RU2451747C2 - Method for homogenising biological samples containing magnetic nanoparticles when extracting dna during automatic sample preparation for pcr analysis - Google Patents

Method for homogenising biological samples containing magnetic nanoparticles when extracting dna during automatic sample preparation for pcr analysis Download PDF

Info

Publication number
RU2451747C2
RU2451747C2 RU2009130779/10A RU2009130779A RU2451747C2 RU 2451747 C2 RU2451747 C2 RU 2451747C2 RU 2009130779/10 A RU2009130779/10 A RU 2009130779/10A RU 2009130779 A RU2009130779 A RU 2009130779A RU 2451747 C2 RU2451747 C2 RU 2451747C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic
dna
tube
magnetic particles
particles
Prior art date
Application number
RU2009130779/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009130779A (en
Inventor
Юрий Дмитриевич Трофимов (RU)
Юрий Дмитриевич Трофимов
Владимир Леонидович Михалёв (RU)
Владимир Леонидович Михалёв
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма ДНК-Технология"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма ДНК-Технология" filed Critical Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма ДНК-Технология"
Priority to RU2009130779/10A priority Critical patent/RU2451747C2/en
Publication of RU2009130779A publication Critical patent/RU2009130779A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2451747C2 publication Critical patent/RU2451747C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to molecular biology and chemistry. Disclosed is a method for homogenising a solution of magnetic particles on which DNA is absorbed. The present invention is used in laboratory diagnosis when preparing samples for a polymerase chain reaction, for extracting DNA from biopreparations and removing or neutralising extraneous impurities.
EFFECT: obtaining DNA with purity which is suitable for amplification reaction.
6 dwg, 1 ex

Description

1. Область техники1. The technical field

Изобретение относится к области молекулярной биологии и химии. Данное изобретение применяется в лабораторной диагностике для подготовки пробы к постановке ПЦР, в экстракции (извлечении) ДНК из биопрепаратов и удалении или нейтрализации посторонних примесей для получения ДНК с чистотой, пригодной для постановки реакции амплификации. Изобретение представляет способ растирания концентрационных неоднородностей, образующихся при смешивании в лизирующем растворе образца крови с магнитными наночастицами оксида железа, покрытыми адсорбентом SiO2.The invention relates to the field of molecular biology and chemistry. This invention is used in laboratory diagnostics to prepare a sample for PCR, in the extraction (extraction) of DNA from biological products and in the removal or neutralization of impurities to obtain DNA with a purity suitable for the amplification reaction. The invention provides a method for grinding concentration inhomogeneities formed when a blood sample is mixed in a lysing solution with magnetic iron oxide nanoparticles coated with an SiO 2 adsorbent.

2. Уровень техники2. The level of technology

Использование магнитных частиц ничем принципиальным не отличается от использования других типов сорбентов (латексы, полимерные сорбенты, стекло), но позволяет применять магнитное разделение вместо центрифугирования и фильтрации. В основе магнитных частиц используются получаемые наночастицы оксида железа, обладающие суперпарамагнитными свойствами. Частицы на основе оксида железа с суперпарамагнитными свойствами обладают целым рядом преимуществ, наиболее важные из которых следующие:The use of magnetic particles is no different in principle from the use of other types of sorbents (latexes, polymer sorbents, glass), but allows the use of magnetic separation instead of centrifugation and filtration. The magnetic particles are based on the obtained iron oxide nanoparticles with superparamagnetic properties. Particles based on iron oxide with superparamagnetic properties have a number of advantages, the most important of which are as follows:

- такие частицы имеют практически нулевую степень остаточной намагниченности, то есть после снятия внешнего магнитного поля (переноса из магнитного штатива в обычный) эти частицы не слипаются и могут быть легко ресуспендированы;- such particles have a practically zero degree of remanent magnetization, that is, after removing an external magnetic field (transfer from a magnetic tripod to an ordinary one), these particles do not stick together and can be easily resuspended;

- такие частицы химически инертны и могут долго храниться в водных растворах, не ингибируют ферментативные реакции, их можно использовать в экспериментах in vitro и in vivo без риска нежелательных последствий;- such particles are chemically inert and can be stored for a long time in aqueous solutions, do not inhibit enzymatic reactions, they can be used in experiments in vitro and in vivo without the risk of undesirable consequences;

- такие частицы открывают широкие возможности для автоматизирования процессов выделения нуклеиновых кислот, белков, клеток.- such particles offer great opportunities for automating the processes of nucleic acid, protein, and cell isolation.

