通过磁珠提取生物分子的方法及装置与流程

本发明涉及一种分子生物学实验方法，具体涉及一种通过磁珠提取生物分子的方法。本发明还涉及一种通过磁珠提取生物分子的装置。

背景技术：

近年来，随着科技的迅猛发展，以生物磁珠法为代表的磁分离技术在细胞分离、蛋白质纯化、免疫学及微生物学检测等领域得以广泛应用。磁分离技术可快速将核酸、蛋白等与细胞中其他物质分离，同时，具有自动化、操作简单以及用时短等特点，与抽提法、沉淀法、离心法等传统分离方法相比，磁分离技术在生物分子分离领域中的优势愈来愈明显。

磁分离技术采用纳米级磁珠微珠，在磁珠微珠的表面标记一种官能团，能同核酸或蛋白等生物大分子发生吸附反应。当磁珠微珠的表面标记有SiO₂，则磁珠可以吸附核酸分子。

磁珠法提取核酸的方法是：先通过裂解液对样本进行裂解，使核酸分子释放；然后通过磁珠将游离的核酸分子吸附到其表面，而蛋白质等杂质不被吸附而留在溶液中；之后使吸附有核酸分子的磁珠与液体分离，再用漂洗液漂洗、用洗脱液洗脱，最后得到纯净的DNA分子。

磁珠法提取核酸的方法不需要离心、不需要加入多种试剂，操作简单，符合核酸自动化提取要求，是未来核酸纯化方法发展的一个重要方向。

这种磁珠法提取核酸的方法，要想得到纯净的DNA分子，必须使裂解液与样本充分混合，而漂洗及洗脱过程中也需要充分混匀，这就需要耗费大量的时间，导致核酸提取效率低，不能满足大批量分析的需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过磁珠提取生物分子的方法，它可以满足大批量分析的需求。

为解决上述技术问题，本发明通过磁珠提取生物分子的方法的技术解决方案为，包括以下步骤：

步骤1，混合；

将样本、裂解液、磁珠加入反应管内，使之混合，磁珠与样本中的目标生物分子结合；

步骤1.1，样本、裂解液、磁珠加入反应管之后，通过振荡器带动反应管水平振荡，实现溶液的初步混合；

步骤1.2，使位于反应管上方的磁棒向下运动，直至磁棒的底端接触反应管内溶液的液面或磁棒的底端略浸没于溶液；

步骤1.3，在磁棒和反应管下方的磁体的交替吸附作用下，磁珠在反应管内上下往复运动，实现磁珠与溶液中目标生物分子的充分混合。

步骤2，漂洗；

步骤2.1，将磁珠吸附于磁棒上；

优选地，磁棒为电磁体，使磁棒运动至其底端接触反应管内的液面或磁棒的底端略浸没于液体，使磁棒通电产生磁性，液体内的磁珠即吸附于磁棒上。

步骤2.2，使吸附有磁珠的磁棒伸入装有漂洗液的反应管内，直至磁棒的底端接触漂洗液的液面或磁棒的底端略浸没于漂洗液；

优选地，当磁棒的底端接触漂洗液的液面或磁棒的底端略浸没于漂洗液后，执行以下步骤：保持磁棒在通电状态下伸入反应管内，然后使磁棒断电，使磁体对磁珠产生磁力，从而使磁珠进入漂洗液；

步骤2.3，在磁棒和反应管下方的磁体的交替吸附作用下，磁珠在漂洗液内上下往复运动，实现磁珠的漂洗；

所述步骤2可以执行二次或多次，每次使用与前次不同的漂洗液。

步骤3，洗脱；

步骤3.1，使吸附有磁珠的磁棒伸入装有洗脱液的反应管内，直至磁棒的底端接触洗脱液的液面或磁棒的底端略浸没于洗脱液；

优选地，当磁棒的底端接触洗脱液的液面或磁棒的底端略浸没于洗脱液后，执行以下步骤：保持磁棒在通电状态下伸入反应管内，然后使磁棒断电，使磁体对磁珠产生磁力，从而使磁珠进入洗脱液；

