一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离装置及其方法与流程

1.本发明属于流式前样本处理仪技术领域，具体而言，涉及一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离装置及其方法。


背景技术：

2.随着纳米科学与技术的飞速发展，纳米材料逐渐被应用到生命科学领域，为生命科学的研究和发展提供了新的技术和手段。其中，磁性纳米颗粒的制备与应用已成为研究热点。磁性纳米颗粒具有比表面积大、超顺磁性、易于表面修饰等优点，广泛应用于生物医学领域，其中，磁性纳米颗粒用于生物样本分离是其在该领域的重要应用之一。磁性纳米颗粒分离生物分子时，具有分离速度快、效率高、可重复使用、操作简单、易实现功能化、易实现自动化以及不影响分离物质的活性等特殊的物理化学性质和生物相容性等特点。进一步的，使用磁性纳米颗粒在自动化检测上优势十分突出：传统的分离方法如酚-氯仿法、chelexl00法，盐析法等，存在液-液分离，离心等步骤，离心设备体积庞大，操作繁琐，所需时间长，不适合应用于自动化检测的需求。而与以上方法相比，使用磁性纳米颗粒分离操作简单，所需时间短，当外加磁场时，磁性纳米颗粒被磁化，并被吸附在磁极上，磁场消失时，磁性纳米颗粒上的磁性也同时消失，重新分散在反应液中。利用磁性纳米颗粒进行生物样本的分离和定位等操作，更易实现集成化与自动化。
3.目前，流式前细胞仪将磁分离和振荡分为两个模块，在处理样本过程中，需要将样本多次转移工作，不仅耗费时间，而且极大地增加了工作量；并且，两个独立的模块也带来了更多的经济投入以及更长的研发周期。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离装置及其方法，其目的在于解决现有的流式前细胞仪将磁分离和振荡分为两个模块，在处理样本过程中，需要将样本多次转移工作和两个独立的模块也带来了更多的经济投入以及更长的研发周期的问题。
5.鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：
6.第一方面，一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离装置，包括：
7.设备主体，所述设备主体包括基座以及依次设置所述基座上的第一筒体和第二筒体，所述第一筒体和所述第二筒体内分别具有相连通的第一容纳腔和第二容纳腔；
8.试管托座装置，所述试管托座装置包括设于所述第二容纳腔内的第一壳体以及设于第一壳体内的微孔托盘，所述微孔托盘内至少设有一圈径向布置的微孔管；
9.磁分离装置，所述磁分离装置包括形成“凸”字形的第二壳体、设于所述第二壳体内的升降机构以及被所述升降机构顶升至所述微孔管进行磁分离的磁分离机构，且，所述第二壳体设于所述第一容纳腔内并所述第一壳体相连通；
10.其中，所述升降机构包括升降驱动件以及由所述升降驱动件提供动能进行纵向运
动的顶升件；
11.振荡装置，所述振荡装置设于所述第一容纳腔内，并与所述磁分离装置连接；
12.其中，所述振荡装置包括与所述第二壳体固定连接的振荡盘、设于所述振荡盘下方的底座、分布于所述振荡盘两侧的限位机构、使所述振荡盘往复运动的偏心机构以及与固定在所述第一容纳腔两侧壁的固定杆，所述底座与所述第一容纳腔的底部固定连接，所述限位机构与所述固定块连接。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述第二筒体上密封盖合有顶盖。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述顶盖上固定连接有提手。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述第一壳体的内壁设有托起所述微孔托盘的凸起。
16.作为本发明的一种优选技术方案，所述升降驱动件包括底板、第一驱动电机、蜗杆、连接耳、涡轮、同步轴、轴承座和连杆，所述底板呈“h”状结构，所述底板架设于所述第二壳体内，所述第二驱动电机位于所述第二壳体的突出部，所述第一驱动电机的输出端键连接所述蜗杆的一端，且，另一端贯穿所述底板，所述连接耳具有两个并沿所述涡轮的轴心对称分布，两个所述连接耳上均设有涡轮，两个所述连接耳的两侧均设有所述轴承座，两个所述轴承座和所述连接耳通过同步轴连接，并将所述涡轮与所述同步轴键连接，所述同步轴的两端均固定连接有“y”字形的连杆。
17.作为本发明的一种优选技术方案，所述顶升件包括两两对称分布于所述底板上的矩形框、可自由地在所述矩形框内滑动的顶升杆以及与所述顶升杆上端部固定的顶升板，所述顶升杆的下端部与所述连杆连接。
18.作为本发明的一种优选技术方案，所述矩形框上开设有可供所述连杆穿过的移动孔。
19.作为本发明的一种优选技术方案，所述磁分离机构包括托架、电磁棒、第一齿轮、第二齿轮、传动轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮和第二驱动电机，所述托架设于所述顶升板上，所述托架上至少设有一圈径向布置的所述电磁棒，所述托架的表面套设有所述第一齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第二齿轮的轴心键连接有所述传动轴，且，所述传动轴的另一端贯穿所述顶升板，所述传动轴位于所述顶升板下方的端部键连接有所述第一锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合，所述顶升板位于所述第二锥齿轮的一侧安装有所述第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出端与所述第二锥齿轮的轴心键连接。
20.作为本发明的一种优选技术方案，所述偏心机构包括形成“t”字形的往复杆、固定于所述往复杆两端的安装套以及设于每个所述安装套上、下两侧的偏心轮，且，每个所述安装套内均设有一双头电机，所述双头电机的两个输出端均与两个所述偏心轮键连接，两个所述偏心轮沿所述振荡盘的轴心呈对称设置，所述往复杆的一端贯穿所述底座和所述振荡盘，且，所述往复杆与所述底座通过轴承连接，所述往复杆的端部与所述振荡盘固定连接。
21.另一方面，本发明提供一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离方法，包括以下步骤：
22.s1，放置生物样本：开启顶盖并将盛有生物样本和特异结合的磁性颗粒溶液的微孔管放入微孔托盘中；
