生物分子提取装置及生物分子提取方法

生物分子提取装置及生物分子提取方法
【专利摘要】公开了生物分子提取装置及生物分子提取方法。根据本发明的生物分子提取装置及生物分子提取方法简化了从诸如组织与细胞之类的生物材料提取诸如蛋白质或者核酸等之类的生物分子的过程并且因此能节省提取过程所需的时间以及空间，从而提高使用者的便利性。而且，可最小化无效区以提高提取的生物分子的浓度，并可减少缓冲液的用量。而且，提取的样品能够恒定排出以进行测试。此外，无需应用单独的装置或者工具；并且对所提取的生物分子的损害最小化。而且，即使应用少量样品也可预期到一致的测试结果。
【专利说明】
生物分子提取装置及生物分子提取方法
技术领域
[0001] 本发明涉及生物分子提取装置及生物分子提取方法。更具体地说，本发明涉及能 通过简化从诸如组织与细胞之类的生物质提取诸如蛋白质或者核酸等之类的生物分子的 过程并且节省花费的时间来提高使用者的便利性的生物分子提取装置及生物分子提取方 法。当样品的表面积与所引入的裂解缓冲液量之间的比率最大化时，生物分子提取物的浓 度增大并且缓冲液的用量最小化。本发明还能通过允许所提取样品的恒定排出而在无需额 外装置或设备的情况下顺利进行有效的测试。
【背景技术】
[0002] 细胞溶解涉及细胞膜破裂并且细胞内容物(细胞质）显露成细胞溶解物的这样一 种现象。这样的细胞溶解是细胞分析与蛋白质提纯的初步过程，该过程广泛地使用，不仅用 于提取/分离蛋白质，而且还用于在分子生物学与分子诊断学等中用的PCR(聚合酶链式反 应)之类的扩增过程之前分离诸如DNA(脱氧核糖核酸)或者RNA(核糖核酸)之类的核酸。
[0003] 用于细胞破坏的细胞溶解方法主要包括光学方法、声学方法、电学方法以及机械 方法。通常，基于裂解缓冲液以多种机械与物理方式施加外力与应力的形式来实施这些方 法。
[0004] 光学细胞溶解是这样一种破坏细胞的方法，该方法通过在目标细胞上发射激光微 脉冲以形成空泡，并且随着空泡膨胀而破坏细胞。光学细胞溶解具有如下缺点:存在因通过 在特定细胞内或者在特定细胞的附近位置施加激光突然产生热而使细胞与蛋白质退化的 可能性；以及必须增设产生激光用的独立装置。
[0005] 声学细胞溶解是这样一种破坏细胞的方法，该方法通过将细胞溶解液或者悬浊液 引入到位于超声水箱中的室内并施加超声波而破坏细胞。难以从利用超声波进行的细胞破 坏获得一致结果，这是因为难以形成超声波的均一能量分布，要花费大量时间使细胞破坏， 并且利用超声波破坏细胞可能因产生的热而使蛋白质破坏或者变形。
[0006] 电学细胞溶解是一种通过向细胞施加电场以在细胞膜中产生电势差而破坏细胞 的方法。就向细胞壁施加影响而言，该方法在某种程度上类似于诸如冻结一溶解方法、加热 方法、渗透压影响方法之类的其他细胞溶解方法。但是，这些方法具有如下问题:细胞中的 蛋白质会因施加至细胞的热冲击而被损坏。
[0007] 机械细胞溶解利用压机、珠磨机等。具体地说，压机通过使实验室规模常用的由不 锈钢制成的空柱体填充细胞浆体并且在高压下通过汽缸底部的针阀将细胞抽提至大气压 而破坏细胞。
[0008] 高速珠磨机包括填充有小玻璃珠或者铁珠(20至50单位)的研磨室，并且通过借助 马达使附接至驱动轴的圆盘或者叶轮旋转从而搅动珠子而借助高剪力与冲击力研磨细胞。
[0009] 这样的机械细胞溶解具有如下问题:难以对少量样品应用机械细胞溶解，并且需 要昂贵的设备、大空间、多步过程以及长的处理时间。
[0010]同时，匀浆器通过使使用者在用裂解缓冲液填充多种容量的E-tube(埃彭道夫管） 或者离心管等的同时旋转棒而进行细胞溶解与破坏。就此而言，这可能存在如下问题:为了 浸没获得样品用的带子或者盘，需要相当大量的裂解缓冲液，从而在旋转棒时样品可能溅 出或者缓冲液可能溢出。
[0011]此外，存在如下问题:如果使用E-tube(埃彭道夫管)或者皮氏培养皿本身，为了向 疏水性样品施加裂解缓冲液，需要相当大量的缓冲液，并且需要诸如多次移液操作(利用诸 如移液管之类的工具)等之类的附加工作。
[0012] 同时，根据细胞溶解的细胞裂解物被广泛用于特异蛋白检测试验(免疫印迹)或者 免疫沉淀等，如果提取核酸(DNA、RNA)，则利用PCR或者测序将细胞裂解物应用至分子诊断 以及基因分析等。通过检测特异蛋白本身或者测试分子之间的相互作用进行上述处理。
[0013] 在此，就细胞溶解而言，优选的是具有从生物质提取的足量生物分子(蛋白质或者 核酸等)产物、高纯度的浓缩物，并且不损耗提取物或者提取物不变形。为此，要使用昂贵的 蛋白酶抑制剂等。因此，因为应该快速进行生物质样品的高质量的细胞溶解，并且立即分析 细胞溶解物，所以需要简化提取生物分子的过程并因此节省花费的成本与时间。