Из уровня техники известны следующие способы получения нуклеиновых кислот с использованием магнитных частиц:The prior art following methods for producing nucleic acids using magnetic particles:

A. Способ очистки с применением магнитных частиц (патент №WO 00/42432 от 20.07.2000)A. Cleaning Method Using Magnetic Particles (Patent No. WO 00/42432 of 07.20.2000)

Данный способ очистки вещества состоит в том, что материал, содержащий вещество и магнитные частицы, покрытые и обработанные реагентом, который связывает частицы с веществом, размещают в первой среде, создают возможность для протекания связывающей реакции, в которой вещество связывается с частицами, и вводят в среду магнитный зонд, в результате чего частицы прилипают к зонду, и зонд вместе с частицами и веществом, связанным с ними, переносят во вторую среду и, если нужно, выделяют из второй среды и переносят в третью среду, отличающийся тем, что в нескольких средах предпочтительно по меньшей мере в первой среде, а наиболее предпочтительно во всех средах, до того как зонд и частицы перенесут из соответствующей среды, размещают агент, ослабляющий поверхностное натяжение.This method of purification of a substance consists in the fact that a material containing a substance and magnetic particles coated and treated with a reagent that binds the particles to the substance is placed in the first medium, which creates the possibility of a binding reaction in which the substance binds to the particles and is introduced into the medium is a magnetic probe, as a result of which the particles adhere to the probe, and the probe, together with the particles and the substance associated with them, is transferred to the second medium and, if necessary, isolated from the second medium and transferred to the third medium, characterized in that in several media, preferably in at least the first medium, and most preferably in all media, a surface tension reducing agent is placed before the probe and particles are transferred from the corresponding medium.

Основным недостатком этого способа очистки является необходимость переноса магнитного зонда с прилипшими к нему магнитными частицами между различными средами, что резко увеличивает риск контаменации исследуемого образца.The main disadvantage of this cleaning method is the need to transfer a magnetic probe with magnetic particles adhering to it between different media, which sharply increases the risk of contamination of the test sample.

Б. Магнитные полимерные частицы на основе поливинилового спирта, способ их получения (патент №WO 97/04862 от 13.02.1997)B. Magnetic polymer particles based on polyvinyl alcohol, a method for their preparation (patent No. WO 97/04862 of 02/13/1997)

Изобретение относится к магнитным гранулообразным носителям, которые получают суспендированием содержащей магнитные коллоиды поливинилового спирта - полимерной фазы в органической фазе, которая содержит специальную смесь эмульгаторов. Получают частицы с размером частиц 1-8 мкм, которые могут химически связывать лиганды. Носители можно применять для выделения и обнаружения биомолекул, клеток, антител и нуклеиновых кислот.The invention relates to granular magnetic carriers, which are obtained by suspending polyvinyl alcohol-containing magnetic colloids — a polymer phase in an organic phase that contains a special mixture of emulsifiers. Get particles with a particle size of 1-8 μm, which can chemically bind ligands. Carriers can be used to isolate and detect biomolecules, cells, antibodies, and nucleic acids.

B. Способ обнаружения анализируемого вещества при помощи коллоидных магнитных частиц (патент №WO 03/04453 от 30.05.2003)B. Method for detecting an analyte using colloidal magnetic particles (patent No. WO 03/04453 of 05/30/2003)

Данный способ обнаружения и количественного определения характеризуется тем, что в нем используют магнитные коллоидные частицы, функционализированные по поверхности одним специфическим лигандом, подлежащим обнаружению или количественному определению анализируемого вещества. Для магнитного разделения используют сильные магниты на основе редкоземельных элементов. Чтобы полностью собрать магнитные частицы в магнитном штативе, требуется, как правило, от нескольких секунд до нескольких минут. Время разделения зависит от объема и вязкости жидкости, из которой собираются магнитные частицы.This method of detection and quantification is characterized in that it uses magnetic colloidal particles, functionalized on the surface by one specific ligand, which is to be detected or quantified of the analyte. For magnetic separation, strong magnets based on rare-earth elements are used. To completely collect magnetic particles in a magnetic tripod, it usually takes from a few seconds to several minutes. The separation time depends on the volume and viscosity of the fluid from which the magnetic particles are collected.

Проблема, которая возникает при использовании магнитных частиц (после адсорбции - «прилипания» ДНК на поверхности магнитных частиц и сбора магнитных частиц магнитным полем на одной из стенок пробирки), - это образование «клубка» магнитных частиц, «опутанных» ДНК, что затрудняет проведение дальнейших этапов промывки и исключает в дальнейшем возможность проведения полимеразной цепной реакции в реальном времени для анализа ДНК.The problem that arises when using magnetic particles (after adsorption — DNA “sticking” on the surface of magnetic particles and collecting magnetic particles by a magnetic field on one of the walls of the tube) is the formation of a “coil” of magnetic particles “entangled” with DNA, which makes it difficult to conduct further washing steps and excludes the possibility of real-time polymerase chain reaction for DNA analysis.

ЗадачаA task

Задачей настоящего изобретения является создание способа гомогенизации-ресуспендирования раствора адсорбированных на магнитных частицах ДНК посредством частичной ее дефрагментации и уменьшения сверхспиральности, эффективной промывки и эллюирования - отделения ДНК от магнитных частиц без переноса магнитного зонда, с риском контаменации, между различными объемами, и обеспечения наиболее благоприятных условий для флюоресцентного анализа выделенной и очищенной ДНК приборами «PCR RealTime» и, таким образом, автоматизирования всего цикла проведения анализа ДНК.An object of the present invention is to provide a method for homogenizing and resuspending a solution of DNA adsorbed on magnetic particles by partially defragmenting it and reducing supercoiling, efficient washing and elution - separation of DNA from magnetic particles without transferring a magnetic probe, with the risk of contamination, between different volumes, and ensuring the most favorable conditions for fluorescence analysis of isolated and purified DNA with PCR RealTime devices and, thus, automation of the entire cycle of pr DNA analysis.

