RU2714734C1

RU2714734C1 - Устройство для автоматической очистки биологических образцов

Info

Publication number: RU2714734C1
Application number: RU2018109535A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Анатольевич Белов; Дмитрий Александрович Варламов; Дмитрий Гарриевич Сочивко; Григорий Владиславович Шамало
Original assignee: Общество с ограниченной активностью "Синтол" (ООО "Синтол")
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2020-02-19

Abstract

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложено устройство для автоматического выделения и очистки нуклеиновых кислот из биологических образцов. Устройство содержит элемент для приложения магнитного поля, подъемный элемент, блок лунок для пробирок и нагревательный элемент. При этом элемент для приложения магнитного поля снабжен держателями и боковыми и центральным магнитами. Подъемный элемент обеспечивает перемещение магнитов и держателей таким образом, что каждая пробирка в блоке лунок поочередно находится в зоне действия магнитного поля центрального и бокового магнитов. Изобретение обеспечивает уменьшение в пробах количества примесей, которые ингибируют ПЦР-реакцию. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

.

Description

Изобретение относятся к области молекулярной биотехнологии и биохимии.

Устройство для автоматического выделения и очистки нуклеиновых кислот из биологических образцов (далее Устройство) предназначено для выделения и очистки нуклеиновых кислот и других макромолекул из биологических образцов перед биохимическими и диагностическими процессами.

Устройство в основном используется в комплекте с анализаторами нуклеиновых кислот на основе метода полимеразной цепной реакции в реальном времени (ПЦР-РВ) с целью обеспечения потребностей медицины и научных исследований.

Классические методы выделения макромолекул из сложных исходных образцов, таких как кровь или ткани пациентов, включают в себя этап лизиса (разрушения клеток) биологического материала, который выполняется в пробирках с реагентами в термостате при повышенной температуре.

В устройствах для автоматического выделения макромолекул используются магнитные частицы со стеклянным покрытием. Макромолекулы связываются с магнитными частицами. Магнит прикладывается к стенке пробирки, содержащей образец, таким образом, чтобы частицы агрегировали у стенки пробирки. Примеси, которые ингибируют ДНК-полимеразу и ПЦР-реакцию, например полисахариды, фенольные компоненты и гумус, удаляются в результате серии отмывок. Макромолекулы, сорбированные на носителе, снимаются с помощью элюирующего буфера, например спирта. Элюирующий буфер с макромолекулами отделяется от магнитных частиц, затем буфер высушивается при повышенной температуре. Выделенные макромолекулы используются для анализов.

В некоторых устройствах термостат для выполнения лизиса и устройство для автоматического выделения макромолекул, в котором используются магнитные частицы, конструктивно объединены.

Известен патент РФ 2484139 С1 «Устройство для выделения нуклеиновых кислот» (МПК C12N 15/00, В82В 3/00, 17.05.2012).

Устройство включает корпус и пробирки для размещения в каждой из них адсорбированных на магнитных частицах нуклеиновых кислот и намагниченного перпендикулярно оси пестика. В корпусе установлены горизонтально расположенный вал и магнитные цилиндры, обеспечивающие возможность образования вращающегося неоднородного магнитного поля. Вал состоит из повторяющихся вдоль продольной оси вала блоков из четырех скрещенных постоянных магнитов. Количество пар скрещенных постоянных магнитов на валу равно количеству магнитных цилиндров. Пробирки с магнитными частицами и пестиком размещены в зоне действия магнитного неоднородного вращающегося поля. При этом пестик обеспечивает эффективное истирание клубка магнитных частиц для получения образцов проб с чистотой, пригодной для их последующего анализа методом полимеразной реакции. Недостатком устройства является сложность конструкции, поскольку оно содержит множество движущихся частей. Другой недостаток устройства - неудобство при эксплуатации: в каждой пробирку необходимо поместить намагниченный пестик, повторное использование которого нарушает стерильность пробы и повышает вероятность контаминации.

Известен патент США US 20090134069 A1 «Integrated Heater and Magnetic Separator)) (Совмещенный нагреватель и магнитный сепаратор (разделитель)), МПК B01D L/0, В03С 1/3, 13.07.2007).

