一种免洗脱磁分选装置及其分选方法与流程

本发明涉及一种免洗脱磁分选装置及其分选方法，尤其是一种适用于稀有细胞捕获的免洗脱磁分选装置及其分选方法。

背景技术：

免疫磁性富集是利用细胞表面抗原能与连接有磁珠的特异性单抗相结合，在外加磁场的作用下，通过抗体与磁珠相连的细胞被吸引而滞留在磁场中，而其它细胞因为不带磁性，不能在磁场中停留，从而使细胞得以分离。其中，较具代表性的方法是磁性细胞分选系统(magnetic activated cell sorting system,MACS)，采用免疫磁珠标定胞膜或胞内的细胞抗原，然后通过外磁场来捕获被免疫磁珠标记目标细胞。

循环肿瘤细胞(CTC)是指有原发肿瘤或肿瘤转移灶释放入外周血的肿瘤细胞，在健康人体内极为罕见。根据文献报道，循环肿瘤细胞在恶性肿瘤形成早期即可释放入血。循环肿瘤细胞由原发灶释放进入血液循环，是恶性肿瘤复发和转移的关键步骤。因此，CTC检测被认为是一种新的诊断技术，一项新的预后评价工具、一项有效的恶性肿瘤治疗应当的预测指标，在临床应用中被寄予极高期望。

但是由于CTC细胞在外周血中的含量极少，必须通过富集细胞来提高检测的灵敏度。CTC富集技术中的一种常用方法就是以免疫磁性富集为核心的技术，目前商业化的CTC富集和检测技术，如CellSearch，选用EpCAM磁珠标记CTC并进行磁性筛选，但是其吸附磁珠的磁铁被设置在样品试管外，因此试管内的磁场不均匀，磁场强度随磁场作用距离增加而衰减显著，导致远离磁铁的一端的磁力几乎为零，位于该端的目标细胞容易被漏吸而损失。此外被吸附捕获的细胞需要进一步繁琐的液体浓缩步骤以及转移步骤才能用于下一步的分析和研究。

另一种吸附磁珠的方法是采用插入试管内的磁力棒，磁力棒的底面具有磁性，虽然这种方法可以大大提高磁场吸附效率，但是该方法的缺点是吸附完还要将细胞洗脱才能进行下一步的操作。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种可产生均匀磁场、可快速、完全、集中吸附磁珠，同时无需洗脱即可进行下一步分析和操作的磁分选装置。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种无需洗脱即可分析和应用于下游分析的磁分选装置，该免洗脱磁分选装置包括磁芯和设置于磁芯外部的捕获观察窗，该捕获观察窗由透磁材料制成，且该捕获观察窗是磁芯发出的磁场的唯一透射区域，由磁芯发出的磁场通过捕获观察窗向外发出，用于吸附液体样品中的目标含磁颗粒，且所述捕获观察窗可拆卸。

优选地，所述捕获观察窗为平面。

优选地，所述捕获观察窗由透明材料制成，如玻璃；进一步优选为用具有防滑防脱落性质的透明材料制成，可很好地附着样品中的目标物质，防止失去磁场后目标物质从所述捕获观察窗表面脱落。

在本发明的一种优选实施方式中，上述免洗脱磁分选装置中的捕获观察窗的大小和形状可根据需要设计，从而可在较小的区域内浓缩目标物质，实现目标物质的高效、集中捕获和免洗脱分析。所述捕获观察窗可以通过弹簧、插杆、卡扣、螺纹等各种机构安装在所述磁芯的表面。

