以及样本洗脱4步。目前已经有许多基于磁珠法的生物分析物提取方法。核酸提取作为其中发展最成熟的技术路线，国内外都存在较为成熟的基于磁珠法的自动化核酸提取专利设备，但都难以避开上述基本流程。
发明内容
本发明提供一种利用气液界面自动分离生物分析物的系统及方法，能够在减少磁珠法核酸提取磁珠洗涤过程的同时有效去除杂质，减少了样本损失，同时缩短了过程时间，具备更高的净化效率，提取过程自动化，标准化，减少人工干预带来的结果不一致性问题。
根据本公开的一方面，提出了一种利用气液界面自动分离生物分析物的系统，所述系统包括：核酸提取芯片，磁珠接收顶盖，磁铁和固定件；
其中，核酸提取芯片用于存储经过裂解处理的待提取核酸样本、磁珠、无核酸水以及核酸洗脱液；核酸提取芯片底部固定平台下设置有导轨，导轨可控制核酸提取芯片在设备内部横向线性运动；
所述磁珠接收顶盖，用于接收所述磁珠，并在所述核酸提取芯片各功能区间移动；
所述磁铁包括磁铁3-1、磁铁3-2以及块状磁体3-3，所述磁铁3-1设置在顶部固定件内部，用于磁珠吸附以及将所述磁珠接收顶盖固定在所述固定件上；所述磁铁3-2设置在所述底部固定件的上部，用于配合所述磁铁块状磁体3-3控制磁珠在溶液中的上下往复运动；所述块状磁体3-3设置于顶部固定件外部，用于控制磁珠在核酸混合液中的混匀吸附；
所述固定件包括顶盖固定件4-1和底部固定件4-2两部分，可受到电机控制纵向运动；所述顶盖固定件4-1用于通过磁铁3-1吸附磁珠以及所述磁珠接收顶盖，通过块状磁体3-3吸附磁珠在核酸样本中混匀；所述底部固定件4-2设置于所述核酸提取芯片底部，用于固定所述磁铁3-2以及通过磁铁3-2辅助块状磁体 3-3混匀磁珠。
在一种可能实现的方式中，所述磁铁3-1、磁铁3-2与块状磁体3-3组成双磁力自动混匀与吸附系统；
所述块状磁体3-3在磁珠混匀吸附过程中提供稳定的吸力，使样本混合液中的磁珠受到磁力吸附，由混匀池底部运动至混匀池液面顶部；
所述磁铁3-2在混匀池底部提供磁力，将运动至混匀池液面顶部的磁珠吸附至混匀池底部；两种磁体交替作用实现磁珠在混匀池中的混匀吸附；
所述块状磁体3-3在完成混匀吸附后被所述磁铁3-1替代，顶盖固定件4-1 吸附磁珠接收顶盖，所述磁铁3-1提供的磁力控制磁珠突破水-气界面被吸附至磁珠接收顶盖上。
在一种可能实现的方式中，所述核酸提取芯片包括混匀池、洗脱池、沟壑结构和清洗池；
混匀池，为椭圆凹槽结构，凹槽上边沿低于所述沟壑结构的上边沿，用于储存样本混合液及磁珠；
洗脱池，与所述磁珠接收顶盖可形成密闭腔室，用于存储核酸洗脱液；
沟壑结构，边缘略高于混匀池，用于辅助核酸样本凸液面形成以及防止核酸样本泄漏后污染其他区域；
清洗池，用于存储无核酸水，用于去除磁珠上可能残留有机溶剂。
在一种可能实现的方式中，所述磁珠接收顶盖包括顶部磁体固定点和底部磁珠接收槽；所述底部磁珠接收槽为凸起结构，中央略微凹陷，用于接收磁珠。两侧有供铁片嵌入的凹槽，顶部固定件4-1的磁铁3-1吸附嵌入凹槽的铁片后可通过电机控制顶盖的位置。
在一种可能实现的方式中，所述磁珠接收顶盖可通过所述凹槽内的铁片由所述磁铁3-1吸附在所述顶盖固定件4-1上，可在电机控制下纵向移动。
在一种可能实现的方式中，所述磁铁3分成磁铁3-1、磁铁3-2以及块状磁体3-3，其中磁铁3-1位于所述顶盖固定件4-1内，磁铁3-2位于所述底部固定件4-2上，块状磁体3-3位于顶盖固定件4-1外侧，所述磁铁3-1通过所述顶盖固定件4-1可以锚定在所述磁珠接收顶盖的顶部磁体固定点上。
在一种可能实现的方式中，所述固定件4设置在所述系统内部电机上，用于控制所述顶盖固定件4-1和底部固定件4-2在系统内纵向往复运动；所述核酸提取芯片放置的平台置于系统内部导轨上，核酸提取芯片可通过导轨控制进行横向线性移动。
在一种可能实现的方式中，所述顶盖固定件4-1在所述核酸提取芯片上方纵向移动；所述核酸提取芯片在导轨控制下横向移动。