步骤3.2，在磁棒和反应管下方的磁体的交替吸附作用下，磁珠在洗脱液内上下往复运动，将生物分子从磁珠上洗脱下来并进入洗脱液，实现磁珠与生物分子的分离；

所述步骤3.2的洗脱过程中磁棒与磁体之间的距离小于所述步骤2.3的漂洗过程中磁棒与磁体之间的距离，以提高洗脱效果。

步骤3.3，将洗脱液内的磁珠吸附于磁棒上，则洗脱液内即为目标提取物生物分子。

所述交替吸附的方法为：磁棒为电磁体，位于反应管下方的磁体也为电磁体；当磁棒通电的同时磁体断电，磁珠在磁棒的磁性作用下向上运动；当磁体通电的同时磁棒断电，磁珠在磁体的磁性作用下向下运动；使磁棒和磁体交替通电，从而实现磁珠在液体内的上下往复运动。

或者，磁棒为电磁体，位于反应管下方的磁体为永磁体；使磁棒通电，同时使磁体远离反应管，磁珠在磁棒的磁性作用下向上运动；使磁棒断电，同时使磁体靠近反应管，磁体对磁珠产生吸力，磁珠向下运动；使磁棒交替通断电，同时使磁体远离或靠近反应管，从而实现磁珠在液体内的上下往复运动。

或者，磁棒为永磁体，位于反应管下方的磁体也为永磁体；使磁棒靠近反应管，同时使磁体远离反应管，磁珠在磁棒的磁性作用下向上运动；使磁棒远离反应管，同时使磁体靠近反应管，磁珠在磁体的磁性作用下向下运动；使磁棒和磁体交替靠近反应管，从而实现磁珠在液体内的上下往复运动。

本发明还提供一种通过磁珠提取生物分子的装置，其技术解决方案为：

包括混合工位、漂洗工位和洗脱工位，漂洗工位为一个或多个；混合工位、漂洗工位与洗脱工位固定连接为一体式工位组；一体式工位组固定不动，一体式工位组的上方设置有能够上下运动以及沿横向或周向运动的磁棒，以使磁棒能够相对于一体式工位组运动；混合工位上设置有至少一个混合反应管，混合反应管的下方设置有第一磁体；当磁棒运动至混合工位上方时，磁棒与混合反应管一一对应；在磁棒和第一磁体的交替吸附作用下，磁珠能够在混合反应管的溶液内上下往复运动；漂洗工位上设置有至少一个漂洗反应管，漂洗反应管的下方设置有第二磁体；当磁棒运动至漂洗工位上方时，磁棒与漂洗反应管一一对应；在磁棒和第二磁体的交替吸附作用下，磁珠能够在漂洗反应管的漂洗液内上下往复运动；洗脱工位上设置有至少一个洗脱反应管，洗脱反应管的下方设置有第三磁体；当磁棒运动至洗脱工位上方时，磁棒与洗脱反应管一一对应；在磁棒和第三磁体的交替吸附作用下，磁珠能够在洗脱反应管的洗脱液内上下往复运动。

或者，包括混合工位、漂洗工位和洗脱工位，漂洗工位为一个或多个；混合工位、漂洗工位与洗脱工位固定连接为一体式工位组；一体式工位组的上方设置有能够上下运动的磁棒，一体式工位组能够沿横向或周向运动，以使一体式工位组能够相对于磁棒运动；一体式工位组的下方固定设置有磁体；磁体与磁棒相对应；混合工位上设置有至少一个混合反应管；当一体式工位组运动至混合工位的混合反应管与磁棒一一对应时，在磁棒和磁体的交替吸附作用下，磁珠能够在混合反应管的溶液内上下往复运动；漂洗工位上设置有至少一个漂洗反应管；当一体式工位组运动至漂洗工位的漂洗反应管与磁棒一一对应时，在磁棒和磁体的交替吸附作用下，磁珠能够在漂洗反应管的漂洗液内上下往复运动；洗脱工位上设置有至少一个洗脱反应管；当一体式工位组运动至洗脱工位的洗脱反应管与磁棒一一对应时，在磁棒和磁体的交替吸附作用下，磁珠能够在洗脱反应管的洗脱液内上下往复运动。

