生物活性物质提取仪的微环境改良方法和系统的制作方法

生物活性物质提取仪的微环境改良方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了生物活性物质提取仪的微环境改良方法和系统。具体的，本发明提供了一种高效的提取生物活性物质的自动化仪器，其包括:外壳，底板，工作台，磁针和磁针移动机构，套管和套管移动机构和气流产生系统，所述系统用于在开口向上放置在样品处理区上的容器的开口的上部区域产生局部气流，其包括气流源和气流通道，气流源产生的气流沿气流通道流动，使得套管与容器中的样品或试剂接触产生的气溶胶从容器开口释放后进行水平移动。本发明还提供了使用所述仪器提取和纯化生物活性物质特别是核酸的方法。本发明通过采用产生局部气流来改善磁棒法提取生物活性物质的微环境，从而有效降低气溶胶在磁棒法提取时导致的污染。
【专利说明】生物活性物质提取仪的微环境改良方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物学和仪器装置领域。具体的，本发明提供了一种提取生物活性物质的自动化仪器，以及使用所述仪器提取生物活性物质的方法。本发明通过采用产生局部气流来改善磁棒法提取生物活性物质的微环境，从而有效降低气溶胶在磁棒法提取时导致的污染。
【背景技术】
[0002]利用磁珠法提取生物活性物质特别是活性大分子是近年发展起来的技术。磁珠法是利用能够特异性识别细胞、蛋白质或核酸的磁珠，该磁珠能与核酸分子特异性地结合，然后在磁场的作用下，从血液、动物组织、食品、病原微生物等样本中的活性大分子分离出来。例如，对核酸的磁珠法提取可以依据与硅胶膜离心柱相同的原理，运用纳米技术对超顺磁性纳米颗粒的表面进行修饰，制备成超顺磁性氧化硅纳米磁珠。该磁珠能与核酸分子特异性地识别。利用氧化娃纳米微球的超顺磁性，在Chaotropic盐(盐酸胍、异硫氰酸胍等)和外加磁场的作用下，能从样本中将DNA和RNA分离出来。
[0003]磁珠法自动提取仪又分为磁棒法和抽吸法。抽吸法是通过自动移液装置来进行。以磁珠法核酸提取仪为例，可通过自动移液装置来加入裂解液、磁珠吸附；抽走溶液，加入漂洗液，磁珠吸附，抽走漂洗液，加入洗脱缓冲液。由于抽吸法存在去除废液的时候不抽走磁珠，移液器不能靠磁珠太近，以防磁珠连同废液被抽掉的问题，影响洗脱效率和纯度。
[0004]磁棒法提取是近年发展起来的技术，其原理是将带磁性的分离设备浸入液体，通过磁场作用使混合物中能被磁性吸引的颗粒集中在分离设备表面。其中一种方式中，带磁性的分离设备是一个套管，通过插入磁棒令套管产生磁性，吸引混合物中能被磁性吸引的颗粒吸附到套管表面，当把磁棒抽离时，套管失去磁性，被磁性吸引的颗粒脱离套管。相对于抽吸法，磁棒法的优点是每一步的液体不残留，因为磁棒只带走磁珠，转移到下一个步骤相应的反应孔中。磁棒法仪器中带动磁棒的机构能带动磁棒在套管中上下移动，有助于提取过程的裂解和漂洗和纯化。
[0005]然而，气溶胶(aerosol)现象在磁棒法提取中是一个主要的导致样品污染的问题。气溶胶是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称气体分散体系。磁棒法提取仪的套管插入微量离心管等装有液体样品的管状容器时，空气与液体摩擦，可形成气溶胶。在操作时比较剧烈地振动磁棒法提取仪的套管，或是在管状容器的反复吸样都可形成气溶胶而导致污染。
[0006]因此，本领域需要一种能够有效防止或降低气溶胶在磁棒法提取时产生污染的方法和装置。

【发明内容】

