CN201567330U - 自动化粪便脱落细胞提取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动化粪便脱落细胞提取仪，其特征是它包括有样品采集器，样品处理装置、细胞富集装置及其辅助自动化机械装置，所述样品采集器由样品采集管密封盖和样品采集管构成，样品采集管密封盖内侧壁上安装有取样勺，样品采集管密封盖安装于样品采集管上端，样品采集管的下端与样品处理装置上端相连，样品处理装置下端管口通过管路连接到至细胞富集装置内，所述辅助自动化机械装置分为样品处理装置倒置及复位动力系统，样品处理装置上下震荡动力系统，液体流动动力系统和细胞富集装置辅助系统。本实用新型提高了检验人员对粪便样本的耐受性，具有整个处理过程由仪器自动完成，无污染，准确性高，特异性好等特点，具有广泛的临床应用范围。

Description

自动化粪便脱落细胞提取装置

技术领域

本实用新型涉及生物技术领域，特别是涉及一种抗原抗体反应及其自动化仪器。

背景技术

大肠癌是指直肠、乙状结肠、盲肠、结肠等部位的癌症，其中以直肠癌和结肠癌最为多见，是最常见的消化道恶性肿瘤之一，其发病率与死亡率呈逐年上升趋势。大肠癌在欧美发达国家发病率居第二位，致死率比其他癌症高10％，在不吸烟人群中是发病率最高的恶性肿瘤。近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，膳食结构向着以肉、蛋、奶等高脂肪、高蛋白和低维生素的饮食成份过渡，大肠癌的发病率有逐年增多的趋势。

大肠癌具有恶性程度高，转移早等特点，因此大肠癌治疗的关键在于早期诊断。一个世纪以来，直肠癌病理分期方法众多，但基本依据主要由三大要素构成：即原发灶范围、有否区域淋巴结转移和远处转移状况。有资料显示，大肠癌术后5年存活率分别为Duke’s A期：81％～85％；Duke’sB期：64％～78％；Duke’s C期：27％～33％；Duke’s D期：5％～14％，说明早期确诊大肠癌有利于手术后治愈。

表1大肠癌Duke’s分期系统

由于大肠癌的发病器官是易于检测的，其发生进程和发生部位是有规律可循的，应该针对大肠癌发生过程建立有效的预防性干预机制。目前应用于临床的大肠癌检测技术主要有：(1)粪便潜血检测；(2)内窥镜检查。

表2现有临床检测技术优缺点比较

与其他检测方法相比，利用粪便进行大肠癌检测有许多重要的优点。粪便检测是非侵入性的并且不需要检测前特殊的肠道准备，这大大降低了患者生理和心理上的不适。尽管目前大肠癌检测技术已经广泛应用于临床，人们仍需要开发更加具有肿瘤特异性，非侵入性的检测方法来监测肠道上皮组织的变化。免疫磁珠富集粪便脱落细胞检测法就是一种有良好应用前景的新型大肠癌检测技术。

研究早已证实，肠道上皮组织一直都在非常迅速的进行细胞更新，约以每小时1％的速度更新，每天有近10¹⁰个正常上皮细胞脱落，生长旺盛的肿瘤上皮细胞更新速度更快。脱落细胞可以为检测肠道的肿瘤、息肉、溃疡等异常情况提供多种不同的检测途径，例如基因突变检测、基因表达量检测以及酶活力检测等。对脱落细胞的早期检测是预防肿瘤发生和及时治疗恶性肿瘤的关键因素。

粪便的成分中3/4为水，1/4为固体；固体中30％为死细菌，10％～20％为脂肪，2％～3％为蛋白质，10％～20％为无机盐，30％为未消化的残存食物及消化液中的固体成分如脱落的上皮细胞。提取脱落细胞的关键是将脱落细胞和粪便其他成分分开。

上皮细胞粘附分子EpCAM(Epithelial Cell Adhesion Molecule)是一种上皮细胞特异性抗原，属于一型跨膜糖蛋白，它可以表达于大多数上皮组织中基底外侧膜的细胞表面，但是不表达于成熟的扁平上皮细胞以及某些特殊的上皮细胞例如肝细胞和胃的上皮细胞。有报道称EpCAM在肿瘤细胞中表达量增加，在发育不良的扁平上皮细胞中有新的表达。现在EpCAM已经成为一种重要的肿瘤细胞标记物。