[0014] 然而，如上所述，传统的借助细胞溶解与破坏的生物分子提取装置及其方法在执 行每个步骤时都需要诸如离心分离机以及移液管等之类的额外装置或者设备。另外，必须 进行与系统关联的复杂过程，因此需要大量的空间、成本以及时间。
[0015] 而且，如果使用获得样品用的带子或者盘，存在如下问题:为了使样品的接触面积 最大化，需要可以浸没样品的裂解缓冲液；以及由于由施加大量裂解缓冲液导致的提取浓 度下降而需要采集大量样品（即，生物质），从而需要切削或者分离样品的额外工作。
[0016] 这还会留下在从样品提取诸如蛋白质或者核酸之类的生物分子之后处理可能污 染环境并且影响人类安全的残留物的问题。
[0017] 因此，生物分子提取装置的必要性提高了，在该生物分子提取装置中，可以通过因 简化从生物质提取生物分子的过程使得节省所需的时间并减少所需的空间而提高使用者 的便利性;并且在该生物分子提取装置中，可以通过在仅施加少量样品的情况下使提取的 生物分子的损坏最小化并且以相当高的浓度提取而预期得到一致的测试结果。
[0018] 而且，生物分子提取装置不仅能提高提取的生物分子的浓度并通过使无效区最小 化减少缓冲液的用量，从而使样品的表面积与所引入的裂解缓冲液的量的比率最大化，而 且还能通过允许提取的样品恒定排出而有效并顺利地进行测试。

【发明内容】

[0019] 要解决的技术问题
[0020] 本发明的实施例意图简化从诸如组织与细胞之类的生物质提取诸如蛋白质或者 核酸等之类的生物分子的过程并且因此节省花费的时间以及占用的空间，从而提高使用者 的便利性。
[0021] 而且，本发明的实施例意图不仅提高提取的生物分子的浓度，而且通过使无效区 最小化而减少缓冲液的用量，从而使样品的表面积与所引入的裂解缓冲液的量的比率最大 化。
[0022] 此外，本发明的实施例意图提供这样的生物分子提取装置及其方法，所述生物分 子提取装置及其方法能在无需应用额外的装置或者设备的情况下独立使用，使所提取的生 物分子的损害最小化，并且在仅应用少量样品的情况下预期到一致的测试结果。
[0023] 解决技术问题的手段
[0024] 根据本发明的多种应用中的一个实施例的一方面，可以提供一种生物分子提取装 置，该生物分子提取装置包括:插入部分，含有采集的生物质的样品被固定至该插入部分； 本体部分，该本体部分中接纳裂解缓冲液，并且所述插入部分插入该本体部分中以从所述 采集的生物质提取生物分子；以及设置在所述插入部分或者所述本体部分处的至少一个排 出部分。
[0025] 所述插入部分包括至少一个固定部分，所述样品固定至该至少一个固定部分。 [0026]而且，所述固定部分通过粘附结合或者物理结合固定所述样品。
[0027] 通过利用所述采集的样品中存在的粘性或者向所述固定部分施加粘性物质而进 行所述固定部分的所述粘附结合。
[0028] 在此，至少部分所述固定部分呈弯折的曲面形状。
[0029] 所述固定部分的所述物理结合通过插入结合固定所述样品。
[0030] 至少部分所述样品固定至所述固定部分。
[0031] 所述本体部分包括室，该室具有形成在内部以接纳所述裂解缓冲液的预定空间， 并且所述插入部分插入所述室中而浸入所述裂解缓冲液中。
[0032] 在此，所述裂解缓冲液的组份与构成可以根据待提取的生物分子的类型而变更。
[0033] 根据本发明的实施方式的生物分子提取装置还包括密封所述室的入口的屏蔽膜， 其中，所述裂解缓冲液以密封状态被接纳在所述室中。在某些情况下，能以密封状态提供分 离的一次性容器所需的一定量的裂解缓冲液。
[0034] 同时，所述本体部分还包括将所述插入部分引入到所述室的引入部分。
[0035] 在此，所述插入部分包括密封部分，该密封部分形成与所述引入部分对应的形式， 并且与所述引入部分的内壁紧密接触以密封所述室。
[0036] 而且，所述引入部分与所述密封部分的剖面形成椭圆形或者圆形形状。
[0037] 而且，所述密封部分包括加强肋以加强该密封部分的强度。
[0038] 所述排出部分包括排出流路与扩大的排出口以恒定排出所述样品。
[0039] 为了使无效区最小化，所述排出流路的内直径小于所述排出口的内直径。
[0040] 根据本发明的实施方式的生物分子提取装置还可以包括可拆卸地密封所述排出 口的密封帽。
[0041] 根据本发明的实施方式的生物分子提取装置还可以包括按压部分，该按压部分形 成在所述室的外壁处并且施加允许所述样品恒定排出的压力。
[0042] 在此，所述按压部分形成凸纹形式，该凸纹形式的厚度大于周围外壁的厚度。
[0043] 而且，根据本发明的实施方式的生物分子提取装置还可以包括刻划部分，该刻划 部分绕所述按压部分形成并且厚度小于周围外壁的厚度。