3. Раскрытие изобретения3. Disclosure of invention

Поставленная задача создания однородного раствора магнитных наночастиц с адсорбированными на них образцами ДНК, выделенными из клеток крови, решается новым способом частичной дефрагментации молекул ДНК, а именно растиранием любых неоднородностей концентрации магнитных частиц, зажатых сильным неоднородным магнитным полем между внутренней поверхностью пробирки и вращающимся вокруг своей оси магнитным зондом. Вращение магнитного зонда с одновременным его прижимом к внутренней стенке пробирки осуществлялось вращающимися магнитными (1.2-1.3 Тл) шариками штатива.The task of creating a homogeneous solution of magnetic nanoparticles with DNA samples adsorbed on them, isolated from blood cells, is solved by a new method of partial defragmentation of DNA molecules, namely by grinding any inhomogeneities in the concentration of magnetic particles clamped by a strong inhomogeneous magnetic field between the inner surface of the tube and rotating around its axis magnetic probe. The rotation of the magnetic probe with its simultaneous pressing against the inner wall of the tube was carried out by rotating magnetic (1.2-1.3 T) balls of the tripod.

В пробирку, стандартно используемую для выделения ДНК, объемом 1.5 мл вводилось:In a test tube, standardly used for DNA isolation, a volume of 1.5 ml was introduced:

1) 5 мкл магнитных частиц в концентрации 5 мг/мл;1) 5 μl of magnetic particles at a concentration of 5 mg / ml;

2) 50 мкл крови для выделения ДНК;2) 50 μl of blood for DNA isolation;

3) 150 мкл лизирующего раствора;3) 150 μl of lyse solution;

4) магнитный цилиндрический зонд.4) a magnetic cylindrical probe.

Вращение магнитного зонда вокруг своей оси, коллинеарной оси пробирки и создание микротурбулентных течений способствовало максимально полной адсорбции - «прилипанию» ДНК на поверхности магнитных частиц. После остановки вращательного движения зонда и сбора магнитных наночастиц с ДНК сильным неоднородным магнитным полем шариков штатива на внутренней поверхности пробирки и, частично, на поверхности магнитного зонда магнитные частицы, «опутанные» ДНК, образуют «клубок», представляющий собой очень эластичную пористую среду с высокой прочностью на разрыв, что и было основной преградой на пути использования стандартного метода выделения ДНК с использованием магнитных частиц и магнитного штатива.The rotation of the magnetic probe around its axis, the collinear axis of the tube and the creation of microturbulent flows contributed to the most complete adsorption - “sticking” of DNA to the surface of magnetic particles. After stopping the rotational motion of the probe and collecting magnetic nanoparticles with DNA with a strong inhomogeneous magnetic field of the tripod balls on the inner surface of the tube and, partially, on the surface of the magnetic probe, magnetic particles “entangled” DNA form a “ball”, which is a very elastic porous medium with a high tensile strength, which was the main obstacle to using the standard method of DNA extraction using magnetic particles and a magnetic tripod.

Предпринимались различные неудачные попытки для устранения (разбиения) комкования магнитных частиц, такие как многократное пипетирование, разрезание ножами миксера при оборотах более 50 Гц, разбиение более крупными ферромагнитными частицами по принципу работы шаровых мельниц. Таким образом, становилось невозможным проведение дальнейших стандартных стадий пробоподготовки - три промывки и элюирование ДНК от магнитных частиц, и следовательно, невозможность выделения чистых, пригодных для ПЦР анализа образцов ДНК.Various unsuccessful attempts have been made to eliminate (break) clumping of magnetic particles, such as repeated pipetting, cutting the mixer with knives at revolutions of more than 50 Hz, breaking with larger ferromagnetic particles according to the principle of operation of ball mills. Thus, it became impossible to carry out the further standard stages of sample preparation — three washes and elution of DNA from magnetic particles, and, consequently, the inability to isolate pure DNA samples suitable for PCR analysis.

Положительный результат - создание гомогенного раствора магнитных частиц с ДНК - был получен лишь с использованием принципа растирания микронеоднородностей, зажатых между двумя поверхностями. Микронеоднородности с магнитными частицами - «комки» втягиваются в область высокого магнитного поля, прижимаясь к стенкам пробирки, как это реализуется в стандартном магнитном штативе со стационарным магнитным полем. В качестве магнитов штатива нами используются магнитные (Nd-Fe-B) шарики диаметром 5 мм (Bостаточное≈1.2-1.3 Тл), расположенные с внешней стороны пробирки, способные свободно вращаться вокруг любой из своих осей. Второй, прижимающей, поверхностью в предлагаемой нами методике является вводимый внутрь пробирки магнитный зонд - цилиндрик диаметром 1.5-2.0 мм и длиной 6-8 мм, намагниченный поперек оси цилиндра (параллельно оси пробирки) и имеющий Bостаточное0.2-0.3 Тл на поверхности. В качестве материала для изготовления магнитного цилиндрика использовался магнитопласт, получаемый методом литья (силикон с добавлением 80% быстрозакаленного магнитного порошка неодимового сплава), с последующим намагничиванием его с помощью индуктора.A positive result - the creation of a homogeneous solution of magnetic particles with DNA - was obtained only using the principle of grinding microinhomogeneities sandwiched between two surfaces. Microinhomogeneities with magnetic particles - “lumps” are drawn into the region of a high magnetic field, clinging to the walls of the tube, as is realized in a standard magnetic tripod with a stationary magnetic field. We use magnetic (Nd-Fe-B) balls with a diameter of 5 mm (B residual ≈1.2-1.3 T) located on the outside of the tube and able to rotate freely around any of its axes as tripod magnets. The second pressing surface in our proposed method is a magnetic probe introduced into the test tube - a cylinder with a diameter of 1.5-2.0 mm and a length of 6-8 mm, magnetized across the cylinder axis (parallel to the tube axis) and having a residual B of 0.2-0.3 T on the surface. As a material for the manufacture of a magnetic cylinder, a magnetoplast obtained by casting (silicone with the addition of 80% rapidly quenched magnetic powder of neodymium alloy) was used, followed by magnetization using an inductor.