在一种可能实现的方式中，所述系统还包括控制面板和耗材更换盖板；
其中，所述控制面板设置于所述系统的顶部，用于控制所述系统的运行；
所述耗材更换盖板，位于所述系统的侧面，用于所述核酸提取芯片的装载和更换。
根据本公开的另一方面，提出了一种利用气液界面自动分离生物分析物的方法，所述方法包括：
样品裂解，将裂解后的样品、磁珠溶液、吸附缓冲液加注到芯片的混匀池中，再分别将无核酸水、核酸洗脱液加注到清洗池、洗脱池中；
利用导轨控制核酸提取芯片移动，使混匀池移动到顶盖固定件下方，电机控制顶盖固定件在所述混匀池上方一定高度纵向往复运动，控制磁珠在样本中混匀吸附核酸样本；
利用导轨控制核酸提取芯片移动，使洗脱池移动到顶盖固定件下方，电机控制顶盖固定件下移，控制顶盖固定件吸附磁珠接收顶盖，电机与导轨使用相同的方式控制磁珠接收顶盖在混匀池上方下移，接收被磁体吸附的磁珠；
利用电机与导轨控制磁珠接收顶盖的磁珠接收槽浸入芯片清洗池，将所吸附磁珠浸泡在无核酸水中进行清洗；
控制核酸提取芯片移动，使洗脱池移动到磁珠接收顶盖下方，磁珠接收顶盖在电机控制下下移，吸附磁珠接收顶盖的磁铁关闭，磁珠接收顶盖覆盖在洗脱池上，固定件纵向往复运动，控制所述磁珠在洗脱池中运动以将吸附在磁珠上的核酸洗脱；
顶盖固定件吸附磁珠接收顶盖，在电机和导轨共同作用下将磁珠接收顶盖放置在芯片混匀池上，电机和导轨复位；
取出所述核酸样品用于扩增检测。
本公开的利用气液界面自动分离生物分析物的系统，包括：核酸提取芯片，磁珠接收顶盖，磁铁和固定件；核酸提取芯片用于存储经过裂解处理的待提取核酸样本、磁珠、无核酸水以及核酸洗脱液；磁铁包括磁铁3-1和磁铁3-2，磁铁3-1用于磁珠吸附以及将磁珠接收顶盖固定在固定件上，磁铁3-2设置在核酸提取芯片的底部，配合固定件的运动控制磁珠在核酸溶液中混匀，块状磁体3-3 设置于顶部固定件外部，与磁铁3-2配合，用于控制磁珠在核酸溶液中的混匀吸附；；固定件包括顶盖固定件4-1和底部固定件4-2两部分，顶盖固定件4-1用于通过电磁吸3-1附磁珠接收顶盖，底部固定件4-2设置于核酸提取芯片底部以固定磁铁3-2。该系统与方法能够减少样本损失和缩短过程时间，具备更高的净化效率，提取过程自动化和标准化，减少人工干预带来的结果不一致性问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1示出了现有技术中的核酸提取装置；
图2示出了现有技术中的磁珠吸取过程示意图；
图3示出了根据本公开一实施例的利用气液界面自动分离生物分析物的系统示意图；
图4示出了根据本公开一实施例的核酸提取芯片的结构示意图；
图5示出了根据本公开一实施例的磁珠接收顶盖的结构示意图；
图6示出了根据本公开一实施例的利用气液界面自动分离生物分析物的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图3示出了根据本公开一实施例的利用气液界面自动分离生物分析物的系统示意图。为了实现快速自动化生物分析物提取与纯化过程，增大提取通量，保持提取样本的一致性，设计了气液界面自动化分离生物分析物系统，如图3 所示，该系统的主要功能区主要包括：核酸提取芯片1，磁珠接收顶盖2，磁铁 3和固定件4。
图4示出了根据本公开一实施例的核酸提取芯片的结构示意图。
如图4所示，核酸提取芯片主要由混匀池1-1、清洗池1-2、沟壑结构1-3 和洗脱池1-4四部分组成，用于存储经过裂解处理的待提取核酸样本以及各种试剂。
混匀池1-1为椭圆凹槽结构，凹槽上边沿低于所述沟壑结构的上边沿，用于储存样本混合液及磁珠。洗脱池1-4可与磁珠接收顶盖2形成密闭腔室，用于储存核酸洗脱液，是洗脱生物分析物的场所。沟壑结构1-3边缘略高于混匀池1-1 边缘，用于辅助核酸样本凸液面形成以及防止核酸样本泄漏，作为缓冲结构增大了凸面破裂导致液体泄露污染其余功能区的难度；清洗池1-2内储存无核酸水，将已吸附核酸的磁珠浸泡在无核酸水内一段时间以去除残留有机溶剂对后续扩增的干扰。