[0044] 在此，所述样品接触所述裂解缓冲液的表面积与所述裂解缓冲液的体积之间的比 率从0.4到9.15。
[0045] 根据本发明的另一方面，本发明可以提供一种提取生物分子的方法，该方法包括： 将含有采集的生物质的样品固定至插入部分;将所述插入部分插入到内部接纳有裂解缓冲 液的本体部分中；并且通过设置在所述插入部分和所述本体部分中任一者处的排出部分将 从所述生物质提取的生物分子排出
[0046]根据本发明的另一方面，所述提取装置包括:在内部接纳裂解缓冲液的室；以及插 入部分，该插入部分与获得含有采集的生物质的样品用的两条带子一起插入到所述室内， 所述两条带子在彼此分离并且相互面对的情况下粘附至所述插入部分，其中，所述获得样 品用的两条带子的非粘性表面分别附着至所述室的两个内壁，并且所述裂解缓冲液能填充 在位于所述获得样品用的两条带子的所述粘性表面之间的空间中。
[0047]根据本发明的另一方面，获得含有采集的生物质的样品用的带子插入被接纳在所 述室内的所述裂解缓冲液中，所述采集的生物质被溶解。所述获得样品用的带子接触所述 裂解缓冲液的表面积与被接纳在所述室内的所述裂解缓冲液的体积之间的比率可以为0.4 到9.15 〇
[0048] 发明效果
[0049] 本发明的实施例意图简化从诸如组织与细胞之类的生物质提取诸如蛋白质或者 核酸等之类的生物分子的过程并且因此节省花费的时间以及占用的空间，从而提高使用者 的便利性。
[0050] 而且，本发明的实施例意图不仅提高提取的生物分子的浓度，而且通过使无效区 最小化而减少缓冲液的用量，从而使样品的表面积与所采用的裂解缓冲液的量的比率最大 化。
[0051] 此外，本发明的实施例意图提供这样的生物分子提取装置及其方法，所述生物分 子提取装置及其方法能在无需应用额外的装置或者设备的情况下独立使用，使所提取的生 物分子的损害最小化，并且在仅应用少量样品的情况下预期到一致的测试结果。
【附图说明】
[0052]图1是根据本发明的一个实施方式的生物分子提取装置的立体图。
[0053] 图2是根据本发明的该实施方式的生物分子提取装置的分解立体图。
[0054] 图3是沿生物分子提取装置的长轴方向剖切根据本发明的该实施方式的生物分子 提取装置的剖切立体图。
[0055] 图4是沿生物分子提取装置的短轴方向剖切根据本发明的该实施方式的生物分子 提取装置的插入部分的剖切立体图。
[0056] 图5是示出根据本发明的该实施方式的生物分子提取装置的插入部分插入到本体 部分中后生物质裂解物恒定排出的状态的剖面图。
[0057] 图6是图4的A-A'的剖面图。
[0058] 图7是把根据本发明的该实施方式的生物分子提取装置的SA:V比率与传统方法作 比较的图表。
[0059] 图8是把根据本发明的该实施方式的生物分子提取装置的提取浓度与传统方法作 比较的图表。
[0060] 图9是示出用于设计在处理样品后恒定排出的扩大的排出口的变量的图。
[0061] 图10示出了根据本发明的该实施方式的生物分子提取装置的按压部分的变型例 的立体图与局部剖面图，并且示出了室的内壁在被按压时的变形的图。
[0062] 图11是示出利用根据本发明的一个实施方式提出的生物分子提取装置提取蛋白 质的过程的过程图。
[0063] 图12是根据本发明的另一实施方式的生物分子提取装置的立体图。
[0064] 图13是根据本发明的另一实施方式的生物分子提取装置的剖面图。
[0065] 图14是根据本发明的另一实施方式的生物分子提取装置的平面图。
【具体实施方式】
[0066] 下文将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。但是，本发明不限于本文描述 的实施方式，而是可以以其他形式实现本发明。事实上，本文所介绍的实施方式被提供以实 现充分公开并向本领域普通技术人员充分传达本发明的思想。在整个说明书中，相同的附 图标记指代相同的构成元件。
[0067] 图1是根据本发明的一个实施方式的生物分子提取装置的立体图。图2是根据本发 明的该实施方式的生物分子提取装置的分解立体图。图3是沿根据本发明的该实施方式的 生物分子提取装置的长轴方向剖切生物分子提取装置的剖切立体图。图4是沿根据本发明 的该实施方式的生物分子提取装置的短轴方向剖切生物分子提取装置的插入部分的剖切 立体图。图5是示出根据本发明的该实施方式的生物分子提取装置的插入部分插入到本体 部分中后生物质裂解物恒定排出的状态的剖面图。图6是图4的A-A'的剖面图。图7是把根据 本发明的该实施方式的生物分子提取装置的SA:V比率与传统方法作比较的图表。图8是把 根据本发明的该实施方式的生物分子提取装置的提取浓度与传统方法作比较的图表。图9 是示出用于设计在处理样品后恒定排出的扩大的排出口的变量的图。