所述第一磁体、第二磁体、第三磁体、磁体为永磁体或电磁体；所述磁棒为永磁体或电磁体。

所述混合工位、漂洗工位和洗脱工位呈线性排列为一排，或者沿圆周排列。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明通过对磁珠在两个方向交替施加磁力，能够实现磁珠在液体里的往复运动，在混合步骤能够提高混匀效果，在漂洗步骤能够提高磁珠的清洗效果，在洗脱步骤能够加速生物分子与磁珠的分离。

本发明将核酸提取步骤分解为混合、漂洗和洗脱，能够使得整个核酸提取过程模块化，以便于实现核酸提取的自动化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明通过磁珠提取生物分子的装置的第一实施例的示意图；

图2是本发明的第二实施例的示意图。

图中附图标记说明：

1为基座， 2为磁棒安装板，

3为纵向导轨， 2-1为磁棒，

1-1为混合反应管孔， 1-2为第一漂洗反应管孔，

1-3为第二漂洗反应管孔， 1-4为洗脱反应管孔，

11为基座， 12为磁棒安装板，

13为纵向导轨， 12-1为磁棒。

具体实施方式

本发明通过磁珠提取生物分子的方法，包括以下步骤：

步骤1，混合；

将样本、裂解液、磁珠(即磁性纳米颗粒)加入反应管内，使之充分混合，则磁珠与样本中的目标生物分子结合；

步骤1.1，样本、裂解液、磁珠加入之后，通过振荡器带动反应管水平振荡，实现溶液的初步混合；

步骤1.2，使位于反应管上方的磁棒向下运动，直至磁棒的底端接触反应管内溶液的液面或磁棒的底端略浸没于溶液；

步骤1.3，在磁棒和装有溶液的反应管下方的磁体的交替吸附作用下，磁珠在反应管内上下往复运动，实现磁珠与溶液中目标生物分子的充分混合；

在溶液混合的过程中，裂解液将样本内的生物分子(如DNA/RNA、蛋白、细胞、细菌、病毒等)分离出来，磁珠则将分离出来的生物分子以及处于游离状态的生物分子吸附于其上；

所述样本可以是血液、血浆、唾液等。

混合过程中可以对反应管进行加热，以进一步提高混匀效果；

步骤2，漂洗；

步骤2.1，将磁珠吸附于磁棒上；

磁棒为电磁体，使磁棒运动至其底端接触反应管内溶液的液面或磁棒的底端略浸没于溶液，使磁棒通电产生磁性，溶液内的磁珠即吸附于磁棒上；

步骤2.2，使吸附有磁珠的磁棒伸入装有漂洗液的反应管内，直至磁棒的底端接触漂洗液的液面或磁棒的底端略浸没于漂洗液；

保持磁棒在通电状态下伸入反应管内，然后使磁棒断电，使磁体对磁珠产生磁力，从而使磁珠进入漂洗液；

步骤2.3，在磁棒和装有漂洗液的反应管下方的磁体的交替吸附作用下，磁珠在漂洗液内上下往复运动，实现磁珠的漂洗；

实现交替吸附的第一种操作方法：

磁棒为电磁体，位于反应管下方的磁体也为电磁体；当磁棒通电的同时磁体断电，漂洗液内的磁珠在磁棒的磁性作用下向上运动；当磁体通电的同时磁棒断电，漂洗液内的磁珠在磁体的磁性作用下向下运动；使磁棒和磁体交替通电，从而实现磁珠在漂洗液内的上下往复运动；

实现交替吸附的第二种操作方法：

磁棒为电磁体，位于反应管下方的磁体为永磁体；使磁棒通电，同时使磁体远离反应管，漂洗液内的磁珠向磁棒方向(即向上)运动；使磁棒断电，同时使磁体靠近反应管，磁体对漂洗液内的磁珠产生吸力，漂洗液内的磁珠向磁体方向(即向下)运动；使磁棒交替通断电，同时使磁体远离或靠近反应管，从而实现磁珠在漂洗液内的上下往复运动；