进一步，所述免洗脱磁分选装置还包括插杆，所述磁芯被设置于所述插杆的一端，所述插杆用于所述磁芯的拿取和抽插。

优选地，所述免洗脱磁分选装置还包括外鞘，所述外鞘可拆卸地套设于所述磁芯的外部，所述捕获观察窗被设置于该外鞘上。

进一步，所述磁芯内设置有产生磁场的磁体，该磁体由永磁材料或永磁与软磁组合材料制成；优选地，所述永磁材料为汝铁硼永磁铁。

优选地，所述磁芯具有捕获平面，该捕获平面对应于所述捕获观察窗，所述磁体产生的磁场由该捕获平面发出，穿过所述捕获观察窗作用于液体样品中。

优选地，所述磁体为仅对应于所述捕获平面的表面裸露，其余表面被软磁材料包裹的永磁材料。

在本发明的一种优选实施方式中，所述磁体由永磁铁和软磁材料组成，所述永磁铁为六面体，其中五个面被软磁材料包裹，仅露出一个与捕获平面对应的表面。这种设计可以最大限度的将磁体原本放射性分布的磁场全部偏转向捕获平面而不损耗磁场强度。优选地，所述磁体由多块包裹有软磁材料的永磁铁组成，该多块永磁铁的裸露面一致面向捕获平面排列；所述包裹有软磁材料的永磁铁的数量优选为2-9块。

在本发明的一种实施方式中，所述磁体为单独的一块永磁铁或由2-9块永磁铁拼装组合而成；由多块永磁铁拼装而成的磁体，相邻两块永磁铁相对的面可以是不同磁极(即S-N或N-S)或者相同磁极(即S-S或N-N)。

在本发明的一种优选实施方式中，所述磁体由多块软磁材料包裹的永磁铁一字排列组成，且相互靠近的两块永磁体铁相对的磁极相同，由于磁力线的相斥作用，大量的磁力线会聚集在导磁性良好的软磁材料上，使其磁化成磁极，从而延伸了磁极的长度，采用“永磁+软磁”的组合方式，可增加磁芯表磁的强度，特别是采用局部区域捕获的情况下，该组合方式可将磁体四周的发散磁场引导至捕获区域上，增强了捕获区域的表磁，降低了漏磁，同时避免磁场损耗。

在本发明的一种优选实施方式中，所述磁芯包括磁体和容纳槽，所述磁体被安装在所述容纳槽内，所述磁芯表面的捕获平面被设置为所述容纳槽上的磁场透射窗，磁体发出的磁场通过该磁场透射窗向外透射，用于吸附液体样品中的目标含磁颗粒，该容纳槽除磁场透射窗以外的区域被设置为不可透射磁场。进一步，在本发明的一种优选实施方式中，所述容纳槽的一个侧面具有磁场透射窗。

所述磁场透射窗的一种较佳实施方式为镂空，此种设计可使磁场无任何损耗地直接穿出，并可方便地通过该镂空的窗口安装和拆卸磁体，以便磁体的更换和清洗；所述磁场透射窗的另一种较佳实施方式为由磁场可透过材料制成，此种设计可更好地保护磁体防止脱落，同时可通过容纳槽整体的可拆装来实现磁体的更换和清洗。

进一步，所述插杆的另一端用于把持，因而较粗的设计可增大接触面，而浸入液体样品的部分应以较细的设计为宜，可减少液体的溢出量；进而在本发明的一种优选实施方式中，所述插杆浸入液体样品的部分较一端的磁芯和另一端的把持部分为细。优选地，所述插杆的远离磁芯的一端具有凸起，作为该装置的卡位部件，使该免洗脱磁分选装置可方便地悬空固定在支撑架上。

在本发明的一种优选实施方式中，所述免洗脱磁分选装置包括磁芯、插杆和外鞘，所述外鞘可拆卸地套设于所述磁芯的外部，且具有捕获观察窗，与磁芯表面发出用于吸附液体样品中目标含磁颗粒的磁场的捕获平面相对应。磁场从磁芯表面的捕获平面发出，透过外鞘上对应的捕获观察窗作用于液体样品，从而使目标含磁颗粒聚集于所述捕获观察窗的位置，同时实现目标物质的捕获和浓缩的目的。聚集在捕获观察窗的目标物质无需洗脱，只需将该外鞘拆卸下来，即可方便地进行后续各种处理(如染色)，在后续的分析和研究中该捕获观察窗则可直接在显微镜下进行观察。