[0068] 参照图1至图9,根据本发明的一个实施方式的生物分子提取装置1000可以主要包 括:插入部分100，含有所采集的生物质的样品被固定至该插入部分;本体部分200，该本体 部分中接纳裂解缓冲液，并且插入部分100插入到该本体部分中以从所采集的生物质提取 生物分子；以及设置在插入部分100或者本体部分200处的至少一个排出部分300。
[0069] 插入部分100可以包括至少一个固定部分110、120,样品固定至所述固定部分。固 定部分110、120可以通过粘附结合或者物理结合固定样品，并且采集生物质的样品可以根 据采集方法被适当施加至例如具有粘性面的带子或者膜等。
[0070] 如果固定部分110、120通过粘附结合固定样品，那么使用具有粘性面的带子，例如 获得样品用的具有涂覆有粘性物质等的粘性面的带子10并且利用采集样品后余留在带子 上的粘性使带子结合至固定部分。另选的是，可以构造成将粘性物质施加至固定部分110、 120，从而固定无粘性的样品。
[0071] 如果固定部分110、120通过物理结合固定样品，那么能通过插入固定样品。将在另 一实施方式中解释此固定方式。
[0072] 在本实施方式中，使用获得样品用的带子10,并且插入部分100可以包括通过接触 获得样品用的带子10的一部分而被粘附的固定部分110、120。
[0073]在此，固定部分110、120可以包括形成在内侧的第一固定部分110以及形成在第一 固定部分110外侧的第二固定部分120。固定部分可以包括均位于相同的平面呈垂直向下延 伸的形式的两个第一固定部分110与两个第二固定部分120。
[0074]而且，获得样品用的两条带子10可以相互面对地粘合，第一固定部分110与第二固 定部分120介于其间。获得样品用的带子10可以呈盘的形式。事实上，使用诸如由美国的 Cuderm制造的D-Squame盘之类的产品是可行的。
[0075] 获得样品用的带子10的一侧可以是粘性面12,并且另一侧可以是无粘性面14。如 果获得样品用的带子10的粘性面12被贴至对象的皮肤，然后将其从对象的皮肤分离，那么 通过附着至粘性面12而采集到包括死皮细胞的皮肤组织，从而可以利用此操作提取蛋白 质。
[0076] 获得含有上述采集的皮肤组织的样品的两条带子10可以被附接并且固定成以一 定间隔分开而相互面对，第一固定部分110与第二固定部分120介于其间。在此，因为获得样 品用的带子10附接成以一定间隔分开，第一固定部分110与第二固定部分120介于其间，所 以这防止获得样品用的带子10相互粘合。
[0077] 获得样品用的两条带子10彼此分开如第一固定部分110与第二固定部分120的厚 度那样大的距离。当将插入部分100插入到本体部分200中时，裂解缓冲液20填充到位于获 得样品用的带子10之间的空间中。
[0078]因此，固定部分110、120的厚度成为获得样品用的两条带子10之间的分离距离，并 且是用于确定待引入的裂解缓冲液20的体积的参数。
[0079] 在此，第一固定部分110与第二固定部分120可以具有相同的厚度，或者位于内侧 的第一固定部分110的厚度可以比第二固定部分120的厚度薄。如果维持间隔开足以使得由 于带子10的刚性而不彼此粘合这样的距离，那么第一固定部分110可以具有最小的厚度，甚 至可以移除第一固定部分110。在此情况下，获得样品用的两条带子10以位于另一侧的第二 固定部分120的厚度相互间隔开。第二固定部分120的固定有带子10的部分的尺寸略大于带 子10的外周长，并且根据带子的厚度刻划，从而插入部分100不会被带子10的伸出部分粘 住，或者不会在插入部分100在带子10固定后插入到室210中时产生死区。而且，位于内侧的 第一固定部分110防止获得样品用的带子10在其中间部分相互粘合。
[0080] 第一固定部分110与第二固定部分120可以被制成具有预定厚度的线性杆状，但是 在本实施方式中，至少第一固定部分110与第二固定部分120的一部分呈弯折曲面形状。通 过将第一固定部分110与第二固定部分120的一部分构造成曲面形状，使用者能够在向下文 要解释的按压部分212(参见图10)施加压力时在不被第一固定部分110或者第二固定部分 120干涉的情况下施加压力。根据需要向第一固定部分110附加凸块结构，这使得能使获得 样品用的带子10的接触面最小化而使获得样品用的带子10的暴露至裂解缓冲液20的表面 积最大化，并且允许裂解缓冲液20自由移动。
[0081 ]本体部分200可以包括室210,该室在内部形成接纳裂解缓冲液20的预定空间，获 得样品用的带子10插入该室中以浸入裂解缓冲液20中。
[0082] 基部220设置在室210的下部以支撑室210并使该室竖立。基部220可以形成有这样 的斜坡，该斜坡的横截面积向下增大以便使本体部分200稳固竖立。