[0007]本发明提供了一种利用磁棒法提取生物活性物质的自动化仪器，可应用在临床疾病诊断、输血安全、法医学鉴定、环境微生物检测、食品安全检测、分子生物学研究等多种领域，用于提取和纯化生物活性物质，例如细胞、蛋白和核酸。本发明通过采用产生局部气流来改善磁棒法提取生物活性物质的微环境，从而有效降低气溶胶在磁棒法提取时导致的污染。所述微环境优选配置为在生物活性物质提取仪中生成气溶胶的区域生成气流。应该明白，可以采用多种途径来实现本发明，包括将本发明实现为设备、系统、装置或方法。
[0008]本发明还提供了一种使用上述本发明的磁棒法生物活性物质提取仪中对提取仪来提取生物活性物质的方法。
[0009]本发明提供了一种用于提取生物活性物质的仪器，包括:
[0010]外壳，
[0011]底板1，
[0012]工作台系统15，工作台系统15具有载物面板67，其上具有样品处理区66，所述样品处理区可放置用于容纳样品或试剂的容器，
[0013]磁针7和磁针移动机构48,通过磁针移动机构的上下移动，使得磁针能够上下移动，竖直插入和脱离套管，
[0014]套管4和套管移动机构16，通过套管移动机构的上下移动，使得套管能够上下移动，竖直插入和脱离设置在样品处理区中的容器；
[0015]和
[0016]气流产生系统，所述系统用于在放置在所述样品处理区上的容器的开口的上部区域产生局部气流，所述系统包括气流源和气流通道，其中气流源可产生气流，气流通道可引导所述气流水平通过所述容器的开口的上部区域，使得套管与容器中的样品或试剂接触产生的气溶胶从容器开口释放后进行水平移动。
[0017]在本发明的一个方面，所述样品或试剂为液体，容纳在所述容器中。
[0018]在本发明的一个方面，用于提取生物活性物质的仪器中在所述外壳的两个相对的侧板设置开孔，形成所述气流产生系统的气流通道。所述开孔的设置使得通过这两个开孔的气流水平流动。所述开孔通常设置为水平对称的，由此通过这两个开孔的气流水平流动。
[0019]在本发明的其中一个方面，其中设置开孔的位置，特别是其高度的设置，使得通过这两个开孔的水平流动的气流可通过放置在样品处理区上的容器的开口的上部区域。可根据采用的容器以及所述容器在样品处理区上的放置方式决定开孔的高度。开孔的高度可以设置为开孔底部与放置在样品处理区上的容器的顶部相同或略低于所述顶部。为了兼容各种容器，开孔的高度可以设置为开孔底部与放置在样品处理区上的高度最低的容器的顶部相同或略低于所述顶部。
[0020]在本发明的一个方面，开孔的底部比载物面板的上表面高约0_50mm，优选 最优选约 5-1 Ommn
[0021] 在本发明的其中一个方面，开孔可以为气孔区，例如长方形气孔区。长方形气孔区的长度(即气孔区的水平长度)与放置在样品处理区上的容器相适应。在本发明的其中一种实施方式中，长方形气孔区的长度设置为与支架臂的长度相同或相近。在本发明的其中一种实施方式中，长方形气孔区的长度设置为与放置在载物面板上的24孔板或96孔板(例如符合ANSISBS12004和ANSISBS22004标准的参数的96孔标准板)的长边相等或大于所述长边。，优选的，所述长方形气孔区的长度大于约127.76mm，例如为约127_140mm，优选为约128-135mm。长方形气孔区的宽度(即所述气孔区的垂直长度)设置为兼顾各种高度的放置在样品处理区上的容器的高度。在本发明的其中一种实施方式中，长方形气孔区的宽度设置为约30-80mm,优选为约40-70mm,最优选为约50_65mm。
[0022]长方形气孔区的底部距离载物面板上表面的高度与放置在样品处理区上的容器的顶部相同或略低于所述顶部。例如，设置开孔区的底部比载物面板高约0-15mm，优选3~1 Omm,最优选 5_10mm。
[0023]在本发明的其它实施方式中，可以通过在侧板设置可上下移动的开孔来调整开孔的高度，使得通过这两个开孔的水平流动的气流可通过开口向上放置在样品处理区上的容器的开口的上部区域。
[0024]在本发明的其它实施方式中，可以通过在设置可上下移动的工作平台系统，使得载物面板可以调整高度，使得放置在样品处理区上的容器的开口的上部区域与通过两个开孔的水平位置相同或相似。