Магнитный цилиндрик-зонд, притягиваемый сильным магнитом, зажимал «комки» между собой и внутренней стенкой пробирки. Вращаясь вокруг своей оси и оставаясь всегда прижатым к внутренней стенке пробирки, магнитный зонд эффективно растирает «комки» магнитных частиц «опутанных» ДНК, частично (как показал последующий электрофорез) дефрагментируя саму ДНК.A magnetic cylinder probe, attracted by a strong magnet, clamped the “lumps” between itself and the inner wall of the tube. Rotating around its axis and always staying pressed against the inner wall of the test tube, the magnetic probe effectively rubs the “lumps” of magnetic particles of “entangled” DNA, partially (as shown by subsequent electrophoresis) defragmenting the DNA itself.

В пробирке при этом образуется суспензия из магнитных частиц с адсорбированными на них ДНК.In the test tube, a suspension of magnetic particles with DNA adsorbed on them is formed.

4. Осуществление изобретения4. The implementation of the invention

4.1 Описание конструкции модели прибора, с помощью которого проводились испытания.4.1 Description of the design of the model of the device with which the tests were carried out.

16 пробирок с одноразовыми магнитными цилиндрическими зондами внутри располагались равномерно по окружности в штативе. Между каждой из 8 пар пробирок в цилиндрические полости (диаметром 5.1 мм) штатива помещались 8 супермагнитных (1.2-1.3 Тл) шариков диаметром 5 мм, имеющих возможность свободно вращаться вокруг любой своей оси. Вид модели без пробирок представлен на фиг.1. Вращение восьми супермагнитных шариков штатива осуществлялось посредством создания вращающегося в горизонтальной плоскости вектора индукции магнитного поля в плоскости окружности их расположения. Создание вращающегося с частотой 10-30 Гц магнитного поля в нашей модели обеспечивалось вращением в радиальной плоскости одного стержневого магнита, расположенного вдоль диаметра окружности пробирок.16 test tubes with disposable magnetic cylindrical probes inside were evenly spaced around the circumference in a rack. Between each of 8 pairs of test tubes, 8 super-magnetic (1.2-1.3 T) balls with a diameter of 5 mm were placed in cylindrical cavities (5.1 mm in diameter) of the tripod and were able to rotate freely around any axis. View of the model without tubes is shown in figure 1. The rotation of the eight supermagnetic balls of the tripod was carried out by creating a rotating in the horizontal plane of the magnetic field induction vector in the plane of the circle of their location. The creation of a magnetic field rotating at a frequency of 10–30 Hz in our model was ensured by rotation in the radial plane of one rod magnet located along the diameter of the tube circumference.

На фиг.2, изображен вид модели снизу, где показано расположение стержневого магнита, создающего вращающееся магнитное поле. Приводом служил электромотор, питаемый от батареек (3-6 В), с частотой вращения 30-50 Гц. Лунки штатива для пробирок прокладывались гибким нагревательным элементом (нихром в карбоновой ленте, мощность около 10 Вт), для нагрева до 50-60°С после третьей стадии промывки - сушки (5 минут), а также для нагрева до 60-65°С (10 минут) в эллюирующем растворе для отделения ДНК от сорбента на поверхности магнитных частиц. Гибкая нагревательная карбоновая лента с двумя нихромовыми нитями, также видна на фиг.1 и фиг.2.Figure 2, shows a bottom view of the model, which shows the location of the bar magnet that creates a rotating magnetic field. The drive was an electric motor powered by batteries (3-6 V), with a rotation frequency of 30-50 Hz. The test tube wells were laid with a flexible heating element (nichrome in a carbon tape, power about 10 W), for heating to 50-60 ° C after the third stage of washing and drying (5 minutes), and also for heating to 60-65 ° C ( 10 minutes) in an elution solution to separate DNA from the sorbent on the surface of magnetic particles. A flexible heating carbon tape with two nichrome threads is also visible in figure 1 and figure 2.

Последней стадией пробоподготовки является сбор магнитных частиц на стенке пробирки и магнитном зонде. Выделенная и очищенная ДНК остается в растворе.The final stage of sample preparation is the collection of magnetic particles on the tube wall and magnetic probe. Isolated and purified DNA remains in solution.

