一种利用气液界面自动分离生物分析物的系统及方法技术方案

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

【技术实现步骤摘要】
一种利用气液界面自动分离生物分析物的系统及方法


[0001]本专利技术涉及生物分离分析纯化和分子检测
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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 Filtration Assisted 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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]本专利技术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。
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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。
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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；
[0015]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。
[0016]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；
[0017]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；
[0018]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；
[0019]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；
[0020]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。
[0021]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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
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1、磁铁3
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2以及块状磁体3
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3，所述磁铁3
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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
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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
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3控制磁珠在溶液中的上下往复运动；所述块状磁体3
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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
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1和底部固定件4
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2两部分，可受到电机控制纵向运动；所述顶盖固定件4
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1用于通过磁铁3
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1吸附磁珠以及所述磁珠接收顶盖，通过块状磁体3
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3吸附磁珠在核酸样本中混匀；所述底部固定件4
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2设置于所述核酸提取芯片底部，用于固定所述磁铁3
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2以及通过磁铁3
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2辅助块状磁体3
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3混匀磁珠。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁铁3
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1、磁铁3
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2与块状磁体3
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3组成双磁力自动混匀与吸附系统；所述所述块状磁体3
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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
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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
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1替代，顶盖固定件4
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1吸附磁珠接收顶盖，所述磁铁3
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1提供的磁力控制磁珠突破水
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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。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁珠接收顶盖包括顶部磁体固定点和底...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓琼，樊云龙，关雪军，杨春华，钱成，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：