针对EpCAM的单抗为Ber-EP4，是一种鼠源单克隆抗体，用人类乳腺癌细胞株MCF-7免疫BALB/C小鼠获得。免疫磁珠富集大肠癌脱落细胞的原理是利用生物素修饰的羊抗小鼠IgG的抗体，与表面修饰了链亲和素的磁珠发生亲和结合，使二抗包被于磁珠表面，达到固定的目的。生物素修饰的羊抗小鼠IgG的抗体能够与Ber-EP4发生抗原抗体反应，Ber-EP4可以与细胞表面的EpCAM结合，从而使脱落细胞与磁珠相连。

免疫磁珠富集粪便脱落细胞检测法具有无污染，准确性高，特异性好等特点。但是目前脱落细胞的提取仍然通过人工手动操作，这种方式存在操作熟练差异性，而且受操作速度强度的影响，不适合进行高通量、大样本的临床分析检测。另外，由于样品来自于粪便，操作会受到检验人员顺应性的影响。

发明内容

本实用新型的目的则是针对目前上述现有技术的不足，提供一种自动化脱落细胞提取仪，实现自动处理粪便样本以及利用免疫磁珠富集粪便样本中的大肠癌脱落细胞，克服了人工操作存在的操作熟练差异，强度不高，通量小，样本量小等缺陷，操作人员无需直接接触粪便样本，提高了操作人员顺应性；克服了粪便潜血检查存在的假阳性率、假阴性率均较高，特异性差的缺陷；克服了内窥镜检查受试者顺应性差的缺陷。

本实用新型的技术方案如下：

一种自动化粪便脱落细胞提取装置，其特征是它包括有样品采集器，样品处理装置、细胞富集装置及其辅助自动化机械装置，所述样品采集器由样品采集管密封盖和样品采集管构成，样品采集管密封盖内侧壁上安装有取样勺，样品采集管密封盖安装于样品采集管上端，样品采集管的下端与样品处理装置上端相连，样品处理装置下端管口通过管路连接到至细胞富集装置内，所述辅助自动化机械装置分为样品处理装置倒置及复位动力系统，样品处理装置上下震荡动力系统，液体流动动力系统和细胞富集装置辅助系统。

所述样品处理装置与样品采集器相连的一端设有与样品采集器下端口处外壁螺纹相配合的内螺纹，该内螺纹下部设有一圈内卡槽，样品采集器的下端口通过锡纸密封，在样品采集器旋紧过程中，锡纸将会被内卡槽划开，使样品进入样品处理装置。处理装置上部管壁开有进液孔，与乳胶管相连，可由泵注入缓冲液。

所述样品处理装置分为上、中、下三部分，三个部分之间均由螺纹连接密封，样品处理装置内放有起粉碎作用的两个玻璃珠。

所述样品处理装置中部内壁固定有两层金属滤网，滤网孔径分别为500微米和200微米。

所述样品处理装置下部底部开有出液孔，该出液孔通过乳胶管与蠕动泵连接，可通过蠕动泵将滤液抽出。

所述细胞富集装置中的细胞富集管管盖上设有三个孔，分别连接三根乳胶管，其中两根插入端较短的为进液管，一根较长插入细胞富集装置底部为出液管，用于将样品滤液注入细胞富集装置进液管连接到样品处理装置下端；出液管与废液收集装置相连，用于将废液抽出；进液管与缓冲液储液瓶相连，用于将新鲜缓冲液注入样品富集装置。

所述样品处理装置倒置及复位动力系统采用相位电机，电源接通后，相位开关随轴转动，当转至180度时与触片开关接触，电机断电，轴停止转动，此时与轴相连的样品处理装置呈倒置状态；反向接通电源后，相位开关反向转动，与另一侧触片开关接触后，电机断电，轴停止转动，此时样品处理装置复位。

所述样品处理装置上下震荡动力系统中电机轴与凸轮相连，样品处理装置固定于垂直轴上，此轴与上述凸轮相连，电机转动时带动凸轮实现垂直轴上下震荡，从而使样品处理装置上下震荡。

所述液体流动动力系统包括连接各端口的乳胶管及与乳胶管连接的控制液体流动方向、速度及时间的蠕动泵。

所述细胞富集装置辅助系统分为恒温装置和磁珠富集装置，所述恒温装置由温度传感器和电加热装置组成，当温度传感器探测到温度低于设定值时，电加热装置开始加热，保证温度恒定。所述磁珠富集装置包括有细胞富集管、磁铁套管和磁铁，磁铁自由进出于磁铁套管内，磁铁套管位于细胞富集管内。