实现交替吸附的第三种操作方法：

磁棒为永磁体，位于反应管下方的磁体也为永磁体；使磁棒靠近反应管，同时使磁体远离反应管，磁珠在磁棒的磁性作用下向上运动；使磁棒远离反应管，同时使磁体靠近反应管，磁珠在磁体的磁性作用下向下运动；使磁棒和磁体交替靠近反应管，从而实现磁珠在液体内的上下往复运动；

如有必要，重复漂洗步骤，对磁珠进行第二次甚至更多次的清洗；第二次或更多次清洗可采用与第一次清洗不同的漂洗液；

步骤3，洗脱；

步骤3.1，使吸附有磁珠的磁棒伸入装有洗脱液的反应管内，直至磁棒的底端接触洗脱液的液面或磁棒的底端略浸没于洗脱液；

保持磁棒在通电状态下伸入反应管内，然后使磁棒断电，使磁体对磁珠产生磁力，从而使磁珠进入洗脱液；

步骤3.2，在磁棒和装有洗脱液的反应管下方的磁体的交替吸附作用下，磁珠在洗脱液内上下往复运动，将生物分子从磁珠上洗脱下来并进入洗脱液，实现磁珠与生物分子的分离；

为提高洗脱效果，洗脱过程中磁棒与磁体之间的距离小于漂洗过程中磁棒与磁体之间的距离；

步骤3.3，将洗脱液内的磁珠吸附于磁棒上，则洗脱液内即为目标提取物生物分子。

本发明所提取的生物分子的种类，根据磁珠上标记的官能团不同而不同，磁珠上标记的官能团应当与待提取的生物分子相匹配。当磁珠上标记SiO₂，则取提取DNA；当磁珠上标记抗原，则取提取相应的抗体。

本发明通过磁珠提取生物分子的装置，包括至少三个工位，混合工位、漂洗工位、洗脱工位，漂洗工位可以为一个或多个；

混合工位上设置有至少一个混合反应管，混合反应管的上方设置有能够上下运动以及横向运动的磁棒，混合反应管的下方设置有第一磁体；当磁棒运动至混合工位上方时，磁棒与混合反应管一一对应；在磁棒和第一磁体的交替吸附作用下，磁珠能够在混合反应管的溶液内上下往复运动；混合反应管通过管道连接裂解液存储罐；混合工位上设置有振荡器，振荡器能够带动混合反应管水平振荡；

漂洗工位上设置有至少一个漂洗反应管，漂洗反应管的下方设置有第二磁体；当磁棒运动至漂洗工位上方时，磁棒与漂洗反应管一一对应；在磁棒和第二磁体的交替吸附作用下，磁珠能够在漂洗反应管的漂洗液内上下往复运动；漂洗反应管通过管道连接漂洗液存储罐；

洗脱工位上设置有至少一个洗脱反应管，洗脱反应管的下方设置有第三磁体；当磁棒运动至洗脱工位上方时，磁棒与洗脱反应管一一对应；在磁棒和第三磁体的交替吸附作用下，磁珠能够在洗脱反应管的洗脱液内上下往复运动；洗脱反应管通过管道连接洗脱液存储罐；

各工位上的反应管可以是一个，也可以是一组(如8×12的96个)；当反应管是多个，则每个反应管对应一个磁棒；

各工位可以呈线性排列为一排，也可以沿圆周排列；

磁棒的底端套设有保护帽，保护帽为塑料耗材；当磁棒的底端接触反应管内的液面或磁棒的底端略浸没于液体时，仅保护帽与液体接触，而将磁棒与液体绝缘；磁棒所吸附的磁珠均附着于保护帽上。

作为本发明的另一实施例，当然也可以使工位运动而磁棒不动(仅可以上下运动)，即通过工位的运动实现工位与磁棒的相对运动；此时在工位的下方设置一个磁体即可。

如图1所示为本发明通过磁珠提取生物分子的装置的第一实施例，包括基座1、磁棒安装板2，磁棒安装板2位于基座1的上方，磁棒安装板2能够沿纵向导轨3相对于基座1上下运动，从而带动磁棒上下运动；