图5示出了根据本公开一实施例的磁珠接收顶盖的结构示意图。
如图5所示，磁珠接收顶盖2用于接收磁珠，并在核酸提取芯片1上移动。磁珠接收顶盖2主要由顶部磁体固定点2-1和底部磁珠接收槽2-2两部分功能区组成。底部磁珠接收槽为凸起结构，中央略微凹陷，用于接收磁珠，两侧有供铁片嵌入的凹槽，顶部固定件4-1可通过磁铁3-1控制顶盖的位置。磁珠接收顶盖2是一片用于接收磁珠的长方形盖板，可通过磁铁3-1固定在顶盖固定件4-1 上，电机可通过控制固定件4控制顶盖在设备内纵向移动。在提取过程完成后顶盖2会在电机与芯片下方导轨的共同作用下覆盖在混匀池1-1上，与核酸提取芯片1一同被取出。
磁铁3包括磁铁3-1、磁铁3-2以及块状磁体3-3，磁铁3-1用于磁珠吸附以及将磁珠接收顶盖固定在所述固定件上；磁铁3-2设置在核酸提取芯片的底部、底部固定件4-2上部，用于配合固定件的运动控制磁珠混匀；块状磁体3-3设置于顶部固定件外部，与磁铁3-2配合，用于控制磁珠在核酸溶液中的混匀吸附。其中，所述磁铁3-1、磁铁3-2与块状磁体3-3组成双磁力自动混匀与吸附系统。在磁珠混匀吸附过程中，块状磁体3-3负责提供稳定的吸力，其磁力分布特点导致样本混合液中的磁珠受到磁力吸附，由混匀池底部运动至混匀池液面顶部，并且不会有突破水气界面的风险，磁铁3-2负责在混匀池底部提供磁力，将运动至混匀池液面顶部的磁珠吸附至混匀池底部，两种磁体交替作用实现磁珠在混匀池中的混匀吸附；在完成混匀吸附后，块状磁体3-3将被磁铁3-1替代，顶盖固定件4-1吸附磁珠接收顶盖，柱状的磁铁3-1提供的磁力控制磁珠突破水-气界面被吸附至磁珠接收顶盖上。
如图3所示，磁铁3分成磁铁3-1磁铁3-2以及块状磁体3-3，其中磁铁3-1 位于顶盖固定件4-1内，可通过顶盖固定件4-1锚定在磁珠接收顶盖2的顶部磁体固定点上，以配合固定件4的运动实现磁珠吸附、磁珠转移以及核酸洗脱。磁铁3-2设置在核酸提取芯片的底部、底部固定件4-2上方，分别在磁珠混匀和核酸洗脱过程中配合块状磁体以及顶盖固定件4-1中的磁铁3-1控制磁珠在溶液中的混匀。块状磁体3-3设置于顶部固定件外部，与磁铁3-2配合，用于控制磁珠在核酸溶液中的混匀吸附。
固定件4包括顶盖固定件4-1和底部固定件4-2两部分，顶盖固定件4-1用于磁珠混匀、核酸洗脱以及通过磁铁3-1吸附磁珠接收顶盖，底部固定件4-2设置于核酸提取芯片底部，用于固定磁铁3-2。
如图3所示，固定件4由两部分组成，其中顶盖固定件4-1是连接部件，其底部可通过内部的磁铁3-1吸附顶盖2；其顶部固定在设备内电机上，可在电机控制下在设备内纵向运动。芯片置于固定平台上，固定平台固定于底部导轨上，芯片可在底部导轨的控制下水平线性运动，磁珠接收顶盖2和芯片1可分别在电机和导轨控制下实现磁珠接收顶盖2在芯片不同功能区之间的转移。底部固定件4-2位于核酸提取芯片1底部，固定磁铁3-2，配合固定于顶盖固定件 4-1的磁铁3-1以及块状磁体3-3完成磁珠混匀以及核酸洗脱过程。
该系统还包括控制面板和耗材更换盖板。其中，控制面板设置于系统的顶部，用于控制系统的运行。如图3所示，控制面板位于系统顶部，集成了系统的操作界面，该部分主要控制设备系统的运行、停止以及反馈系统运行过程中的信息。
耗材更换盖板位于该系统的侧面，用于核酸提取芯片1的装载和更换，例如打开耗材更换盖板后可进行核酸提取芯片1的装载与更换操作。
本公开的利用气液界面自动分离生物分析物的系统，使用排阻的提取方法，通过磁体吸取磁珠突破气液界面的过程，在简化磁珠法核酸提取磁珠洗涤过程的同时有效去除杂质，减少了样本损失，缩短了过程时间；提取芯片的混匀池由主混匀腔室和外圈沟壑结构组成，主混匀腔室容纳经过前处理的样本溶液，沟壑结构不仅辅助溶液凸液面形成，有利于磁珠在液面顶部聚集、被磁体吸附，而且有效防止溶液泄露污染；通过自动化程序控制系统内机械结构实现提取过程自动化，标准化过程减少了人工干预带来的结果不一致性问题。