[0025]在本发明的另一种实施方式中，其中气流通道还包括设置在仪器外壳外，与所述开孔连接的导管，所述导管的一端与开孔连接，另一端与指定位置连接。在本发明的另一种实施方式中，在仪器外壳侧板开孔的外侧设置导管。所述导管的一端与外侧板上的开孔的外缘密封性连接，另一端与指定位置连接。在本发明的一种实施方式中，连接出气的开孔的导管的一端与所述开孔连接，另一端开口设置在指定区域，例如与仪器所在房间隔离的房间，从仪器内部流出的气体只能沿导管进入指定区域，由此保证仪器内的生物物质例如核酸不会对仪器所在房间造成污染。在本发明的一种实施方式中，连接进气的开孔的导管的一端与所述开孔连接，另一端开口在仪器所在房间隔离的房间或提供无污染气体的区域，由此，由此保证进入仪器内部或仪器所在房间的气体没有受到其它生物物质的污染。[0026]在本发明的一个方面，其中所述气流产生系统的气流源为风扇。
[0027]在本发明的一个方面，其中所述风扇设置在外壳侧壁的开孔中，被配置为可产生水平流动的气流。在本发明的其中一个方面，在外壳侧壁的两个开孔内都设置风扇，其中一个风扇为进气风扇，产生的气流为从仪器外部进入仪器内部，另一个为抽气风扇，产生的气流为从仪器内部进入仪器外部。在本发明的另一实施方式中，可以只有进气风扇或抽气风扇。
[0028]在本发明的另一实施方式中，所述气流产生系统的气流源也可以为气压差产生系统，例如在出气开孔外设置的产生负压的机构。
[0029]在本发明的一个方面，在进气风扇的外侧设置滤网栅。在本发明的一个方面，在进气风扇的外侧设置滤网栅。在本发明的其中一个方面，所述滤网栅的筛孔尺寸通常为大于或等于约0.045mm。在本发明的其中一个方面，所述滤网栅的滤网目数为小于或等于325目。
[0030]在一个方面，本发明的用于提取生物活性物质的仪器中，所述气流产生系统在样品处理区上的容器的开口的上部区域产生的局部气流的速度为约0.3-0.8米/秒，优选约
0.5-0.7米/秒，最优选约0.45-0.5米/秒。
[0031]在一个方面，本发明的用于提取生物活性物质的仪器中，所述气流产生系统在样品处理区上的容器的开口的上部区域产生的局部气流可防止套管与容器中的液体接触产生的带有生物样品的气溶胶漂移到其它容器中导致污染。
[0032]在本发明的一个方面，上述本发明的仪器中所述气流产生系统还具有控制系统，用于控制所述局部气流的产生与否和产生的气流的速度。优选的，所述控制系统可在套管和/或磁针升高和离开放置在样品处理区上的容器时，使得局部气流产生系统停止产生水平流动的气流。
[0033] 在本发明的一个方面，上述本发明的仪器中所述磁针为永磁体材料。
[0034]在本发明的一个方面，上述本发明的仪器中所述套管为非磁性材料。
[0035]在本发明的其中一个方面，上述本发明的仪器中所述工作台系统的载物面板上具有至少一组样品处理区66，每组所述样品处理区具有两个固定在所述载物面板上的加热工作区2和所述两个加热工作区中间的非加热工作区3。
[0036]在本发明的其中一个方面，上述本发明的仪器中所述加热工作区为加热槽，每组样品处理区具有固定在载物面板上的加热槽一 64、加热槽二 65和这两个加热槽中间的非加热工作区3，所述非加热工作区可具有或设置容纳样品或试剂的容器，优选的，所述容纳样品或试剂的容器为24孔或96孔PCR微孔板或深孔板等标准深孔板，非标准孔板，离心管或离心管联管，或可放置所述离心管或离心管联管的板。
[0037]在本发明的其中一个方面，上述本发明的仪器中所述加热工作区和非加热工作区是有效地分离的，有效的分离是指，加热工作区与非加热工作区容纳待处理样品或试剂的区域在工作平台上相距一定距离，以使得加热工作区处理样品产生的热量不会对在非加热区处理的样品产生有效的影响。
[0038]在本发明的其中一个方面，上述本发明的仪器中加热工作区与最接近其的放置在非加热工作区的或非加热工作区具有的用于容纳样品或试剂的孔的距离D大于5_，优选大于IOmm,最优选大于15mm。
[0039]在本发明的其中一个方面，上述本发明的仪器中，两个加热区(例如加热槽)之间的距离Dl大于90mm,优选大于105mm,最优选大于120mm,例如Dl为约90-160mm,优选约105-150mm，最优选约 120_140mm。
[0040]在本发明的其中一个方面，上述本发明的仪器中，所述加热区为加热槽，两个加热槽的中心距离D2大于约IlOmm,优选大于约115mm,最优选大于约120mm。
[0041]在本发明的其中一个方面，上述本发明的仪器中，加热区(例如加热槽)与放置在非加热区的用于容纳样品或试剂的容器距离D3为约5-20mm,优选大于约5mm,最优选大于约 10mm。
[0042]上述本发明的仪器可以用于提取生物活性物质，例如细胞、蛋白质或核酸。
[0043]上述本发明的仪器可以为用于提取和纯化核酸的仪器。
[0044]本发明还提供了一种使用上述仪器提取和纯化生物活性物质，例如提取核酸的方法。
[0045]本发明的办法包括以下步骤:提供上述提取生物活性物质的仪器，在其工作台系统载物面板(67)的样品处理区(66)放置用于容纳样品或试剂的容器，在所述容器中容纳样品或试剂；通过磁针移动机构的上下移动，使得磁针能够上下移动，竖直插入和脱离套管，以及通过套管移动机构的上下移动，使得套管能够上下移动，竖直插入和脱离设置在样品处理区中的容器；所述方法中通过包括套管和/或磁针插入和脱离放置在样品处理区上的容器从而实现转移磁珠或结合磁珠的生物物质的步骤。任选的，其中还包括套管和/或磁针在放置在样品处理区上的容器内振动从而对容器中的试剂和/或样品进行搅拌和混匀，以使得样品和试剂充分反应的步骤。本发明的方法中包括通过局部气流产生系统在开口向上放置在样品处理区上的容器的开口的上部区域产生水平流动的局部气流，使得套管与容器中的样品或试剂接触产生的气溶胶从容器开口释放后进行水平移动。在本发明的一个方面，在套管和/或磁针升高和离开放置在样品处理区上的容器时，上述局部气流产生系统停止产生水平流动的气流。
【专利附图】

【附图说明】
[0046]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0047]图1为根据本发明一个优选实施例仪器内部的第一方向内部结构立体图；
[0048]图2为根据本发明一个优选实施例仪器内部的第二方向内部结构立体图；
[0049]图3为根据本发明一个优选实施例仪器的立体图；
[0050]图4为根据本发明一个优选实施例仪器的正面剖视图；
[0051]图5为根据本发明一个优选实施例仪器的俯视剖视图；
[0052]图6为根据本发明一个优选实施例的机构的俯视剖视图；
[0053]图7a为根据本发明一个优选实施例的机构的侧面剖视图；
[0054]图7b为根据本发明一个优选实施例的机构的侧面剖视图；
[0055]图8为根据本发明一个优选实施例的机构的立体图。
[0056]附图标记
[0057]
【权利要求】
1.一种用于提取生物活性物质的仪器，包括: 外壳， 底板(1)， 工作台系统(15)，工作台系统(15)具有载物面板(67)，其上具有样品处理区(66)，样品处理区可放置用于容纳样品或试剂的容器， 磁针(7)和磁针移动机构(48),通过磁针移动机构的上下移动，使得磁针能够上下移动，竖直插入和脱离套管， 套管(4)和套管移动机构(16)，通过套管移动机构的上下移动，使得套管能够上下移动，竖直插入和脱离设置在样品处理区中的容器； 和 气流产生系统，所述系统用于在放置在所述样品处理区上的容器的开口的上部区域产生局部气流，所述系统包括气流源和气流通道，其中气流源可产生气流，气流通道可引导所述气流水平通过所述容器的开口的上部区域，使得套管与容器中的样品或试剂接触产生的气溶胶从容器开口释放后进行水平移动。