进一步优选地，所述外鞘具有相对的两个平行平面，该两个平面上各设置有一个透明的观察窗；其中一个平面的观察窗对应于磁芯表面发出用于吸附液体样品中目标含磁颗粒的磁场的捕获平面，作为所述捕获观察窗；另一个平面的观察窗则位于该磁芯发出磁场的捕获平面的背面，不用于捕获目标含磁颗粒，仅用于在观察时提供透光。此种设计可将拆卸下来的外鞘直接置于显微镜下观察。

为了减小所述免洗脱磁分选装置在液体样品中的阻力，所述磁芯、容纳槽和外鞘的外形应尽可能采用弧线设计，如在本发明的一个较佳实施例中，所述外鞘为具有通孔的柱状；在本发明的另一较佳实施例中，所述外鞘为一端封口的类似笔套的形状；而为了方便观察，所述观察窗应尽可能采用平面设计，如在本发明的一个较佳实施例中，所述外鞘为一端封口的，具有一对平行平面的类似胶囊状。

进一步，本发明还提供了一种上述免洗脱磁分选装置的分选方法，包括步骤：

1)将所述免洗脱磁分选装置插入含有目标含磁颗粒的液体样品中；

2)使所述磁芯在样品中旋转和/或上下移动来充分吸附目标含磁颗粒，从而完成对目标含磁颗粒的分选；

3)将吸附完成的所述免洗脱磁分选装置取出并进行必要的清洗、染色；

4)将染色完成的所述免洗脱磁分选装置移入后续研究的装置中，抽出所述磁芯，留下外鞘以供下一步的计数或观察研究。

优选地，步骤2)中所述旋转包括公转和自转。

优选地，所述免洗脱磁分选装置在样品中的运动由机械带动。

本发明提供的免洗脱磁分选装置具有以下有益技术效果：

1、采用插入样品中吸附的方式，通过旋转、上下移动达到均匀吸附的目的，避免了现有技术中采用样品外磁铁而产生不均匀磁场和磁场强度严重衰减的问题；

2、本发明通过磁芯、捕获观察窗和外鞘的设计将现有技术中的洗脱步骤省略了，简化了流程，同时也减少了目标物质的损失；

3、本发明的磁芯部分采用永磁体交错排列以及软体材料包裹的方式，稳定提高了磁场的强度，具有更好的吸附效果；

4、本发明分选装置的捕获效率高，且可使目标磁颗粒聚集在一个较小的区域内，非常适合用于生物样品中稀有目标物质，如捕获液体样品中可通过某种特定性质而结合磁性颗粒的成分，尤其是稀有细胞的捕获。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个优选实施例的整体结构示意图；

图2是图1中实施例的插杆结构示意图；

图3是图1中实施例的磁体正面结构示意图；

图4是图1中实施例的外鞘结构示意图；

图5是本发明捕获观察窗的一种优选实施例的结构示意图；

图6是本发明的另一个优选实施例的整体结构示意图；

图7是图6中实施例的组合磁体排列正面结构示意图，a为磁极一致，b为磁极相反；

图8是本发明的又一个优选实施例的整体结构示意图；

图9是图8中实施例的磁芯与外鞘结合结构示意图；

图10是图8中实施例的磁芯结构示意图；

图11是图8中实施例的外鞘正面结构示意图；

图12是图8中实施例的外鞘俯视结构示意图。

具体实施方式

实施例1

图1-4所示为本发明免洗脱磁分选装置的一个优选实施例的结构示意图，该磁分选装置包括圆柱形插杆1，在插杆1的底端设置有磁芯2，该磁芯的内部包裹有磁体，该磁体由永磁铁21与包裹其外的软磁材料22构成(图3)，永磁铁21仅露出部分的侧表面对应于插杆1上的磁场透射窗(图2中的长方形区域)用于目标含磁颗粒的捕获，该透射窗可以为镂空设计或采用透明的透磁材料制成，如玻璃；插杆1除磁场透射窗以外的区域，可采用透明、半透明或不透明材料制成。