本实用新型的磁珠富集装置设计了两个方案，方案一是磁铁通过移动装置，当靠近磁珠富集管壁外侧时将磁珠吸附于管壁内侧，待洗涤完成后，磁铁离开管壁，磁珠重新悬于液体中。方案二是在磁铁放置于磁铁套管，磁铁和磁铁套管可分别上下移动，磁铁与磁铁套管共同伸入磁珠富集管内液面以下，磁珠吸附于套管外壁，洗涤完成后，磁铁离开，磁珠重新悬于液体中。

本实用新型的有益效果有：

自动化脱落细胞提取设备将很好的弥补目前的缺陷。设计与提取仪配套的取样器，在采集样品之后进行密封，送至检验部门后，直接送入提取仪，其余操作均在密封的提取仪内完成。自动化脱落细胞提取仪的使用将会保持检验部门的洁净，防止病原微生物等的感染，整个操作过程，检验人员不需接触样品，提高了检测操作的舒适性，在保证提取效率的前提下进行大量、快速的细胞提取、检验。自动化脱落细胞提取仪的设计、应用将会大大加快大肠癌脱落细胞检测法应用于临床的进程。

附图说明

图1为样品采集器示意图。

图2为样品采集示意图。

图3为样品采集器与样品处理装置示意图。

图4为样品处理装置倒置、振动动力系统示意图。

图5为相位电机示意图。

图6为样品处理过程示意图。

图7为自动化脱落细胞提取装置总体示意图

图8为细胞富集系统示意图(方案一)

图9为细胞富集系统示意图(方案二)

附图中，1、样品采集器；2、样品采集器密封盖；3、取样勺；4、密封锡纸；5、样品采集管；6、粪便样本；7、样品处理装置；8、样品处理装置上部；9、样品处理装置中部；10、样品处理装置下部；11、内卡槽；12、进液管口；13、500微米滤网；14、200微米滤网；15、出液管口；16、相位电机；17、电机；18、凸轮；19、样品处理装置倒置、振动动力系统；20、水平轴；21、相位开关；22、弹片开关；23、玻璃弹珠；24、细胞富集系统；25、蠕动泵；26、细胞富集管；27、电加热恒温装置；28、磁铁及移动装置；29、进液管1；30、抽液管；31、进液管2；32、磁铁套管；33、磁铁；34、细胞富集管1；35、细胞富集管2；36、细胞富集管3。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

本实用新型提供一个自动化粪便脱落细胞提取仪，是基于以下发现和突破：1、肠道上皮组织一直都在非常迅速的进行细胞更新，约以每小时1％的速度更新，每天有近10¹⁰个正常上皮细胞脱落，生长旺盛的肿瘤上皮细胞更新速度更快。2、上皮细胞粘附分子EpCAM(Epithelial Cell Adhesion Molecule)是一种上皮肿瘤细胞标记性抗原，可以与其包被于磁珠表面的特异性抗体结合。3、磁性微球在磁场作用下能够聚集在一起实现富集。

使用本实用新型的样品采集器收集粪便样品后，将样品采集器插入处理器，经过稀释、震荡、粉碎，粪便被混匀，流经滤网除去大颗粒及纤维，剩余液体中含有脱落细胞。收集滤液与免疫磁珠温浴，使磁珠与脱落细胞结合，通过磁珠富集技术获得纯净的细胞-磁珠复合物。

具体设计方案如下：

1.双螺纹的设计：

如图1所示，样品采集器1使用两端双螺纹的结构设计，一端与样品采集器密封盖2旋紧达到密封，另一端可与样品处理装置样品处理装置上部8旋紧达到密封，并且样品采集器1的下端用密封锡纸4密封。