Нагреватель имеет тепловой контакт с одной стороной пробирок и обеспечивает контроль температуры отдельно в каждой пробирке. С другой стороны пробирок от нагревателя находятся магниты, которые способны двигаться вверх и вниз. Охлаждение нагревателя производится вентилятором. Недостатком устройства является отсутствие технических решений, направленных на уменьшение количества примесей в пробах при счетном количестве промывок.

Известен патент США US 8921094 В2 «System and method for nucleic acids containing fluid processing)) (Система и способ обработки нуклеиновых кислот в жидкости, МПК CI2M 1/34, CI2M 3/00, B01L 7/00, В03С 1/28, B01L 9/00, G01N 35/00, 03.06.2010).

Система содержит управляемый механизм, обеспечивающий приближение магнитов к пробиркам, которые содержат магнитные частицы, и удаления магнитов от них, и встроенный нагреватель. Недостатком системы является сложность конструкции, поскольку для ее функционирования требуется несколько двигателей. Также отсутствуют технические решения, направленные на уменьшение количества примесей в пробах при счетном количестве промывок.

Известен патент США US 6672458B2 «System and method for manipulating magnetically responsive particles fluid samples to collect DNA or RNA from a sample)) (Система и способ манипулирования образцами жидкости, содержащей магнитно-восприимчивые частицы, для сбора ДНК или РНК из образца, МПК C12N 15/10, В03С 1/28, G01N 35/00, B01L 7/00, 19.05.2000).

Система содержит планшет с пробирками, магниты, двигающиеся в вертикальном направлении за счет устройства для перемещения магнитов, и термоэлектрическое устройство нагрева. Устройство для перемещения магнитов позволяет фиксировать магниты в двух положениях, при первом положении магнит воздействует на магнитные частицы в пробирке, притягивая их к стенке пробирки, во втором положении воздействие магнита на магнитные частицы отсутствует. Система также использует электромагнит, который способен размагничивать частицы, чтобы частицы могли свободно смешиваться с раствором для элюирования. Электромагнит воздействует переменным магнитным полем на магнитные частицы, при этом магниты находятся во втором положении. Недостатком системы является сложность конструкции, поскольку для размагничивания магнитных частиц используется электромагнит. Также недостатком является ограничение только двумя положениями магнита.

Ближайшим из известных является патент РФ 2545404 С2 «Устройство для автоматической очистки биологических образцов, оснащенное элементом для приложения магнитного поля, способ извлечения целевого вещества из биологического образца и способ экспрессии и очистки белка» (МПК С12М 1/18, С12М 1/2, C12Q 1/68, C12N 15/00, 29.04.2011). Устройство содержит элемент для приложения магнитного поля, подъемный элемент, блок лунок с пробирками и нагревательный элемент. Элемент для приложения магнитного поля снабжен магнитами и элементами для установки магнитов. Подъемный элемент обеспечивает подъем и опускание элемента для установки магнитов таким образом, что магнитное поле прикладывается к блоку лунок. Недостаток устройства заключается в том, что магнитное поле прикладывается к блоку лунок с одной стороны. При этом магнитные частицы образуют плотный комок, в результате не достигается полная очистка образцов проб при счетном количестве промывок. Недостатком устройства также является сложность устройства вследствие наличия системы жидкостного охлаждения, а также отсутствие технических решений, направленных на уменьшение количества примесей в пробах при счетном количестве промывок.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение в пробах количества примесей, которые ингибируют ПЦР-реакцию, и упрощение устройства.

Указанная цель достигается за счет того, что известное устройство для автоматического выделения и очистки нуклеиновых кислот из биологических образцов содержит элемент для приложения магнитного поля, подъемный элемент, блок лунок для пробирок и нагревательный элемент, при этом элемент для приложения магнитного поля снабжен держателями и боковыми и центральным магнитами, подъемный элемент обеспечивает перемещение магнитов и держателей таким образом, что каждая пробирка в блоке лунок поочередно находится в зоне действия магнитного поля центрального и бокового магнита, обеспечивая при этом концентрирование магнитных частиц со стороны приложения магнитного поля на разных частях стенок пробирки.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:

на фиг. 1 - общий вид устройства; на фиг. 2 - устройство, вид спереди; на фиг. 3 - устройство, вид сбоку.