图6示出了根据本公开一实施例的利用气液界面自动分离生物分析物的方法流程图。
基于上述利用气液界面自动分离生物分析物的系统，制定了一套自动化的利用气液界面自动分离生物分析物的方法，如图6所示，该方法可以包括：
步骤S1：样品裂解，将裂解后的样品、磁珠溶液、吸附缓冲液加注到芯片的混匀池中，无核酸水加注到清洗池中，洗脱缓冲液加注到洗脱池中，将磁珠接收盖板盖在洗脱池上；
步骤S2：导轨控制芯片混匀池移动至顶盖固定件下方，电机控制顶盖固定件在所述混匀池上方一定高度纵向往复运动，控制磁珠在样本中混匀，吸附核酸样本；
步骤S3：导轨控制芯片洗脱池移动至顶盖固定件下方，电机控制顶盖固定件吸附磁珠接收盖板，导轨控制芯片混匀池移动至磁珠接收盖板下方，电机控制所述磁珠接收顶盖下移一定高度，磁力吸引磁珠突破气液界面，磁珠被吸附至磁珠接收顶盖上；
步骤S4：利用导轨控制芯片清洗池移动至磁珠接收顶盖下方，电机控制顶盖下移，将所吸附磁珠浸泡在无核酸水中进行清洗；
步骤S5：导轨控制芯片洗脱池移动至磁珠接收顶盖下方，顶盖固定件放下磁珠接收盖板，电机带动固定件纵向往复运动控制所述磁珠在洗脱池中运动以洗脱核酸。电机和导轨共同控制将磁珠接收盖板覆盖在混匀池上，取出芯片，使用所述核酸样品用于扩增检测。
具体过程如下：
1)样品裂解：在离心管中依次加入20uL蛋白酶、200uL待提取核酸样本、 4uL RNA酶、150uL裂解缓冲液，在65℃条件下水浴加热10min；
2)样品加注：将裂解后的样本加入芯片1的混匀池1-1，再依次加入5uL 混匀的磁珠溶液、280ul吸附缓冲液，同时在洗脱池1-4加入100uL洗脱缓冲液，在清洗池1-2加入200ul无核酸水，最后将顶盖2安装在洗脱池1-4上；
3)芯片装载：打开耗材更换盖板，将芯片1装载入系统内部芯片卡槽，关闭耗材更换盖板；
通过控制面板控制系统启动核酸提取过程，4)～6)步骤为系统自动运行；
4)核酸吸附：系统内导轨控制芯片1混匀池1-1移动至顶盖固定件4-1下方，电机控制顶盖固定件4-1带动块状磁体3-3在所述混匀池上方一定高度阈值内纵向往复运动，控制磁珠在样本中吸附游离核酸样本，该过程持续3min；
5)磁珠吸附：导轨控制芯片洗脱池1-4移动至顶盖固定件4-1下方，电机控制顶盖固定件4-1下移，磁铁3-1吸附磁珠接收顶盖2，导轨控制芯片混匀池 1-1移动至磁珠接收顶盖2下方，电机控制所述磁珠接收顶盖2下移一定距离，静止1min，使得顶盖2的磁珠接收槽2-2接收到突破水-空气界面的大部分磁珠。然后顶盖2在电机控制下进一步下移，静止30s，将剩余磁珠接收；
6)无核酸水浸泡磁珠：导轨控制芯片清洗池1-2移动至顶盖2下方，电机控制顶盖2携带磁珠浸泡在无核酸水中1min，浸泡清洗完成后导轨控制顶盖2 抬起，携带磁珠离开清洗池1-2。
7)核酸洗脱：导轨控制芯片洗脱池1-4运动至顶盖2下方，电机控制顶盖2下移盖在洗脱池1-4上，断开磁铁3-1，使顶盖2与洗脱池1-2形成密闭的洗脱腔室，位于顶盖2上以及芯片1下的磁铁3-1、3-2在电机控制下控制磁珠在洗脱池1-4内运动3min，核酸从磁珠上洗脱下来。洗脱3min后磁铁3-1吸附顶盖2，将磁珠吸附在顶盖2的磁珠接收槽2-2上，随后导轨与电机共同控制顶盖 2携带磁珠运动到混匀池1-1上方，断开磁铁3-1的电磁力，顶盖2覆盖在混匀池1-1上。
8)核酸样本取出：打开耗材更换盖板，缓慢将芯片1取出，转移位于洗脱池1-4中的核酸样本，可用于后续扩增检测。
