用于分离及转移磁性颗粒的电磁电动一体化装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用磁力分离、转移磁性颗粒的自动化装置，特别是涉及一种集电磁、电动为一体的装置。
【背景技术】
[0002]磁珠技术是生物分析学和磁珠载体技术结合而发展起来的一项技术，是20世纪90年代兴起的一类新型技术。磁珠是包被有特异性生物分子的磁性微球，可与含有相应的靶物质特异性结合形成新的复合物，通过磁场时，这种复合物可被滞留，与其它组分相分离。磁性聚合物微球(磁珠)的研宄开始于70年代，它除具有聚合物微球的特性，可以通过共聚、表面改性等方法赋予其表面多种反应性功能基外，还因具有顺磁性，可以在外加磁场的作用下方便地分离，因而在生物医学、生物工程、细胞学、分离工程等众多领域显示了广泛的应用前景。在生物传感器领域，磁性微球除了可以成功地应用于生物芯片中的样品制备、为生物芯片检测全自动化、芯片实验室的建立提供一种具有广泛应用前景的方法之夕卜，磁性微球还主要应用于蛋白质纯化、细胞分离、环境或食品微生物检测等。磁珠技术的核心在于采用适当的外加磁场，使磁珠磁化并吸附在磁极上，当撤去外加磁场时，磁珠的磁性消失，磁珠重新分散在溶液中，而不是聚集在一起，这一技术称为磁珠分离技术。该技术利用经特殊处理过的磁珠在磁珠分离器中进行生物样品的分离和定位等操作，从而对生物样品进行更精确、快速的检测，具有方便快捷、所需设备简单、分离速度快、提取效率高等特点，同时有利于保持样品性质，特别是生物活性等优点。生物磁分离作为一种新兴的分离技术，已被广泛地用于基础研宄和临床应用，然而，国内对于磁分离技术的基础和应用研宄仍非常薄弱，其原因除了磁性粒子昂贵的价格外，还在于国内生物磁分离技术研宄不够成熟，现有的技术水平多是基于国外的研宄成果。
[0003]目前市场上的生物磁分离器主要有磁分离架、间歇式磁分离器、流动式磁分离装置、移磁珠式磁珠分离器。
[0004]磁分离架是一种结构简单、使用方便的磁分离设备，为目前国内使用最为普遍的磁分离装置，使用时将装有样品的离心管放入磁架孔中，样品中的磁性材料会富集于靠近磁分离架支柱一侧的管壁，然后用移液器将液体吸走即可实现磁性材料从溶液中的分离。现有市场上各种类型的磁性分离架产品专用性较强，一般一种型号的磁性分离架只适用于一至二种体积规格的离心管使用。若有不同规格的离心管则要另外采用相应的磁性分离架，这样在使用过程中对样品的体积和分离容器就有限制，当样品处理量过高时，就需要使用2个以上的磁分离架同时使用，造成操作上的不便；而且消费者要针对不同的样品体积配备不同的磁分离架，增加了使用成本。
[0005]科研和医疗诊断使用的磁分离装置主要是间歇式操作的，间歇式磁分离器的磁场大多采用钕铁硼稀土永磁铁，如Liberti等设计了一种包含四个大试管的间歇式免疫磁分离器，可处理数十毫升液体样品。此外，Li等设计了一种微量滴定板磁性细胞分离器，其中包含几十个微型测试管，可同时对多个样品进行分析测定。间歇式磁分离器结构简单，价格便宜，适合于少量样品的分析检测。但是对于那些尺寸小、磁性弱的磁性粒子使用上述装置富集速度慢，需要较长的富集时间且分离效率低。
[0006]除了间歇式磁分离器，用于细胞分离和免疫检测的流动式磁分离装置也在市面上开始出现，Chalmers等依据磁性粒子的运动轨迹在磁场作用下发生偏转的原理设计的一种流动式磁性细胞分离器，利用类似的原理，Blankenstein等设计了一种微隧道式磁分离器。目前流动式磁分离自动化装置也已经问世，其中的典型代表为德国Miltenyi公司设计的临床型CliniMACS系统，该系统应用MACS (免疫磁性细胞分选)技术，可从外周血、骨髓或脐血中分离出纯度高于95%的⑶34+造血干细胞，它还能祛除样品中约3-4个对数级的肿瘤细胞，4-5个对数级的打林巴细胞。美国DeXter Magnetic Technologies公司开发的自动化磁分离设备也能够很好的分离DNA、RNA、蛋白质和核酸。此外，还有移磁珠式磁珠分离器，美国 Thermo Scientific 公司的 KingFisher 系列产品(专利号 US 6447729，US6448092)，通过特制的磁棒吸附、转移和释放磁珠，从而实现磁珠(样品)的转移，避免了液体处理过程，提高了自动化程度。