2.取样小勺的设计：

样品采集器密封盖2内侧的中心处有一个取样勺3，可以根据需要一次或者多次采集粪便样本。

3.样本处理装置的螺纹设计：

如图3所示，样本处理装置7的密封通过螺纹来实现，其三个组件间的连接都有相应的螺纹设计。

4.玻璃弹珠的设计：

在样本处理装置8上部放入玻璃弹珠，在震动过程中玻璃弹珠随着仪器上下震动，可以起到打碎粪便的作用。

5.双层金属滤网的设计：

样本处理装置中部9的中间部分有两层金属滤网，其孔径的分别为500um和200um，用于过滤粪便中的大颗粒及纤维。

6.蠕动泵进液和抽液的管路设计：

通过蠕动泵实现进液和抽液的过程。

在样品处理装置下部10下端有一个管路，乳胶管连在样本品处理器的底部并与蠕动泵相连，通过抽液将滤液泵入细胞富集装置中。

如图8所示，在细胞富集装置的细胞富集管26中有三个管路，其中两个是进液管路，一个抽液管路，进液管路的乳胶管刚刚插过细胞富集管26盖子，抽液的乳胶管直接插入管底。三个管路均与蠕动泵相连实现液体流动的动力。

7.利用磁珠富集脱落细胞的设计：

通过在磁珠表面连上能与脱落细胞结合的复合抗体，使磁珠能够特异性的与脱落细胞结合，通过结合后反复清洗，最终富集得到单一的只连有脱落细胞的磁珠抗原抗体复合体。

8.恒温箱的设计：

电加垫恒温系统27由电加热装置和温度传感器组成，当传感器探测到细胞富集管26中温度低于设定值时，电加热装置开始工作，保证温度的恒定。

9.磁铁水平移动的设计：

当磁珠在细胞富集管26内完成震荡温育后，水平移动磁铁将其推进到细胞富集管26的管壁附近，此时，结合了脱落细胞的磁珠抗原抗体复合物被富集在管壁，然后通过抽液管30抽出剩余的液体。

在下一次进液前，水平移动磁铁，使磁铁远离细胞富集管26的管壁。此时，磁珠不再受磁场力的作用而聚集在管壁，打开震荡器使其慢慢混合均匀。

10.磁铁垂直升降的设计和底座水平移动的设计：

当磁珠在细胞富集管内完成震荡温育后，将细胞富集管上方的磁铁及套管垂直下移插入液体内部，此时，结合了脱落细胞的磁珠抗原抗体复合物被富集在套管外壁，然后通过抽液管口抽出剩余的液体。