本公开的利用气液界面自动分离生物分析物的方法，进一步精简磁珠法提取过程，减少过程时间，在样本前处理与样本吸附后，通过磁体使样本混合液中结合了目标样本的磁珠突破气液两相界面吸附到接收平面上。相较于传统离心管内洗涤具备更高的净化效率。借助界面张力有效去除磁珠-样本复合物中可能存在的杂质，与传统离心管分离纯化方法相比避免了洗涤管侧面的背景残留物。与传统方法相比，分析物直接从样品液的顶部提取，减轻了通过摩擦和/或吸附造成的潜在损失机制。该方法与传统磁珠法相比减少了磁珠洗涤的步骤，加快了提取速度。与上述专利相比，该方法在配套系统上运行时可以实现自动化操作，减少了人工操作出现的不可控变化，使得提取结果具备更强的稳定性与一致性，一定程度上缓解了人工操作的通量限制。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种利用气液界面自动分离生物分析物的系统，其特征在于，所述系统包括：核酸提取芯片，磁珠接收顶盖，磁铁和固定件；
其中，核酸提取芯片用于存储经过裂解处理的待提取核酸样本、磁珠、无核酸水以及核酸洗脱液；核酸提取芯片底部固定平台下设置有导轨，导轨可控制核酸提取芯片在设备内部横向线性运动；
所述磁珠接收顶盖，用于接收所述磁珠，并在所述核酸提取芯片各功能区间移动；
所述磁铁包括磁铁(3-1)、磁铁(3-2)以及块状磁体(3-3)，所述磁铁(3-1)设置在顶盖固定件(4-1)内部，用于磁珠吸附以及将所述磁珠接收顶盖固定在所述固定件上；所述磁铁(3-2)设置在所述底部固定件(4-2)的上部，用于配合所述块状磁体(3-3)控制磁珠在溶液中的上下往复运动；所述块状磁体(3-3)设置于顶盖固定件(4-1)外部，用于控制磁珠在核酸混合液中的混匀吸附；
所述固定件包括顶盖固定件(4-1)和底部固定件(4-2)两部分，可受到电机控制纵向运动；所述顶盖固定件(4-1)用于通过磁铁(3-1)吸附磁珠以及所述磁珠接收顶盖，通过块状磁体(3-3)吸附磁珠在核酸样本中混匀；所述底部固定件(4-2)设置于所述核酸提取芯片底部，用于固定所述磁铁(3-2)以及通过磁铁(3-2)辅助块状磁体(3-3)混匀磁珠；
所述核酸提取芯片包括混匀池、洗脱池、沟壑结构和清洗池；
混匀池，为椭圆凹槽结构，凹槽上边沿低于所述沟壑结构的上边沿，用于储存样本混合液及磁珠；
洗脱池，与所述磁珠接收顶盖可形成密闭腔室，用于存储核酸洗脱液；
沟壑结构，边缘略高于混匀池，用于辅助核酸样本凸液面形成以及防止核酸样本泄漏后污染其他区域；
清洗池，用于存储无核酸水，用于去除磁珠上可能残留有机溶剂；
所述磁珠接收顶盖包括顶部磁体固定点和底部磁珠接收槽；所述底部磁珠接收槽为凸起结构，中央略微凹陷，用于接收磁珠；两侧有供铁片嵌入的凹槽，顶盖固定件(4-1)内的磁铁(3-1)吸附嵌入凹槽的铁片后可通过电机控制顶盖的位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁铁(3-1)、磁铁(3-2)与块状磁体(3-3)组成双磁力自动混匀与吸附系统；
所述块状磁体(3-3)在磁珠混匀吸附过程中提供稳定的吸力，使样本混合液中的磁珠受到磁力吸附，由混匀池底部运动至混匀池液面顶部；
所述磁铁(3-2)在混匀池底部提供磁力，将运动至混匀池液面顶部的磁珠吸附至混匀池底部；两种磁体交替作用实现磁珠在混匀池中的混匀吸附；
所述块状磁体(3-3)在完成混匀吸附后被所述磁铁(3-1)替代，顶盖固定件(4-1)吸附磁珠接收顶盖，所述磁铁(3-1)提供的磁力控制磁珠突破水-气界面被吸附至磁珠接收顶盖上。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁珠接收顶盖可通过所述凹槽内的铁片由所述磁铁(3-1)吸附在所述顶盖固定件(4-1)上，可在电机控制下纵向移动。