Этапы выделения ДНК из биологического образца с использованием изобретенияSteps for isolating DNA from a biological sample using the invention

ДНК выделяют из образцов крови при помощи стандартного набора реагентов. На одну пробирку 1.5 мл используют:DNA is isolated from blood samples using a standard set of reagents. For one 1.5 ml tube, use:

1 этапStage 1

- 50 мкл крови + 150 мкл лизирующего раствора + 5 мкл стандартной концентрации магнитных частиц;- 50 μl of blood + 150 μl of lyse solution + 5 μl of standard concentration of magnetic particles;

- Промывка;- Flushing;

- Удержание магнитных частиц на стенке пробирки;- Retention of magnetic particles on the wall of the tube;

- Удаление жидкой фазы из пробирки;- Removal of the liquid phase from the test tube;

2 этап2 stage

- 400 мкл стандартного промывочного раствора №1;- 400 μl of standard wash solution No. 1;

- Промывка;- Flushing;

- Удержание магнитных частиц на стенке пробирки;- Retention of magnetic particles on the wall of the tube;

- Удаление жидкой фазы из пробирки;- Removal of the liquid phase from the test tube;

3 этап3 stage

- 200 мкл стандартного промывочного раствора №2;- 200 μl of standard wash solution No. 2;

- Промывка;- Flushing;

- Удержание магнитных частиц на стенке пробирки;- Retention of magnetic particles on the wall of the tube;

- Удаление жидкой фазы из пробирки;- Removal of the liquid phase from the test tube;

4 этап4th stage

- 200 мкл стандартного промывочного раствора №3;- 200 μl of standard wash solution No. 3;

- Промывка;- Flushing;

- Удержание магнитных частиц на стенке пробирки;- Retention of magnetic particles on the wall of the tube;

- Удаление жидкой фазы из пробирки;- Removal of the liquid phase from the test tube;

- Сушка содержимого пробирки в течение 5 минут при температуре 50-65°С;- Drying the contents of the test tube for 5 minutes at a temperature of 50-65 ° C;

5 этап5 stage

- 100 мкл стандартного эллюирующего раствора в течение 10 минут при температуре 50-65°С;- 100 μl of standard elution solution for 10 minutes at a temperature of 50-65 ° C;

- Удержание магнитных частиц на стенке пробирки;- Retention of magnetic particles on the wall of the tube;

- Сбор выделенных и очищенных ДНК из пробирки для последующего анализа.- Collection of isolated and purified DNA from the tube for subsequent analysis.

Пример конкретного выполненияConcrete example

Для выделения ДНК из клеток крови в модель прибора устанавливалось 16 пробирок объемом по 1.5 мл. Одна пробирка использовалась для контроля температурного режима на 4 и 5 этапах пробоподготовки. Для этого в шестнадцатую пробирку вводился цифровой датчик температуры. В остальных 15 пробирках размещался магнитный цилиндрический зонд.To isolate DNA from blood cells, 16 1.5 ml tubes were installed in the model of the device. One tube was used to control the temperature at 4 and 5 stages of sample preparation. For this, a digital temperature sensor was introduced into the sixteenth test tube. The remaining 15 tubes contained a magnetic cylindrical probe.

1 этапStage 1

После введения в пробирку раствора, содержащего 50 мкл крови + 150 мкл лизирующего раствора, в нее добавлялось 5 мкл стандартной концентрации магнитных частиц. Включением на 5-10 секунд вращающегося магнитного поля, за счет вращения магнитного зонда, достигалось равномерное перемешивание магнитных частиц в растворе и создание оптимальных условий для адсорбции ДНК на их поверхности. Как показали опыты, частота вращения магнитного зонда не должна превышать 50 Гц. Противное приводит к вспениванию раствора, а также к разбрызгиванию его по стенкам пробирки.After introducing into the test tube a solution containing 50 μl of blood + 150 μl of lysis solution, 5 μl of the standard concentration of magnetic particles was added to it. By turning on the rotating magnetic field for 5-10 seconds, due to the rotation of the magnetic probe, uniform mixing of the magnetic particles in the solution and creation of optimal conditions for the adsorption of DNA on their surface were achieved. As experiments have shown, the rotation frequency of the magnetic probe should not exceed 50 Hz. The contrary leads to foaming of the solution, as well as to its spraying on the walls of the tube.

После остановки вращательного движения супермагнитные шарики штатива собирали магнитные частицы на стенке пробирки на высоте около 100 мкл. Одновременно с этим к стенке пробирки прижимался и магнитный цилиндрический зонд. Часть магнитных частиц оседала также на поверхности магнитного зонда. Дрейф магнитных частиц из раствора и их оседание на стенки пробирки и поверхность зонда длился около 1 минуты. Затем жидкая фаза удалялась из пробирки стандартной пипеткой с одноразовыми носиками.After the rotation stopped, the super-magnetic tripod balls collected magnetic particles on the tube wall at a height of about 100 μl. At the same time, a magnetic cylindrical probe was pressed against the wall of the tube. Part of the magnetic particles also deposited on the surface of the magnetic probe. The drift of magnetic particles from the solution and their deposition on the walls of the tube and the surface of the probe lasted about 1 minute. Then the liquid phase was removed from the test tube with a standard pipette with disposable spouts.