[0083] 室210的内部空间的厚度优选构造成使得在插入获得样品用的两条带子10的情况 下，获得样品用的两条带子10的各个非接触面14附着至室210的内壁。因此，容纳在室210中 的所有裂解缓冲液20的大部分填充位于获得样品用的两条带子10之间的空间。
[0084] 这样的构造能使无效区最小化并且使获得样品用的带子10的接触面最大化，这使 生物分子的提取浓度达到能被以少量样品测量甚至施加最少量的裂解缓冲液20的程度。
[0085] 具体地说，通常，因为粘附至获得样品用的带子10的皮肤组织样品是疏水性的，并 因此裂解缓冲液20不会自发地分散，所以应强制施加外力或者应借助装置执行附加操作。 而且，为了避免带子10在被浸没时升起的这种问题，应始终向带子10施加外力。
[0086]而且，如上所解释的，根据本发明的一个实施方式的生物分子提取装置1000使获 得样品用的带子10的接触面相对于裂解缓冲液20的体积来说相当大，此生物分子提取装置 能仅通过被摇动一次或两次然后静置而溶解细胞。当插入部分100插入到本体部分200中并 与此本体部分结合时，可以维持很强的固定力，因此裂解缓冲液20能在没有额外强制性外 力或者附加操作的情况下填充位于带子之间的空出空间。接触状态可以被有效维持。因此， 能够快速提尚提取蛋白质的效率。
[0087]可以根据图7与图8的图表证实这些事实。图7把根据本发明的一个实施方式的生 物分子提取装置即蛋白质提取装置(PED)1000 的获得样品用的带子10的接触裂解缓冲液20 的表面积与被容纳在室210中的裂解缓冲液20的体积的比率SA:V与根据传统装置的比率作 比较。
[0088] 在应用传统的皮氏培养皿与埃彭道夫管(Eppendorf tube)的情况下，SA:V比率不 超过0.4。相比之下，在应用本发明的装置的情况下，由于在使用诸如由Cuderm公司制造的 D-Squame盘之类的产品的情况下带子10的横截面积是380mm2并且要引入的裂解缓冲液20 的量是200L，计算出的SA:V比率是1.9,该比率超过了 0.4,但是实际上为了确保提取器注塑 成型的制造过程中的公差以及模具的空闲空间等SA:V比率超过1.4。
[0089]理论上，可以通过减小获得样品用的带子10之间的距离进一步增大SA:V比率。但 是，鉴于目标排出量一次是35至40μ1并且排出时在防止两条带子10之间粘合的情况下实际 上能被按压的最小间隙约是I OOym，SA: V比率可以升高至约9.15。
[0090] 照此，本发明使SA:V比率相当高而且最佳，这使得能够以最少量的样品提取蛋白 质并且也提高了提取浓度。
[0091] 实际上，如能根据图8的图表所证实的，在将相同量250μ1/盘的裂解缓冲液引入到 传统皮氏培养皿与埃彭道夫管的情况下，两个装置中提取到的总的蛋白质的浓度约是40μ g/ml。但是，在根据本发明的装置的情况下，能证实达到63.4μg/ml，这证明了明显更高的蛋 白质提取效率。
[0092] 同时，室210的入口可以保持开放，或者包括屏蔽膜218。如果入口保持开放，那么 使用者在将插入部分100插入之前将裂解缓冲液20引入到室210中；如果入口包括屏蔽膜 218,那么可以预先在室210内容纳预定量的裂解缓冲液20。
[0093]屏蔽膜218由例如铝箱或者乙烯薄膜等构成以密封室210的入口，使用者可以在移 除屏蔽膜218后将插入部分100插入，或者推动插入部分100穿透屏蔽膜218以插入到室210 中。屏蔽膜218的位置不固定在室210的入口，而是可以在必要时位于引入部分230中。
[0094]引入部分230可以形成在室210的上部。引入部分230可以构造成以一定高度从室 210的入口向上延伸。而且，密封室210的密封部分130可以设置在插入部分100的一端，该密 封部分紧密接触引入部分230的内壁以与引入部分230对应。
[0095] 即，引入部分230朝上开放，并且当附接至第一固定部分110和第二固定部分120的 获得样品用的带子10插入到室210中时，密封部分130配合在引入部分230中以密封室210。 [0096] 而且，如果水平剖切引入部分230与密封部分130,那么这两者的剖面可呈椭圆形 形状。如果这两者的剖面呈方形形状，那么粘合力分布不均匀，样品会因此从拐角泄漏；如 果使剖面为圆形形状，粘合力分布均匀，但是引入部分230与密封部分130会体积较大。因 此，本发明建议引入部分230与密封部分130的剖面呈椭圆形形状的情况。在此，密封部分 130可以包括用于加强其强度的多个加强肋132。加强肋132在增强强度的同时增大密封部 分130与引入部分230的内壁的附着力与固定力，从而使密封部分130在与本体部分200结合 时不变形。