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁铁(3)分成磁铁(3-1)、磁铁(3-2)以及块状磁体(3-3)，其中磁铁(3-1)位于所述顶盖固定件(4-1)内，磁铁(3-2)位于所述底部固定件(4-2)上，块状磁体(3-3)位于顶盖固定件(4-1)外侧，所述磁铁(3-1)通过所述顶盖固定件(4-1)可以锚定在所述磁珠接收顶盖的顶部磁体固定点上。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固定件(4)设置在所述系统内部电机上，用于控制所述顶盖固定件(4-1)和底部固定件(4-2)在系统内纵向往复运动；所述核酸提取芯片放置的平台置于系统内部导轨上，核酸提取芯片可通过导轨控制进行横向线性移动。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述顶盖固定件(4-1)在所述核酸提取芯片上方纵向移动；所述核酸提取芯片在导轨控制下横向移动。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括控制面板和耗材更换盖板；
其中，所述控制面板设置于所述系统的顶部，用于控制所述系统的运行；
所述耗材更换盖板，位于所述系统的侧面，用于所述核酸提取芯片的装载和更换。
8.一种基于权利要求1-7任一所述系统的利用气液界面自动分离生物分析物的方法，其特征在于，所述方法包括：
样品裂解，将裂解后的样品、磁珠溶液、吸附缓冲液加注到芯片的混匀池中，再分别将无核酸水、核酸洗脱液加注到清洗池、洗脱池中；
利用导轨控制核酸提取芯片移动，使混匀池移动到顶盖固定件下方，电机控制顶盖固定件在所述混匀池上方一定高度纵向往复运动，控制磁珠在样本中混匀吸附核酸样本；
利用导轨控制核酸提取芯片移动，使洗脱池移动到顶盖固定件下方，电机控制顶盖固定件下移，控制顶盖固定件吸附磁珠接收顶盖，电机与导轨使用相同的方式控制磁珠接收顶盖在混匀池上方下移，接收被磁体吸附的磁珠；
利用电机与导轨控制磁珠接收顶盖的磁珠接收槽浸入芯片清洗池，将所吸附磁珠浸泡在无核酸水中进行清洗；
控制核酸提取芯片移动，使洗脱池移动到磁珠接收顶盖下方，磁珠接收顶盖在电机控制下下移，吸附磁珠接收顶盖的磁铁关闭，磁珠接收顶盖覆盖在洗脱池上，固定件纵向往复运动，控制所述磁珠在洗脱池中运动以将吸附在磁珠上的核酸洗脱；
顶盖固定件吸附磁珠接收顶盖，在电机和导轨共同作用下将磁珠接收顶盖放置在芯片混匀池上，电机和导轨复位；
取出所述核酸样品用于扩增检测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111669697.8A CN114381368B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种利用气液界面自动分离生物分析物的系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111669697.8A CN114381368B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种利用气液界面自动分离生物分析物的系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114381368A CN114381368A (zh) | 2022-04-22 |
| CN114381368B true CN114381368B (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=81199956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111669697.8A Active CN114381368B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种利用气液界面自动分离生物分析物的系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114381368B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114591812B (zh) * | 2022-05-10 | 2022-07-22 | 博奥生物集团有限公司 | 生物反应芯片及离心式微流控系统 |