Устройство для автоматического выделения и очистки нуклеиновых кислот из биологических образцов содержит элемент для приложения магнитного поля 1, подъемный элемент 2, блок лунок 3 для пробирок и нагревательный элемент 4. Элемент для приложения магнитного поля 1 содержит магниты 5 и держатели 6, элемент для приложения магнитного поля 1 содержит магнитные экраны 7.

Подъемный элемент 2 может содержать двигатель 8, поводки 9, оси 10 и датчик положения 11, при этом держатели 6 и магниты 5 расположены в пазах направляющих стенок 12.

Нагревательный элемент 4 и блок лунок 3 расположены на основании 13 и окружены тепловым экраном 14.

Работает устройство следующим образом.

Устройство управляется по программе от внешнего управляющего устройства.

Пробирки, содержащие макромолекулы, реактивы для лизиса и магнитные частицы, покрытые стеклом, устанавливаются в блок лунок 3.

Лизис происходит при повышенной температуре пробирок, которая поддерживается нагревательным элементом 4.

После лизиса макромолекулы находятся в пробирках в виде раствора вместе с примесями. Макромолекулы связываются с магнитными частицами.

Поводки 9 при вращении двигателя 8 перемещают ось 10 по направляющим держателей 6 с магнитами 5. При этом вращение двигателя 8 преобразуется в возвратно-поступательное вертикальное движение держателей 6 с магнитами 5.

Перед началом работы подъемный элемент 2 с помощью двигателя 8 автоматически перемещает центральный магнит 5 и центральный держатель 6 в пазах направляющих стенок 12 в верхнее положение. Это положение определяется по срабатыванию датчика положения 11. При этом боковые магниты 5 и держатели 6 устанавливаются в нижнее положение. Магнитные частицы с макромолекулами концентрируются на стенке каждой пробирки в виде комка со стороны приложения магнитного поля магнитом 5.

С помощью автоматической пипетки со сменными наконечниками растворы с примесями удаляются из пробирок, затем пробирки заполняются новой промывочной жидкостью. Подъемный элемент 2 с помощью двигателя 8 автоматически перемещает магниты 5 и держатели 6 в другое крайнее положение. Магнитные экраны 7 уменьшают взаимодействие боковых магнитов и центрального магнита при их перемещении.

В процессе смены положения магнитов комки магнитных частиц распадаются, каждая магнитная частица перемещается независимо от других и освобождается от примесей, затем магнитные частицы с макромолекулами концентрируются на других частях стенок пробирок в зоне действия магнитного поля другого магнита. Процесс промывки может быть выполнен несколько раз, при этом каждая пробирка в блоке лунок 3 поочередно находится в зоне действия магнитного поля бокового и центрального магнитов.

Затем в пробирки добавляется элюирующая жидкость, выполняется перемещение магнитов 5 в положение, при котором воздействие магнитного поля магнитов на пробирки отсутствует. Комки магнитных частиц распадаются, и макромолекулы с поверхности магнитных частиц полностью переходят в жидкость. Элюирующая жидкость с макромолекулами отделяется от магнитных частиц и используется для анализов.

Предложенные технические решения автоматического устройства позволяют уменьшить в пробе количество примесей и добиться упрощения устройства.

Claims

1. Устройство для автоматического выделения и очистки нуклеиновых кислот из биологических образцов, содержащее элемент для приложения магнитного поля, подъемный элемент, блок лунок для пробирок и нагревательный элемент, отличающееся тем, что элемент для приложения магнитного поля снабжен держателями и боковыми и центральным магнитами, при этом подъемный элемент обеспечивает перемещение магнитов и держателей таким образом, что каждая пробирка в блоке лунок поочередно находится в зоне действия магнитного поля центрального и бокового магнитов, обеспечивая при этом концентрирование магнитных частиц со стороны приложения магнитного поля на разных частях стенок пробирки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элемент для приложения магнитного поля снабжен одиночными или двойными магнитными экранами.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подъемный элемент снабжен двигателем, поводками, осью и датчиком положения.