此外该免洗脱磁分选装置还包括外鞘3(图4)，该外鞘3像笔套一样套在插杆1的外部，可拆卸。所述外鞘3上对应于磁芯的磁场透射窗的位置处设置有捕获观察窗4，该捕获观察窗4的材料为玻璃，磁场可透过该捕获观察窗4吸附液体样品中的目标含磁颗粒，除捕获观察窗4以外的外鞘1的材料为透明、半透明或不透明材料，磁芯紧贴捕获观察窗，被捕获的目标含磁颗粒聚集于捕获观察窗4的位置，以便后续进一步的观察研究。

本发明的结构不唯一，所述捕获观察窗的安装方式还可如图5所示，通过设置于所述磁芯表面的连接机构41，可拆卸地连接于磁芯之上，该连接机构的连接方式可以是弹簧、插杆、卡扣、螺纹等；此外任何其它可利用本发明的技术原理和实现本发明的实施目的的结构都是可行的，如磁芯内永磁体的大小、体积和磁场分布方式，软磁材料的选型等。

实施例2

图6所示为本发明免洗脱磁分选装置的另一个优选实施例的结构示意图，该免洗脱磁分选装置包括圆柱形的插杆1，插杆1的底端具有磁芯2，该磁芯内设置有四块正方体或长方体的小磁体，每块磁体都是由软磁材料包裹五个外表面的永磁铁构成，未包裹的一面对应于磁芯的磁场透射窗及外鞘3上的捕获观察窗4，且相邻的两块永磁铁的磁极一致(如图7a中为N-S-N-S-N-S-N-S)或相反(如图7b中为N-S-S-N-N-S-S-N)；此外该插杆1的靠近上端位置具有凸起5，可作为卡位部件，使装置能方便地悬挂在支撑架上。本发明的磁体排列方式不唯一，任何可以满足磁性要求的排列方式都是可行的。

实施例3

图8所示为本发明磁分选装置的又一个优选实施例的结构示意图，其中插杆1的底端连接有磁芯2，插杆1的上端11为粗圆柱形，可便于握持，插杆1的中段12为细圆柱状，当该装置插入液体样品中时，此种设计可减少液体的溢出。

图9所示为本实施例套有外鞘3时的磁芯2示意图，图10和图11分别为磁芯2和外鞘3分开后的示意图，从图10中可见，磁芯2具有容纳槽23，该容纳槽内安装有磁体，容纳槽23上设置有磁场透射窗，磁体由永磁铁21和其表面包裹的软磁材料22组成，永磁铁21面对磁场透射窗的一面未被包裹，磁场从这一面向外发出进入液体样品中，永磁铁与软磁材料的这种组合可以最大限度的将磁体原本放射性分布的磁场全部偏转向磁场透射窗而不损耗磁场强度。从图11和图12中可见，外鞘3的外形类似胶囊形状，但是其对应于磁场透射窗的面及其对面均为平面，该两个平面上均设置有观察窗4，为玻璃材质，其中对应于磁场透射窗的观察窗4为捕获观察窗，用于集中捕获目标含磁颗粒，另一面的观察窗4用于为观察提供透光，以便于下游分析中的直接观察。

实施例4

本实施例提供了一种用上述免洗脱磁分选装置分选特定稀有细胞的方法，包括步骤：

1)在预处理过的血液样品中加入免疫磁珠，结合目标稀有细胞；

2)将带有外鞘的磁分选装置插入上述血液样品中；

3)通过插杆带动整个所述磁分选装置，使所述磁芯在样品中缓慢而轻柔地旋转(包括公转和自转)及上下移动来充分吸附结合有免疫磁珠的目标稀有细胞；

4)将吸附完成的磁分选装置取出，先插入缓冲液中，通过缓慢而轻柔地旋转及上下移动来清洗多余的杂质，然后插入细胞染色液中，通过缓慢而轻柔地旋转及上下移动来确保充分染色；

5)将染色完成的磁分选装置移入后续细胞计数或分析的装置中，将外鞘上的观察窗对准计数或分析装置的光路，抽出插杆仅留下外鞘以供计数或分析研究。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。