| CN117568160B (zh) * | 2024-01-16 | 2024-04-02 | 浙江大学 | 一种集成核酸提取与数字式检测装置及其使用方法 |
| CN117757786B (zh) * | 2024-02-22 | 2024-05-10 | 山东艾克韦生物技术有限公司 | 核酸纯化辅助装置及核酸纯化实验方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6562568B1 (en) * | 1997-10-01 | 2003-05-13 | Roche Diagnostics Gmbh | Method, kit and apparatus comprising magnetic glass particles for the isolation of biomolecules |
| CN104232469A (zh) * | 2014-09-11 | 2014-12-24 | 北京化工大学 | 基于磁珠的样品处理及核酸自动提取系统 |
| CN108517290A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-09-11 | 西安交通大学 | 一种基于不混溶相界面张力的五腔室核酸提取装置及方法 |
| CN108823061A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-16 | 西安交通大学 | 一种基于不混溶相界面张力的三腔室核酸提取装置及方法 |
| CN112538425A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-03-23 | 北京理工大学 | 一种基于微流控芯片的片上核酸扩增检测系统及方法 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111669697.8A patent/CN114381368B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6562568B1 (en) * | 1997-10-01 | 2003-05-13 | Roche Diagnostics Gmbh | Method, kit and apparatus comprising magnetic glass particles for the isolation of biomolecules |
| CN104232469A (zh) * | 2014-09-11 | 2014-12-24 | 北京化工大学 | 基于磁珠的样品处理及核酸自动提取系统 |
| CN108517290A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-09-11 | 西安交通大学 | 一种基于不混溶相界面张力的五腔室核酸提取装置及方法 |
| CN108823061A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-16 | 西安交通大学 | 一种基于不混溶相界面张力的三腔室核酸提取装置及方法 |