[0097]同时，根据本发明的一个实施方式的生物分子提取装置1000包括装备在插入部分 100或者本体部分200中的至少一个排出部分300。本实施方式描述了排出部分300设置至插 入部分的实施例。
[0098] 在此，排出部分300包括:排出流路310,该排出流路穿透密封部分130从而允许室 210与外部联通并排出样品；以及扩大的排出口320,该扩大的排出口设置在排出流路310的 端部并且内直径大于排出流路310的内直径从而持续排出样品。
[0099] 排出流路310在一端与室210联通，并在另一端连接至扩大的排出口 320,具有蛋白 质提取物的样品可以通过此扩大的排出口排出。排出流路310应设计成在到达扩大的排出 口320之前内直径最小以便使无效区最小并且增大总排出量。在本实施方式中，排出流路 310具有850μπι的直径，该直径是扩大的排出口 320的直径的一半。
[0100] 可以通过调节扩大的排出口 320的内直径的尺寸而将样品排出量调节成恒定量。 可以参照图9根据下面的等式计算排出量。具体地说，可以通过基于从扩大的排出口 320流 出的所提取样品的单液滴重量的重力与单液滴力图悬荡在排出口处的表面张力之间的平 衡状态设计排出量。
[0101] 〈等式〉
[0102] 表面张力：Fy =Jidy
[0103] 重力：Fg=Fysina
[0104] mg = 3id γ sina
[0105] mg = 3Td γ
[0106] ff=2jrr y
[0107] W:液滴的重量;r:出口的半径；：表面张力
[0108] 在本实施方式中，排出流路310具有约850μπι的内直径，扩大的排出口 320的内直径 为1.7mm。当将扩大的排出口 320的内直径设计成1.7mm时，理论上样品的单位排出量约是 37.7μ1〇
[0109] 在生产出实际产品后，10个生物分子提取装置1000在各个条件下通过应用去离子 水与裂解缓冲液20在各种条件下被测量并测试两次。结果如下面的表1所示，实际单位排出 量被测得为35.5 ± 2μ1，因此可以证实:样品通过根据本发明的生物分子提取装置1000基本 被恒定排出。
[0110] 表1
[0112] 照此，根据本发明的一个实施方式的生物分子提取装置1000是不具有单独的计量 装置的简单装置，该生物分子提取装置能够精确排出恒定量的样品，并因此能在提取后将 样品排出到试剂盒中后执行的下面的操作中产生精确的实验结果。
[0113] 可拆卸的密封帽140可被另外提供至扩大的排出口 320，该密封帽防止样品随机排 出，从而确保使用者的安全。
[0114] 同时，可以设置这样的按压部分212,该按压部分形成在室210的外壁上，使得当使 用者排出样品时能施加外力按压样品。实际上，与上述第一固定部分110的曲面形状的中空 部对应的区域形成在室210的外壁中，形成按压部分212。
[0115]具体地说，使用者向按压部分212施加压力以排出所提取的样品，当施加压力时， 室210的内壁弯曲成抛物线状，因而所提取的样品被挤出出口。
[0116] 图10示出了根据本发明的该实施方式的生物分子提取装置的按压部分的变型例 的立体图与局部剖面图，并且示出了室的内壁在被按压时的变形的图。
[0117] 如图10中所示，推荐这样的按压部分212&、21213、212(：，这些按压部分变型以便通 过施加均匀压力而增大恢复率。
[0118] 首先，在本实施方式中，可以以厚度大于周围外壁的厚度的凸纹形式制作按压部 分212&、21213、212〇。按压部分212 &、21213可以构造成被制成如图10的（8)与（〇中所示的圆 形凸纹形式，或者被制成如图10的(D)中所示的轮形形状。在结构具有2mm以上的厚度或者 高度的情况下，由于在注塑成型时不能用熔化的塑料完全填充模具的结构或者在注塑成型 后冷却时残余应力集中而产生空洞，此空洞致使结构变形，或者使得易于发生破裂。在按压 部分呈轮形形状的情况下，可以使注塑成型中发生的问题最小化。借助如此构造的按压部 分212 &、21213、212〇，可以通过均匀地施加压力而排出样品。
[0119] 而且，根据本发明的该实施方式的生物分子提取装置可以构造成还包括刻划部分 214,此刻划部分绕按压部分212b、212c设置，并且刻划部分的厚度小于周围外壁的厚度。刻 划部分214减小了按压部分212周围的厚度，这使得能易于使按压部分212弯曲。
[0120] 根据以上解释的变型，不管使用者的手指的形状或者要施加的力的大小如何，室 210的待受压的内壁都被以线性方式从抛物线形状均匀按压，这可均匀施加压力，从而增大 样品的恢复率。
[0121] 图11是示出利用根据本发明的一个实施方式的生物分子提取装置提取生物分子 蛋白质的过程的过程图。