2.权利要求1所述的仪器，其中在所述外壳的两个相对的侧板设置水平对称的开孔，形成所述气流产生系统的气流通道，其中设置开孔的位置使得通过这两个开孔的水平流动的气流可通过放置在样品处理区上的容器的开口的上部区域，优选的，其中开孔的底部距离所述载物面板上表面为高约0-50mm,优选最优选约5_10mm。
3.权利要求2的仪器，其中所述开孔为长方形气孔区，例如，所述长方形气孔区的长度为约120-150mm，优选为约130-140mm ;例如，所述长方形气孔区的宽度为约30-80mm，优选为约40-70mm,最优选为约50-65mm, 更优选的，其中所述长方形气孔区的底部比载物面板高约0-15mm，优选3-lOmm，最优选 5~1 Omnin
4.权利要求1的仪器，其中气流通道还包括设置在仪器外壳外，与所述开孔连接的导管，所述导管的一端与开孔连接，另一端与指定位置连接。
5.权利要求1-4中任一项所述的仪器，其中所述气流产生系统的气流源为风扇。
6.权利要求1-5中任一项的仪器，其中所述局部气流的速度为约0.3-0.8米/秒，优选约0.5-0.7米/秒，最优选约0.45-0.5米/秒。
7.权利要求1-6中任一项的仪器，其中所述气流产生系统还具有控制系统，用于控制所述局部气流的产生与否和产生的气流的速度，优选的，所述控制系统可在套管和/或磁针升高和离开放置在样品处理区上的容器时，使得局部气流产生系统停止产生水平流动的气流。
8.权利要求1-7中任一项所述的仪器，其中所述工作台系统的载物面板上具有至少一组样品处理区(66)，每组所述样品处理区具有两个固定在所述载物面板上的加热工作区(2)和所述两个加热工作区中间的非加热工作区(3)，例如，其中所述加热工作区为加热槽，每组样品处理区具有固定在载物面板上的加热槽一(64)、加热槽二(65)和这两个加热槽中间的非加热工作区(3)，所述非加热工作区可具有或设置容纳样品或试剂的容器，优选的，所述容纳样品或试剂的容器为24孔或96孔PCR微孔板或深孔板等标准深孔板，非标准孔板，离心管或离心管联管，或可放置所述离心管或离心管联管的板，其中所述加热工作区和非加热工作区是有效地分离的，有效的分离是指，加热工作区与非加热工作区容纳待处理样品或试剂的区域在工作平台上相距一定距离，以使得加热工作区处理样品产生的热量不会对在非加热区处理的样品产生有效的影响。
9.权利要求1-8中任一项所述的仪器，其中生物活性物质为细胞、蛋白质或核酸，优选为核酸。
10.一种使用权利要求1-9中任一项所述的仪器提取和纯化生物活性物质的方法，优选的，所述方法包括以下步骤:提供权利要求1-9中任一项所述的提取生物活性物质的仪器，在其工作台系统载物面板的样品处理区放置用于容纳样品或试剂的容器，在所述容器中容纳样品或试剂，通过套管和/或磁针插入和脱离放置在样品处理区上的容器从而实现转移磁珠或结合磁珠的生物物质，任选的，其中还包括套管和/或磁针在放置在样品处理区上的容器内振动从而对容器中的试剂和/或样品进行搅拌和混匀，以使得样品和试剂充分反应的步骤， 其中，通过气流产生系统在开口向上放置在样品处理区上的容器的开口的上部区域产生水平流动的局部气流，使得套管与容器中的样品或试剂接触产生的气溶胶从容器开口释放后进行水平移动， 更优选的，其中在套管和/或磁针升高和离开放置在样品处理区上的容器时，上述气流产生系统停止产生水 平流动的局部气流。
【文档编号】C12N15/10GK103923830SQ201310014770
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年1月15日 优先权日:2013年1月15日
【发明者】刘新志, 赵海峰 申请人:北京金麦格生物技术有限公司