| CN112538425A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-03-23 | 北京理工大学 | 一种基于微流控芯片的片上核酸扩增检测系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114381368A (zh) | 2022-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114381368B (zh) | 一种利用气液界面自动分离生物分析物的系统及方法 | |
| CN108660074B (zh) | 核酸提取pcr扩增检测一体化解决方案 | |
| CN110564607B (zh) | 全自动核酸提取扩增微流控芯片动态定量检测一体化装置 | |
| EP1774341B1 (en) | Reaction vessel and method for separating, mixing and concentrating magnetic particles with a fluid and use thereof in purification methods | |
| US7622046B2 (en) | Magnetic transfer method, a device for transferring microparticles and a reactor unit | |
| US5976369A (en) | Magnetic separation apparatus | |
| WO2002044327A9 (en) | Method and apparatus for protein manipulation | |
| US20050013741A1 (en) | Device and method for treating magnetic particles | |
| CN108624586B (zh) | 一种核酸提取试剂盒及其应用方法 | |
| JP3220438U (ja) | サンプル抽出装置 | |
| CN101747397A (zh) | 用于自动提取核酸的系统和方法 | |
| EP0589636B1 (en) | Magnetic separation method and apparatus therefor | |
| KR101707987B1 (ko) | 자동 정량 분주기 및 상기 분주기를 포함하는 연속식 유전자 추출-증폭 장비와 연속식 유전자 추출-증폭 방법 | |
| CN114858567A (zh) | 一种基于原位磁操控的高效磁固相萃取装置及萃取方法 | |
| CN106399093A (zh) | 通过磁珠提取生物分子的方法及装置 | |
| CN113174317A (zh) | 一种一体化上开口核酸快提试管、快提检测装置及方法 | |
| TW201903147A (zh) | 核酸萃取方法及裝置 | |
| CN108004233A (zh) | 一种可用于自动核酸提取仪的负压装置 | |
| CN206232739U (zh) | 通过磁珠提取生物分子的装置 | |
| CN115097140A (zh) | 高通量自动化富集蛋白质和/或肽段组的质谱鉴定方法 | |
| CN114675045A (zh) | 一种食品安全检测分析设备 | |
| CN221460338U (zh) | 一种核酸提取机构 | |
| CN112011533A (zh) | 一种核酸提取、检测的集成系统以及检测方法 | |
| WO2024180770A1 (ja) | 核酸抽出装置、核酸抽出方法 | |
| CN220224177U (zh) | 一种磁分离核酸提取装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |