磁性分离柱及其在生物样品分离中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种磁性分离柱及其在生物样品分离中的应用，其结构由盛料段（１）、填料柱（２）、出料口（３）和推塞（４）组成，其中填料柱（２）中装填有粒径为０．０１～０．１ｍｍ、０．１～０．２ｍｍ和０．２～１ｍｍ的磁性软铁小球，在分选过程中，样品从上端流进口（５）加入在重力作用下流经填料柱（２）和出料口（３），推塞（４）则用于施加压力洗脱出被阻留的样品。本发明专利技术的磁分离柱在外磁场作用下可以产生高梯度磁场，从而可以简单、有效、方便、快捷地分离各种细胞、亚细胞物质、细菌、病毒、核酸或蛋白质等生物样品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属生物分离装置领域，更具体地，是涉及利用磁性进行生物样品分离的装置。
技术介绍
随着现代生物技术的飞速发展，磁性分离技术在生物样品的分离中得到了广泛的应用，其原理为在磁珠(粒径＜5μm)的表面修饰上能识别、结合细胞、亚细胞物质、细菌、病毒、核酸或蛋白等生物样品的生物分子，构成磁珠-生物分子复合物。用该复合物去捕获目的生物样品，再在外磁场作用下进行阻留从而实现分离。由于普通的永磁体磁场所产生的磁感应强度偏低，很难实现对目标分离物进行快速、高效的分选。目前尚无利用生物样品中的内磁场增强分离效果提高分离效率的装置。
技术实现思路
所要解决的技术问题本专利技术需要解决的技术问题是提供一种磁性分离柱及其在生物样品分离中的应用，以克服现有技术中仅以普通的永磁体进行磁性分选，其磁场所产生的磁感应强度偏低，很难实现对目标分离物进行快速、高效的分选的不足。技术方案本专利技术的构思是选择高磁导率、低矫顽力、低剩磁的材料作为磁分选柱的填料，并通过一定的工艺将填料制备成形状规则、尺寸统一的小球，分离柱的柱体就是由这些小球紧密堆积而成。将柱体置于外磁场中，在小球表面的周围便会产生高度不均匀的磁场，即高梯度磁场。因此当标记有超顺磁性、铁磁性或亚铁磁性颗粒的生物样品通过柱体时，便会被高效地阻留。将填料制备成球型并紧密堆积，一方面可以保证填料结构的稳定性，另一方面也可以有效地保护分离的样品不被破坏。根据这种专利技术构思，本专利技术提供一种磁性分离柱，其结构由盛料段(1)、填料柱(2)、出料口(3)和推塞(4)组成，其中填料柱(2)中装填有粒径为0.01～0.1mm、0.1～0.2mm和0.2～1mm的磁性小球，在分选过程中，样品从上端流进口(5)加入并在推塞(4)压力作用下流经填料柱(2)和出料口(3)；其中，磁性小球的矫顽力Hc＝30～150A/m，最大磁导率μmax＝4000～9000。上述的磁性分离柱的优选方案之一为，所说的磁性小球的结构为(1)由磁性软铁材料组成的球体，直径为0.01～1mm；(2)生物惰性高分子材料构成的球体表面涂敷层，厚度为0.001～500μm。上述的磁性分离柱的进一步优选方案为，所说的磁性软铁材料的组分和重量百分比含量为铁99.0-99.8％，碳0-0.04％，余量为杂质。优选的组分和重量百分比含量为铁99.8％、碳0.01％，其余0.01％为杂质。上述的磁性分离柱的优选方案之二为，所说的生物惰性高分子材料选自聚氯化对二甲苯、聚二氯对二甲苯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或者硅橡胶之中的一种或一种以上。本专利技术进一步提供上述的磁性分离柱的优选方案为，所说的磁性小球的的制备方法包括如下步骤(1)提供的熔化状态的权利要求1所说的磁性分选材料；(2)以喷溅、离心或高空跌落的方法处理上述熔化材料；(3)利用液相的表面张力凝固成球状微粒；(4)利用生物惰性高分子材料对小球进行表面涂敷，使其具有生物相容性。上述的磁性分离柱的另一种优选方案为，所说的磁性小球的的制备方法还包括如下步骤(1)对凝固成形的小球进行粒径筛选、密度筛选和圆度筛选；(2)利用退火反应消除小球的应力以提高磁导率后，再进行表面涂覆；其中，所说的粒径筛选的目标微粒直径为0.01～0.1mm、0.1～0.2mm和0.2～1mm；其中，所说的退火反应步骤为随炉升温400-900℃、控速升温700-1000℃、保温1-5小时、控速降温400-900℃。本专利技术的技术方案之二是提供上述的磁性分离柱的应用方法，即将磁性标记的生物样品在重力作用下流经外加磁场的磁性分离柱并被阻留，撤去外磁场后加压洗脱生物样品。上述的磁性分离柱的应用的优选方案为，所说的生物样品为来自于动物、植物或微生物的组织、细胞、核酸、蛋白质或多糖。所说的磁性标记的生物样品优选为磁性纳米粒子-抗体复合物或者磁性纳米粒子-核酸探针，分别进行细胞或者核酸的特异性分离。有益效果(1)本专利技术的磁分选柱制作简单、易于大规模生产、操作简便快捷、除普通外磁场外无需其他任何外部设备，利用分选柱内产生的高强度、高梯度的磁场，很好地满足了磁性分离的需要，而且分选柱体积小，重量轻，便于运输携带，可灵活地在各种适合的场合使用。(2)本专利技术的磁分离柱的关键是其中的填料小球，是以高磁导率、低矫顽力、低剩磁的新型的磁性材料作为主要成分，小球表面涂敷了一层生物惰性材料，是一种新材料的新应用。(3)本专利技术的填料小球形状规则、尺寸统一，一方面可以保证填料结构的稳定性，另一方面也可以有效地保护分离的样品不被破坏。(4)以粒径较小0.01～0.1mm或0.1～0.2mm的铁球作为填料，可以产生梯度较大的磁场，适应于分离磁响应较弱的被磁性标记的生物样品。(5)本专利技术的填料小球经过粒径筛选、密度筛选、圆度筛选和表面涂覆，采用了特别设计的工艺过程，对小球最后的分离性质起到了决定性的作用。(6)经过退火处理的小球，其晶粒细化，组织均匀、硬度低，具有低矫顽力(Hc＝30～150A/m)和较高的最大磁导率(μmax＝4000～9000)，符合分离的要求。(7)置于外磁场中，在小球表面的周围便会产生高度不均匀的磁场，即高梯度磁场。利用该高梯度磁场可以对标记有超顺磁性、铁磁性或亚铁磁性颗粒的生物样品进行高效地阻留，其余杂质可简单地被洗涤冲去，实现了特异的高效分离。(8)分离柱的推塞在加压时可以使用人工手动，也可以与机械装置配合采用自动流量控制，无需另外设计分离柱。如本文所用，术语“磁导率”指表征磁介质磁化能的物理量，当一个线圈中通过一定的电流时，由于磁介质的存在而发生变化，各处磁感应强度都将较磁介质不存在时的磁场强度增强几倍或减弱到几分之一(假定磁介质是均匀的，而且充满磁场所占的整个空间)。各种材料对磁场磁感应强度的影响即是用磁导率来量度物质中某点的磁感应强度B与该点磁场强度之比(MKS单位制)为该物质此时的磁导率μ。铁磁质磁导率很大，且随外磁场强度变化。顺磁质和抗磁质磁导率都很小，且不随着外磁场变化。如本文所用，术语“矫顽力”指铁磁材料在反复磁化过程中，磁通密度B的变化始终落后于磁场强度H的变化，对应于外磁场增大与减小时相同的H值，会有不同的B值，这种不可逆现象称为磁滞现象。当外加磁场强度H下降至零时，B值并不回到零而为称为剩余磁感应强度，简称剩磁。为使B值回到零，必须加一个反向磁场强度Hc，Hc称为矫顽磁场强度，俗称矫顽力。矫顽力不仅与铁磁质的性质有关，还依赖于铁磁质原先的磁化强度。矫顽力高低不同是软磁材料和硬磁材料的重要区别之一，在制造变压器铁芯或电磁铁时，需要选择矫顽力较小的材料(如软铁，硅钢)，制造永磁体时，需要选择矫顽力大的材料(如铝镍钴等)，以求尽可能保存磁性。附图说明图1磁性分选柱示意图。由盛料段(1)、填料柱(2)、出料口(3)和推塞(4)组成，其中填料柱(2)中装填有小球，样品从上端流进口(5)加入。图2磁性分选过程示意图。从人脐带血样品中分离纯化出CD34+细胞(即造血干细胞)(1)磁性纳米粒子直接与CD34单克隆抗体连接；(2)连接抗体的磁性纳米粒子加入单个核细胞体系中，与CD34+细胞进行特异性结合，完成磁标记；(3)经过磁性标记的待分离体系注入到分选柱盛料段内，在自身重力的作用下流经填料柱；(4)填料柱在外磁场下产生高强、高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性分离柱，其结构由盛料段（１）、填料柱（２）、出料口（３）和推塞（４）组成，其中填料柱（２）中装填有粒径为０．０１～０．１ｍｍ、０．１～０．２ｍｍ和０．２～１ｍｍ的磁性小球，在分选过程中，样品从上端流进口（５）加入并在重力作用下流经填料柱（２）和出料口（３），推塞（４）则用于施加压力洗脱出被阻留的样品；其中，磁性小球的矫顽力Ｈｃ＝３０～１５０Ａ／ｍ，最大磁导率μｍａｘ＝４０００～９０００。

【技术特征摘要】
1.一种磁性分离柱，其结构由盛料段(1)、填料柱(2)、出料口(3)和推塞(4)组成，其中填料柱(2)中装填有粒径为0.01～0.1mm、0.1～0.2mm和0.2～1mm的磁性小球，在分选过程中，样品从上端流进口(5)加入并在重力作用下流经填料柱(2)和出料口(3)，推塞(4)则用于施加压力洗脱出被阻留的样品；其中，磁性小球的矫顽力Hc＝30～150A/m，最大磁导率μmax＝4000～9000。2.根据权利要求1所述的磁性分离柱，其特征在于，所说的磁性小球的结构为(1)由磁性软铁材料组成的球体，直径为0.01～1mm；(2)生物惰性高分子材料构成的球体表面涂敷层，厚度为0.001～500μm。3.根据权利要求2所述的磁性分离柱，其特征在于，所说的磁性软铁材料的组分和重量百分比含量为铁99.0-99.8％，碳0-0.04％，余量为杂质。4.根据权利要求3所述的磁性分离柱，其特征在于，所说的磁性软铁材料的组分和重量百分比含量为铁99.8％、碳0.01％，其余0.01％为杂质。5.根据权利要求2所述的磁性分离柱，其特征在于，所说的生物惰性高分子材料选自聚氯化对二甲苯、聚二氯对二甲苯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或者硅橡胶之中的一种或一种以上。6.根据权利要求1所述的磁性分离柱，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈鹤柏，周海清，兰天，张诗渊，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]