在下一次进液前，垂直上移磁铁33和磁铁套管32。此时，磁珠仍然聚集在套管管壁，水平底座向前移动，将另一个乘有新鲜洗液的管子移至磁铁的下部。

本实用新型的操作流程如下：

1.如图2所示，用取样勺3取新鲜待检粪便约3g左右(根据实际情况可分多次取样)，取样后插入样品采集管5，旋紧隔绝空气，并4℃保藏，运输时间不超过2小时。

2.样品处理装置上部8提前放置好两个玻璃珠，将样品采集器1有锡纸的一端插入样品处理装置，旋紧，封在该侧的密封锡纸4会被划破。

3.样品处理装置7自动180度倒置(如图6所示)。

4.倒置完成后自动由进液管注入缓冲液，缓冲液对样品处理装置7中粪便产生稀释作用。

5.样品处理装置自动上下振动，使预先放入的玻璃弹珠将粪便打碎并混匀。

6.待震荡粉碎过后，处理器再次180度倒置，回复至原来的状态。

7.混合的液体依次经过500微米和200微米滤网被抽液管抽入到细胞富集装置中的细胞富集管26中(如图7所示)。

脱落细胞与免疫磁珠结合并洗涤设计两个方案(如图8、9所示)：

方案一(如图8所示)：

8(a).细胞富集管26中预先放入适量的磁珠，并将恒温箱的温度调整到37℃，待粪便的滤液完全注入收集装置后，混合震荡，在该温度下温育30分钟。

9(a).磁铁自动水平推进到细胞富集管26的管壁处，此时磁珠被富集在管壁内侧。

10(a).打开抽液管将细胞富集管26中剩余的液体抽出。

11(a)磁铁33水平反向移动，离开细胞富集管26管壁处。

12(a)打开进液管，向细胞富集管26注入新鲜的缓冲液。

13(a)待缓冲液完全流入细胞富集管26后，混合震荡，磁珠重新悬于缓冲液中。

14(a).磁铁再次自动水平移动到细胞富集管26的管壁处，此时磁珠被富集在管壁内侧。

15(a).打开抽液管将细胞富集管中液体抽出。

16(a).重复5-9步两次。

17(a).取出细胞富集装置中的细胞富集管，并向其加入适量的缓冲液，纯净的脱落细胞-磁珠复合物悬于缓冲液中。

方案二(如图9所示)：

8(b).细胞富集管26中预先放入适量的磁珠，并将恒温箱的温度调整到37℃，待粪便的滤液完全注入细胞富集管26后，混合震荡，在该温度下温育30分钟。

9(b).磁铁33及磁铁套管32自动向下移动，插入到细胞富集管26中液体内部，使磁珠富集在磁铁套管32上。

10(b).磁铁33及磁铁套管32自动向上移动，底座自动向前移动至下一个富集管的位置。

11(b).磁铁33及磁铁套管32自动向下移动，插入到液体内部，此时磁珠富集在磁铁套管32上。

12(b).磁铁33自动向上移动，磁铁套管32仍留在富集管内，混合震荡，磁珠重新悬于缓冲液中。

13(b).磁铁自动向下移动到套管内，使缓冲液中磁珠富集在磁铁套管上。

14(b).磁铁及磁铁套管自动向上移动，底座自动向前移动至下一个富集管的位置。

15(b).重复4-6步一次。

16(b).磁铁和磁铁套管自动向上移动，将磁铁及磁铁套管移至装有适量缓冲液的富集管中，移去磁铁，适当震荡使纯净的脱落细胞-磁珠复合物悬于缓冲液当中。

Claims (10)

1.一种自动化粪便脱落细胞提取装置，其特征是它包括有样品采集器，样品处理装置、细胞富集装置及其辅助自动化机械装置，所述样品采集器由样品采集管密封盖和样品采集管构成，样品采集管密封盖内侧壁上安装有取样勺，样品采集管密封盖安装于样品采集管上端，样品采集管的下端与样品处理装置上端相连，样品处理装置下端管口通过管路连接到至细胞富集装置内，所述辅助自动化机械装置分为样品处理装置倒置及复位动力系统，样品处理装置上下震荡动力系统，液体流动动力系统和细胞富集装置辅助系统。

2.根据权利要求1所述的自动化粪便脱落细胞提取装置，其特征是所述样品处理装置与样品采集器相连的一端设有与样品采集器下端口处外壁螺纹相配合的内螺纹，该内螺纹下部设有一圈内卡槽，样品采集器的下端口通过锡纸密封，样品处理装置上部管壁开有进液孔。

3.根据权利要求1或2所述的自动化粪便脱落细胞提取装置，其特征是所述样品处理装置分为上、中、下三部分，三个部分之间均由螺纹连接密封，样品处理装置内放有起粉碎作用的两个玻璃珠。

4.根据权利要求3所述的自动化粪便脱落细胞提取装置，其特征是所述样品处理装置中部内壁固定有两层金属滤网，滤网孔径分别为500微米和200微米。

5.根据权利要求1所述的自动化粪便脱落细胞提取装置，其特征是所述样品处理装置下部底部开有出液孔，该出液孔通过乳胶管与蠕动泵连接。

6.根据权利要求1所述的自动化粪便脱落细胞提取装置，其特征是所述细胞富集装置中的细胞富集管管盖上设有三个孔，分别连接三根乳胶管，其中两根插入端较短的为进液管，一根较长插入细胞富集装置底部为出液管，进液管连接到样品处理装置下端，出液管与废液收集装置相连，进液管与缓冲液储液瓶相连。

7.根据权利要求1所述的自动化粪便脱落细胞提取装置，其特征是所述样品处理装置倒置及复位动力系统采用相位电机。

8.根据权利要求1所述的自动化粪便脱落细胞提取装置，其特征是所述样品处理装置上下震荡动力系统中电机轴与凸轮相连，样品处理装置固定于垂直轴上，此轴与上述凸轮相连。

9.根据权利要求1所述的自动化粪便脱落细胞提取装置，其特征是所述液体流动动力系统包括连接各端口的乳胶管及与乳胶管连接的控制液体流动方向、速度及时间的蠕动泵。

10.根据权利要求1所述的自动化粪便脱落细胞提取装置，其特征是所述细胞富集装置辅助系统分为恒温装置和磁珠富集装置，所述恒温装置由温度传感器和电加热装置组成，所述磁珠富集装置包括有细胞富集管、磁铁套管和磁铁，磁铁自由进出于磁铁套管内，磁铁套管位于细胞富集管内。

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