磁棒安装板2的底面沿长度方向设置有磁棒导轨，磁棒导轨上活动设置有四个磁棒2-1，四个磁棒2-1能够沿磁棒导轨横向运动；

基座1上沿长度方向线性分布有四个工位，即混合工位Ⅰ、第一漂洗工位Ⅱ、第二漂洗工位Ⅲ、洗脱工位Ⅳ；

混合工位Ⅰ上开设有四个混合反应管孔1-1，混合反应管孔1-1内设置混合反应管，混合反应管通过管道连接裂解液存储罐；当四个磁棒2-1沿磁棒导轨运动至混合工位Ⅰ上方时，磁棒2-1与混合反应管一一对应；每个混合反应管孔1-1的下方设置有第一磁体，或者所有混合反应管孔1-1的下方设置有同一第一磁体；混合工位Ⅰ上设置有振荡器，振荡器能够带动四个混合反应管水平振荡；在第一磁体和四个磁棒2-1的交替吸附作用下，磁珠能够在混合反应管的溶液内上下往复运动，从而实现溶液的充分混合；混合工位Ⅰ上可以设置有加热器，能够对四个混合反应管进行加热；

第一漂洗工位Ⅱ上开设有四个第一漂洗反应管孔1-2，第一漂洗反应管孔1-2内设置第一漂洗反应管，第一漂洗反应管通过管道连接第一漂洗液存储罐；当四个磁棒2-1沿磁棒导轨运动至第一漂洗工位Ⅱ上方时，磁棒2-1与第一漂洗反应管一一对应；每个第一漂洗反应管孔1-2的下方设置有第二磁体，或者所有第一漂洗反应管孔1-2的下方设置有同一第二磁体；在第二磁体和四个磁棒2-1的交替吸附作用下，磁珠能够在第一漂洗反应管的第一漂洗液内上下往复运动，实现磁珠的一次漂洗；

第二漂洗工位Ⅲ上开设有四个第二漂洗反应管孔1-3，第二漂洗反应管孔1-3内设置第二漂洗反应管，第二漂洗反应管通过管道连接第二漂洗液存储罐；当四个磁棒2-1沿磁棒导轨运动至第二漂洗工位Ⅲ上方时，磁棒2-1与第二漂洗反应管一一对应；每个第二漂洗反应管孔1-3的下方设置有另一第二磁体，或者所有第二漂洗反应管孔1-3的下方设置有同一第二磁体；在该另一第二磁体和四个磁棒2-1的交替吸附作用下，磁珠能够在第二漂洗反应管的第二漂洗液内上下往复运动，实现磁珠的二次漂洗；

洗脱工位Ⅳ上开设有四个洗脱反应管孔1-4，洗脱反应管孔1-4内设置洗脱反应管，洗脱反应管通过管道连接洗脱液存储罐；当四个磁棒2-1沿磁棒导轨运动至洗脱工位Ⅳ上方时，磁棒2-1与洗脱反应管一一对应；每个洗脱反应管孔1-4的下方设置有第三磁体，或者所有洗脱反应管孔1-4的下方设置有同一第三磁体；在第三磁体和四个磁棒2-1的交替吸附作用下，磁珠能够在洗脱反应管的洗脱液内上下往复运动，实现磁珠与生物分子的分离；

作为一个实施例，第一磁体、两个第二磁体和第三磁体也可以为同一磁体。

如图2所示为本发明通过磁珠提取生物分子的装置的第二实施例，包括基座11、磁棒安装板12，磁棒安装板12位于基座11的上方，磁棒安装板12能够沿纵向导轨13相对于基座11上下运动，从而带动磁棒12-1上下运动；

与第一实施例的主要区别在于：基座1上沿周向均匀分布有四个工位，即混合工位Ⅰ、第一漂洗工位Ⅱ、第二漂洗工位Ⅲ、洗脱工位Ⅳ；

磁棒安装板12能够以纵向导轨13为圆心相对于基座11旋转，从而实现磁棒12-1在四个工位的切换。