[0122] 下文中将参照图1至图11解释借助根据本发明的一个实施方式的生物分子提取装 置1000提取生物分子(蛋白质）的方法。
[0123] 首先，将获得样品用的两条带子10附接至对象的皮肤，然后将其从对象的皮肤分 离以获得皮肤组织。接着，将两条带子粘合成两者彼此面对，第一固定部分110与第二固定 部分120介于其间。
[0124] 然后，将裂解缓冲液20引入到本体部分200的室210中，并将插入部分100插入到本 体部分200中。在此，裂解缓冲液20被预先容纳在室210中，并且借助屏蔽膜218以密封状态 提供。
[0125] 此后，在获得样品用的带子10位于室210内的情况下，将生物分子提取装置1000摇 动一次或者两次，然后根据需要静置1分钟或者几分钟。在此过程中，细胞溶解在裂解缓冲 液20中，提取出蛋白质。
[0126] 然后，在移除密封帽140后，对按压部分进行按压以将具有所提取的蛋白质的样品 排出到入口中，可以通过抗体反应进行测试。
[0127] 图12是根据本发明的另一实施方式的生物分子提取装置的立体图。图13是根据本 发明的另一实施方式的生物分子提取装置的剖面图。图14是根据本发明的另一实施方式的 生物分子提取装置的平面图。
[0128] 参照图12至图14,简要地说，可以通过包括插入部分400、本体部分500以及排出部 分600的方式制作根据本发明的另一实施方式的生物分子提取装置2000。
[0129] 在此，与先前的实施方式不同，排出部分600可以装备在本体部分500中，而不是插 入部分400中。插入部分400包括固定部分410,获得样品用的带子10可以通过插入或者粘合 与固定部分410物理结合，并且通过应用粘合剂固定至固定部分410。
[0130] 本实施方式建议将获得样品用的两条带子10固定至固定部分410的情况，但是也 能根据需要固定并使用获得样品用的单条或者三条或者更多条带子10。
[0131] 插入部分400与本体部分500可以借助连接部分550相互连接。本体部分500包括引 入部分530,并且插入部分400可以包括与引入部分530对应的密封部分430。
[0132] 同时，本体部分500可以包括容纳裂解缓冲液的室510,固定至固定部分410的、获 得样品用的两条带子10可以插入到室510中，在固定部分410插入到本体部分500中时生物 分子可以被盛装在室510中的裂解缓冲液提取。
[0133] -旦完成生物分子提取操作，使用者就按压形成在室510的外壁上的按压部分512 以通过排出部分600排出所提取的样品。在此，先前的实施方式中解释的多种变型同样可以 应用至按压部分512。
[0134] 到目前为止，解释的根据本发明的实施方式的生物分子提取装置具有下面的效 果。
[0135] 首先，根据本发明的生物分子提取装置可以在5分钟内执行固定样品并注入缓冲 液、装配插入部分并且混合、静置以及提取等整个过程，这使得创造性地减少了花费的时 间，而大部分传统蛋白质或者核酸提取方法对于为了破坏胞间连接或细胞膜而进行的机械 或者物理冲击施加、重复离心、过滤以及其他过程等总共需要至少20至30分钟。
[0136] 第二，以无冲击并且无功率方式运行根据本发明的生物分子提取装置，该生物分 子提取装置既不需要广阔的实验空间，也不需要复杂的系统，确保使用者的安全，并且因为 对于单次应用施加极少量缓冲液而能够避免因废物产生的有害作用。
[0137] 第三，根据本发明的生物分子提取装置能使无效区最小化，很大程度提高SA:V比 率(这使得在无外力的情况下得到高浓度蛋白质提取物），并且在提取后恒定排出。因此，能 够用试剂盒精确测试。
[0138] 第四，根据本发明的生物分子提取装置简化了细胞中的蛋白质提取过程，并且能 被独立用作一个装置而不需要诸如离心机、移液管等之类的附加装置，而且能在无需使用 者的技能的情况下使用。因此，能提高使用者的便利性。
[0139] 上文中，通过参照本发明的一个实施例（应用至皮肤组织的实施例）解释了本发 明，但是本领域的普通技术人员可以在不脱离下文所述的权利要求中叙述的本发明的思想 与范围的情况下以各种方式对本发明进行变型及变更。本发明提出的提取装置可用于从不 同生物质提取可用于多种分析与诊断的各种生物分子。本申请范围包括生物技术、分子生 物学、医学科学、制药学、化妆品、遗传工程、诊断、卫生保健等，但是不限于此。因此，如果变 型例基本包括本申请的权利要求的特征，那么这些变型例应被认为属于本发明的技术范 围。
【主权项】