该装置目前适用于粒径Iym的磁珠分离。由于基于磁珠分离技术的生物传感器常用纳米量级的磁珠，而不同大小磁珠的分离效果与磁通密度有着密切关系:磁珠尺寸越小，所需磁通密度越大。因此，要将装置应用于纳米磁珠生物传感器尚需进行改进；但其避免了液体处理的繁琐程序，利于集成与自动化，应该具有良好的应用前景。现有的这类磁分离装置都是国外公司根据各自磁珠产品的特性设计的专利产品，价格十分昂贵，如Miltenyi公司的实验室用MACS磁分离架，国内售价高达8000元。因此，开发价格低廉、操作简便快速的国产磁分离装置具有极为重要的意义。
[0007]磁珠分离过程是一个比较复杂的作用过程，其分离效果受到诸多条件的制约和影响，磁珠分离器所达磁通密度和磁场梯度仅仅是磁珠分离效果好坏的决定因素之一。目前，磁珠分离技术中还存在的突出问题主要为:
[0008](I)使用常规生物器皿盛装样品溶液，应用泳池分离，吸附的磁性物质难以分离；
[0009](2)泳池内不能实现搅拌、混匀，需外加搅拌装置，人为摇匀混合，步骤多，操作繁琐；
[0010](3)需要人为操控每一步实验步骤，存在由于人为因素导致实验失败的可能性，且全部实验完成所需时间较长；
[0011](4)使用外置强磁铁使磁珠沉降，基本实验平台较庞大，难于集成化并微型化，缺乏自动控制，目前市场上尚无搅拌及磁性可控的一体化设备进行磁珠分离。
[0012]因此，设计出合理的磁珠分离器基本构型，在确保磁珠分离效率的前提下，在磁珠分离器上集成振动和旋转功能，缩小分离器所占空间，减少人为操作步骤，在现有技术条件下使磁珠分离器朝自动化和集成化方向发展，必将是生物传感器磁珠分离器的发展方向。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于提供一种用于分离及转移磁性颗粒的电磁电动一体化装置，可有效、充分、快速、可控地分离、转移液体中的磁性颗粒。
[0014]本发明所述的用于分离及转移磁性颗粒的电磁电动一体化装置，包括:旋转电机；金属工作轴，一端为吸附端，另一端与所述旋转电机连接，以致当所述旋转电机转动时带动所述金属工作轴转动；以及磁化装置，以线圈的方式缠绕在所述金属工作轴上，以致当所述磁化装置通电产生磁场时，所述金属工作轴被磁化而产生对磁性颗粒的磁性吸附作用。
[0015]根据本发明所述的电磁电动一体化装置的进一步特征，所述金属工作轴的吸附端是被加工为倒锥形结构，且表面光滑平整。
[0016]根据本发明所述的电磁电动一体化装置的进一步特征，所述磁化装置和所述旋转电机分别连接各自独立的电源系统，各自功能的产生和控制互不干扰。
[0017]本发明所述的用于分离及转移磁性颗粒的电磁电动一体化装置的工作原理是:磁化装置在通电后能产生高磁通密度的磁场并磁化金属工作轴，使其产生磁性，吸附液体中的磁性颗粒。线圈电路为双向可控直流电流，磁吸时，磁化装置接通正向电流产生磁场，工作轴的下端被磁化产生磁性，吸附液体中的磁性颗粒，可有效地将磁性颗粒从液体中分离出来；磁吸结束后，磁化装置接通反向电流，反向瞬间通电能消除工作轴末端剩磁，因此使吸附的磁性物质更容易分离、转移。同时启动旋转电机，吸附在金属工作轴末端的磁性颗粒被甩离，分散在液体中，从而有效地将磁性颗粒从工作轴中分离，实现磁性颗粒的转移目的，此外，旋转的金属工作轴还具有搅拌功能，可将磁性颗粒均用地分散于液体内。
[0018]本发明所述的用于分离及转移磁性颗粒的电磁电动一体化装置，具有以下优点:
[0019](I)不仅可有效地将磁性颗粒从液体中分离出来，还可以将转移的磁性颗粒均匀地分散开来，真正实现搅拌及磁性可控的一体化；并且磁化和消磁的过程，以及旋转搅拌功能均可由电机控制，操作极为快速、简便，极大地替代了繁琐的人为操作步骤，实现了自动化。
[0020](2)金属工作轴的末端设计成倒锥形结构，从而可以增大吸附面积，更有效地吸附磁性颗粒；其表面设计为光滑平整结构，有利于磁吸结束后更有效地分离吸附的磁性颗粒。工作轴为软磁材料，易磁化、退磁快、且耐酸碱、耐腐蚀，从而既能保障其在磁化装置启动或关闭后，瞬时被磁化