2 этап2 stage

После введения в пробирку 400 мкл промывочного раствора №1 модель прибора включалась приблизительно на 1 минуту. Вращающийся магнитный зонд, будучи прижатым к стенке пробирки супермагнитным шариком штатива, растирал о внутреннюю стенку пробирки любые неоднородности, содержащие магнитные частицы, создавая суспензию магнитных частиц. Микротурбулентное вращательное движение жидкости в пробирке способствовало тщательной промывке ДНК.After 400 μl of Wash Solution No. 1 was introduced into the tube, the instrument model was turned on for approximately 1 minute. A rotating magnetic probe, being pressed against the tube wall by a supermagnetic tripod ball, rubbed any inhomogeneities containing magnetic particles against the inner tube wall, creating a suspension of magnetic particles. Microturbulent rotational movement of fluid in a test tube facilitated a thorough washing of the DNA.

После остановки вращательного движения супермагнитные шарики штатива собирали магнитные частицы на стенке пробирки на высоте около 100 мкл. Одновременно с этим к стенке пробирки прижимался и магнитный цилиндрический зонд. Часть магнитных частиц оседала, также на поверхности магнитного зонда. Дрейф магнитных частиц из раствора и их оседание на стенки пробирки и поверхность зонда длится около 1 минуты. Затем жидкая фаза удалялась из пробирки стандартной пипеткой с одноразовыми носиками.After the rotation stopped, the super-magnetic tripod balls collected magnetic particles on the tube wall at a height of about 100 μl. At the same time, a magnetic cylindrical probe was pressed against the wall of the tube. Part of the magnetic particles settled, also on the surface of the magnetic probe. The drift of magnetic particles from the solution and their sedimentation on the walls of the tube and the surface of the probe lasts about 1 minute. Then the liquid phase was removed from the test tube with a standard pipette with disposable spouts.

3 этап3 stage

После введения в пробирку 200 мкл промывочного раствора №2 этап проводился аналогично.After 200 μl of Wash Solution No. 2 was introduced into the tube, the step was carried out similarly.

4 этап4th stage

После введения в пробирку 200 мкл промывочного раствора №3 этап проводился аналогично. Однако после удаления жидкой фазы следовало осушить содержимое пробирки в течение 5 минут при температуре 50-65°С. Для того включался гибкий нагревательный элемент, опоясывающий все 16 пробирок в их посадочных местах в штативе. Нагревательный элемент запитывался от стандартного источника питания HY3005С напряжением около 15 В. Контроль температуры осуществлялся по цифровому датчику температуры, расположенному в шестнадцатой пробирке. Процедура сушки должна выполняться тщательно, так как промывочный раствор №3 блокирует реакцию амплификации ДНК.After 200 μl of Wash Solution No. 3 was introduced into the tube, the step was carried out similarly. However, after removal of the liquid phase, the contents of the tube should be drained for 5 minutes at a temperature of 50-65 ° C. For this, a flexible heating element was included, encircling all 16 test tubes in their seats in a rack. The heating element was powered from a standard HY3005C power source with a voltage of about 15 V. Temperature was controlled by a digital temperature sensor located in the sixteenth test tube. The drying procedure should be carried out carefully, as washing solution No. 3 blocks the DNA amplification reaction.

5 этап5 stage

После введения в пробирку 100 мкл эллюирующего раствора, отделяющего ДНК от магнитных частиц, также включался гибкий нагревательный элемент, и в пробирках на 10 минут устанавливалась температура 50-65°С. В течение этого времени вращение магнитного зонда осуществлялось периодически на 10-15 секунд каждую минуту. Это позволяло гомогенизировать раствор, с одной стороны, и не допускало чрезмерной дефрагментации молекул ДНК.After the introduction of 100 μl of the elution solution separating the DNA from the magnetic particles into the tube, a flexible heating element was also turned on, and the temperature was set at 50-65 ° C for 10 minutes. During this time, the rotation of the magnetic probe was carried out periodically for 10-15 seconds every minute. This allowed homogenizing the solution, on the one hand, and did not allow excessive defragmentation of DNA molecules.

После отключения прибора магнитные частицы в течение минуты собирались на боковых стенках пробирки и одноразовом магнитном зонде под действием неоднородного магнитного поля шариков.After turning off the device, magnetic particles were collected for a minute on the side walls of the tube and a disposable magnetic probe under the influence of an inhomogeneous magnetic field of the balls.

Очищенные ДНК оставались в растворе, готовые для дальнейшего анализа.Purified DNA remained in solution, ready for further analysis.

Для сравнения количества ДНК, выделенного стандартным способом и с помощью модели прибора, в том числе и в разных пробирках, были проведены реакции амплификации с образцами каждого вида. Амплификацию проводили с помощью детектирующего амплификатора ДТ-96 (Регистрационное удостоверение Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития №ФСР 2007/01250 от 20 ноября 2007 года). Результаты проведенной амплификации представлены на фиг.6. Характерный номер цикла начала реакции в обоих случаях равен 27.To compare the amount of DNA extracted by the standard method and using the model of the device, including in different tubes, amplification reactions were carried out with samples of each species. Amplification was carried out using the DT-96 detecting amplifier (Registration Certificate of the Federal Service for Supervision of Health and Social Development No. FSR 2007/01250 dated November 20, 2007). The results of the amplification are presented in Fig.6. The characteristic cycle number of the onset of the reaction in both cases is 27.