1. 一种生物分子提取装置，该生物分子提取装置包括： 插入部分，含有采集的生物质的样品被固定至该插入部分； 本体部分，该本体部分内接纳裂解缓冲液，并且所述插入部分插入该本体部分中以从 所述采集的生物质提取生物分子;以及 设置在所述插入部分或者所述本体部分处的至少一个排出部分。2. 根据权利要求1所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述插入部分包括至少一个固定部分，所述样品固定至该至少一个固定 部分。3. 根据权利要求2所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述固定部分通过粘附结合或者物理结合固定所述样品。4. 根据权利要求3所述的生物分子提取装置， 其特征在于，通过利用所采集的所述样品中存在的粘性或者向所述固定部分施加粘性 物质而进行所述固定部分的所述粘附结合。5. 根据权利要求3所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述固定部分的至少一部分呈弯折的曲面形状。6. 根据权利要求3所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述固定部分的所述物理结合通过插入结合来固定所述样品。7. 根据权利要求2所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述样品的至少一部分固定至所述固定部分。8. 根据权利要求1所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述本体部分包括室，该室具有形成在内部以接纳所述裂解缓冲液的预 定空间，并且所述插入部分插入所述室中而浸入所述裂解缓冲液中。9. 根据权利要求8所述的生物分子提取装置， 该生物分子提取装置还包括密封所述室的入口的屏蔽膜，其特征在于，所述裂解缓冲 液以密封状态被接纳在所述室中。10. 根据权利要求8所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述本体部分还包括将所述插入部分引入到所述室的引入部分。11. 根据权利要求8所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述插入部分包括密封部分，该密封部分形成与所述引入部分对应的形 式，并且与所述引入部分的内壁紧密接触以密封所述室。12. 根据权利要求11所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述引入部分与所述密封部分的剖面形成椭圆形或者圆形形状。13. 根据权利要求11所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述密封部分包括加强肋以加强该密封部分的强度。14. 根据权利要求1所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述排出部分包括排出流路及扩大的排出口以恒定排出所述样品。15. 根据权利要求14所述的生物分子提取装置， 其特征在于，为了使无效区最小化，所述排出流路的内直径小于所述排出口的内直径。16. 根据权利要求14所述的生物分子提取装置， 所述生物分子提取装置还包括以可拆卸的方式密封所述排出口的密封帽。17. 根据权利要求8所述的生物分子提取装置， 所述生物分子提取装置还包括按压部分，该按压部分形成在所述室的外壁处并且施加 允许所述样品恒定排出的压力。18. 根据权利要求17所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述按压部分形成凸纹形式，该凸纹形式的厚度大于周围外壁的厚度。19. 根据权利要求17所述的生物分子提取装置， 所述生物分子提取装置还包括刻划部分，该刻划部分绕所述按压部分形成并且厚度小 于周围外壁的厚度。20. 根据权利要求1所述的生物分子提取装置， 其特征在于，所述样品接触所述裂解缓冲液的表面积与所述裂解缓冲液的体积之比为 0.4到9.15。21. -种提取生物分子的方法，该方法包括： 将含有采集的生物质的样品固定至插入部分； 将所述插入部分插入到内部接纳有裂解缓冲液的本体部分中；并且 通过设置在所述插入部分和所述本体部分中任一者处的排出部分将从所述生物质提 取的生物分子排出。22. 根据权利要求21所述的方法， 其特征在于，所述样品通过粘附结合或者物理结合固定至所述插入部分。23. 根据权利要求21所述的方法， 其特征在于，所述样品接触所述裂解缓冲液的表面积与所述裂解缓冲液的体积之比为 0.4到9.15。
【文档编号】G01N33/48GK105829520SQ201480040355
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年7月17日
【发明人】沈愚英, 金釉来, 金在政, 李恩知
【申请人】欧莱雅集团