Степень дефрагментации ДНК, выделенной моделью прибора, можно проанализировать по проведенной электрофорограмме фиг.7.The degree of DNA defragmentation highlighted by the model of the device can be analyzed by the electrophoregram of Fig.7.

5. Краткое описание чертежей5. Brief Description of the Drawings

Вид модели прибора, с помощью которого проводились испытания, представлен на фиг.1. Видны 8 супермагнитных шариков и гибкий нагревательный элемент. На фиг.2, изображающем вид модели снизу, показано расположение стержневого магнита, создающего вращающееся магнитное поле. Приводом служил электромотор, питаемый от батареек (3-6 В), с частотой вращения 30-50 Гц. Лунки штатива для пробирок прокладывались гибким нагревательным элементом (нихром в карбоновой ленте), для нагрева до 50-60°С после третьей стадии промывки - сушки (5 минут), а также для нагрева до 60-65°С (10 минут) в эллюирующем растворе для отделения ДНК от сорбента на поверхности магнитных частиц. Гибкая нагревательная карбоновая лента с двумя нихромовыми нитями, также видна на фиг.1 и фиг.2.The type of model of the device with which the tests were carried out is presented in figure 1. 8 super-magnetic balls and a flexible heating element are visible. Figure 2, depicting a bottom view of the model, shows the location of the bar magnet, creating a rotating magnetic field. The drive was an electric motor powered by batteries (3-6 V), with a rotation frequency of 30-50 Hz. The test tube wells were laid with a flexible heating element (nichrome in a carbon tape), for heating to 50-60 ° C after the third stage of washing and drying (5 minutes), and also for heating to 60-65 ° C (10 minutes) in an eluting a solution for separating DNA from the sorbent on the surface of magnetic particles. A flexible heating carbon tape with two nichrome threads is also visible in figure 1 and figure 2.

На фиг.3 представлен общий вид модели во время испытаний.Figure 3 presents a General view of the model during testing.

На фиг.4 представлены магнитные частицы с адсорбированной на них ДНК после 2 промывочного раствора.Figure 4 presents the magnetic particles with adsorbed DNA on them after 2 washing solutions.

Фиг.5 изображает способ растирания неоднородностей, зажатых между вращающимся вокруг своей оси магнитным зондом и стенкой пробирки.Figure 5 depicts a method for grinding inhomogeneities sandwiched between a magnetic probe rotating around its axis and the tube wall.

Фиг.6 изображает сравнительные результаты качественного ПЦР анализа для ручного стандартного метода выделения ДНК и метода с использованием модели прибора для пробоподготовки. Совпадение кривых указывает на хорошую работу модели. Фиг.7 показывает сравнительные результаты качественного ПНР анализа ДНК, полученной с применением стандартной пробоподготовки, и анализа ДНК, полученной способом гомогенизации с использованием модели прибора для пробоподготовки. Результаты электрофореза демонстрируют некоторую дефрагментацию ДНК, выделенную моделью прибора (первые 6 колонок) по сравнению со стандартным ручным методом (7 и 8 колонки).6 depicts the comparative results of high-quality PCR analysis for a manual standard DNA extraction method and a method using a model of a sample preparation instrument. The coincidence of the curves indicates a good model. 7 shows the comparative results of a qualitative PNR analysis of DNA obtained using standard sample preparation, and DNA analysis obtained by the method of homogenization using a model of the device for sample preparation. The results of electrophoresis demonstrate some DNA defragmentation, highlighted by the model of the device (first 6 columns) compared to the standard manual method (7 and 8 columns).

Claims (1)

Способ гомогенизации раствора магнитных частиц с адсорбированной на них ДНК, заключающийся в растирании неоднородных по концентрации магнитных частиц, зажатых неоднородным магнитным полем между внутренней поверхностью пробирки и магнитным зондом, вращающимся вокруг своей оси с частотой 20-50 Гц и представляющим собой цилиндр из магнитопласта диаметром 1,5-2,0 мм и длиной 6-8 мм, намагниченный поперек оси цилиндра и имеющий В остаточное 0,2-0,3 Тл на поверхности, при этом вращение магнитного зонда с одновременным его прижимом к внутренней стенке пробирки обеспечивают с помощью магнитных шариков диаметром 5 мм, с величиной В остаточного 1,2-1,3 Тл на поверхности, расположенных с внешней стороны пробирки и способных свободно вращаться вокруг своих осей под действием постоянно вращающегося в радиальной плоскости стержневого магнита. A method of homogenizing a solution of magnetic particles with DNA adsorbed on them, which consists in grinding a non-uniform concentration of magnetic particles clamped by a non-uniform magnetic field between the inner surface of the tube and a magnetic probe rotating around its axis with a frequency of 20-50 Hz and representing a magnetoplastic cylinder with a diameter of 1 , 5-2.0 mm and a length of 6-8 mm, magnetized across the axis of the cylinder and having a residual 0.2-0.3 T on the surface, while the rotation of the magnetic probe with its simultaneous pressure against the inner wall the tubes provide magnetic balls with a diameter of 5 mm, with a value of B residual 1.2-1.3 T on the surface located on the outside of the tube and are able to freely rotate around their axes under the action of a rod magnet constantly rotating in the radial plane.
RU2009130779/10A 2009-08-13 2009-08-13 Method for homogenising biological samples containing magnetic nanoparticles when extracting dna during automatic sample preparation for pcr analysis RU2451747C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009130779/10A RU2451747C2 (en) 2009-08-13 2009-08-13 Method for homogenising biological samples containing magnetic nanoparticles when extracting dna during automatic sample preparation for pcr analysis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009130779/10A RU2451747C2 (en) 2009-08-13 2009-08-13 Method for homogenising biological samples containing magnetic nanoparticles when extracting dna during automatic sample preparation for pcr analysis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009130779A RU2009130779A (en) 2011-02-20
RU2451747C2 true RU2451747C2 (en) 2012-05-27

Family

ID=46231831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009130779/10A RU2451747C2 (en) 2009-08-13 2009-08-13 Method for homogenising biological samples containing magnetic nanoparticles when extracting dna during automatic sample preparation for pcr analysis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2451747C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2484139C1 (en) * 2012-05-17 2013-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственное Объединение ДНК-Технология" Device to extract nucleic acids
RU2583928C2 (en) * 2013-09-05 2016-05-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Научно-исследовательский институт физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства" (ФГБУН НИИ ФХМ ФМБА России) Method of manipulating and sorting objects of various nature, micron and submicron scale in microfluid systems by means of gradients of concentration of paramagnetic nanoparticles
RU2630642C1 (en) * 2016-11-15 2017-09-11 Общество с ограниченной ответственностью "Научно Производственное Объединение ДНК-Технология" Device for allocation of nucleic acids

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6100079A (en) * 1996-02-25 2000-08-08 Precision System Science Co., Ltd. Method for treating biopolymers, microorganisms or materials by using more than one type of magnetic particles
RU2239192C2 (en) * 1999-01-18 2004-10-27 Термо Электрон Ой Method for improved sticking of magnetic particles out of biological liquids to magnetic probe, method for their isolation out of biological liquids due to magnetic probe and method for purification of biological liquids
US20070219366A1 (en) * 2004-04-30 2007-09-20 Walter Gumbrecht Method and Assembly for Dna Isolation With Dry Reagents

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6100079A (en) * 1996-02-25 2000-08-08 Precision System Science Co., Ltd. Method for treating biopolymers, microorganisms or materials by using more than one type of magnetic particles
RU2239192C2 (en) * 1999-01-18 2004-10-27 Термо Электрон Ой Method for improved sticking of magnetic particles out of biological liquids to magnetic probe, method for their isolation out of biological liquids due to magnetic probe and method for purification of biological liquids
US20070219366A1 (en) * 2004-04-30 2007-09-20 Walter Gumbrecht Method and Assembly for Dna Isolation With Dry Reagents

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIE X et al. "DNA-purification and gene typing: based on multifunctional nanobeads", Chinese science bulletin, 2004, v.49, n.g, p.886-889. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2484139C1 (en) * 2012-05-17 2013-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственное Объединение ДНК-Технология" Device to extract nucleic acids
RU2583928C2 (en) * 2013-09-05 2016-05-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Научно-исследовательский институт физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства" (ФГБУН НИИ ФХМ ФМБА России) Method of manipulating and sorting objects of various nature, micron and submicron scale in microfluid systems by means of gradients of concentration of paramagnetic nanoparticles
RU2630642C1 (en) * 2016-11-15 2017-09-11 Общество с ограниченной ответственностью "Научно Производственное Объединение ДНК-Технология" Device for allocation of nucleic acids

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009130779A (en) 2011-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2309278B1 (en) Device and method for separating, mixing and concentrating magnetic particles with a fluid and use thereof in purification methods
WO2012046089A1 (en) Magnetic tissue grinding
JP5821358B2 (en) Nucleic acid extraction method and cartridge for nucleic acid extraction
CN108064262B (en) Nucleic acid extraction device and method
CN108220125B (en) Nucleic acid extraction device
JP2018503069A (en) System and method for collecting nucleic acid samples
WO2011150833A1 (en) Test tube, device comprising test tube and liquid treatment method by using same
AU2010239154A1 (en) Method and apparatus for isolating a target bioentity from a biological sample
US9063044B2 (en) Magnetic aggregating and washing device for in vitro assays and methods of use thereof
RU2451747C2 (en) Method for homogenising biological samples containing magnetic nanoparticles when extracting dna during automatic sample preparation for pcr analysis
JP3541181B2 (en) A simple system for nucleic acid analysis
CN109913417A (en) A method of using different cell origin excretion body hypotypes in tachysynthesis paramagnetic particle method separation cerebrospinal fluid
US8361326B2 (en) Apparatus and method for the treatment of liquids with magnetic particles
US20190169599A1 (en) System and method for sequestering substances in bulk liquids
JP7155258B2 (en) Method for processing biological samples using magnetic particles
JP7343124B2 (en) Methods and systems for high-throughput particle handling using magnetic fields and devices
AU2011202810B2 (en) Device and method for separating, mixing and concentrating magnetic particles with a fluid and use thereof in purification methods
Sugishita et al. A centrifugation-based method for high-throughput biomaterial separation using magnetic microbeads
CN117050856A (en) Analytical column for enriching mycobacterium tuberculosis nucleic acid and application thereof
US20100068823A1 (en) Carrier Material, Method for the Production and Use Thereof

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20110511

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120814

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20131010

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20170830