23.s2，第一次振荡混匀：将双头电机通电带动偏心轮旋转，并通过限位机构的作用
下，振荡盘能够往复做半旋转运动，即可带动第一壳体和第二壳体整体震动，可使微孔管中的生物样本和特异结合的磁性颗粒溶液充分混合；
24.s3，电磁棒升起：第一驱动电机通电带动蜗杆旋转，使涡轮旋转带动同步轴旋转，并使连杆沿顶升板方向做翻转运动，可使顶升杆带动顶升板沿微孔托盘升起，电磁棒也插入微孔管的间隙中；
25.s4，电磁棒旋转：第二驱动电机通电带动第二锥齿轮旋转，在第二锥齿轮动能传递的作用下，第一锥齿轮通过传动轴带动第二齿轮旋转，与此同时，第一齿轮带动托架旋转可使电磁棒绕微孔管旋转，在持续的转动下，磁性颗粒在微孔管形成波形的运动轨迹，使得溶液中的磁性颗粒携带结合的目标物质被吸附到侧壁即可实现侧壁团聚，完成目标物质与非目标物质磁分离后通过升降机构将托架降下；
26.s5，生物样本清理：剩余液体可用移液器等方式吸走即可完成生物样本处理。
27.相对于现有技术，本发明的有益效果是：
28.(1)通过设置的磁分离装置，通过磁分离机构充分了实现对生物样本的磁分离，新改进的电磁棒保证了分离的效果，又可以避免微孔管之间的干扰；且通过对电磁棒的升降，尤其在电磁棒失电后，升降机构使电磁棒回到初始位置，促使电磁棒迅速对磁性颗粒失去吸附作用。
29.(2)通过设置的振荡装置，有效的保证了生物样本与各种溶液充分混匀的效果，大大提高了生物样本的处理水平；且本发明将磁分离装置和振荡装置结合，不仅节约了经济成本，而且使得机械结构简单，提高了实用性能。
30.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
31.图1是本发明所公开的一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离装置的立体图；
32.图2是本发明所公开的一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离装置的内部结构示意图；
33.图3是图2中a处局部放大图；
34.图4是本发明所公开的一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离装置的第一壳体剖视图；
35.图5是本发明所公开的一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离装置的微孔托盘仰视图；
36.图6是本发明所公开的一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离装置的第二壳体剖视图；
37.图7是图6中a处局部放大图；
38.图8是本发明所公开的一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离装置的电磁棒结构示意图；
39.图9是图6中a-a处剖视图；
40.图10是本发明所公开的一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离装置的振荡装
置俯视图；
41.图11是本发明所公开的一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离装置的套筒剖视图；
42.图12是本发明所公开的一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离方法的工作流程图。
43.附图标记说明：100、设备主体；110、基座；120、第一筒体； 121、第一容纳腔；130、第二筒体；131、第二容纳腔；132、顶盖； 132a、提手；200、试管托座装置；210、第一壳体；211、凸起；220、微孔托盘；221、微孔管；300、磁分离装置；310、第二壳体；320、升降机构；321、升降驱动件；3211、底板；3212、第一驱动电机； 3213、蜗杆；3214、连接耳；3215、涡轮；3216、同步轴；3217、轴承座；3218、连杆；322、顶升件；3221、矩形框；3222、顶升杆； 3222a、移动孔；3223、顶升板；330、磁分离机构；331、托架；332、电磁棒；3321、永磁区；333、第一齿轮；334、第二齿轮；335、传动轴；336、第一锥齿轮；337、第二锥齿轮；338、第二驱动电机； 400、振荡装置；410、振荡盘；420、底座；430、限位机构；431、套筒；432、拉杆；433、压力弹簧；434、固定杆；435、挂钩；440、偏心机构；441、往复杆；442、安装套；422a、双头电机；443、偏心轮；450、固定环。
具体实施方式
44.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
45.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
46.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
47.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
49.实施例一
50.参照附图1～11所示，本发明提供一种技术方案：一种用于流式前样本处理仪的振
荡磁分离装置300，包括设备主体100、试管托座装置200、磁分离装置300和振荡装置400；
51.参照附图1～2所示，设备主体100包括基座110以及依次设置基座110上的第一筒体120和第二筒体130，第一筒体120和第二筒体 130内分别具有相连通的第一容纳腔121和第二容纳腔131。其中，第一筒体120与第二筒体130通过可拆卸连接。
52.进一步地，第二筒体130上密封盖合有顶盖132，顶盖132上固定连接有提手132a。设置的顶盖132其目的是为了更好的达到避光的效果；并通过设置的提手132a是为了便于人工拿起或利用机械手抓起顶盖132。另外，顶盖132与第二筒体130可采取螺纹连接的方式。
53.参照附图4～5所示，试管托座装置200包括设于第二容纳腔131 内的第一壳体210以及设于第一壳体210内的微孔托盘220，微孔托盘220内至少设有一圈径向布置的微孔管221。
54.进一步地，第一壳体210的内壁设有托起微孔托盘220的凸起 211。由于有不同内径(外径与微孔托盘220放置孔的直径匹配)的微孔管221，微孔托盘220可活动地放置在凸起211上，可使得微孔托盘220快速更换。
55.参照附图2和6～7所示，磁分离装置300包括形成“凸”字形的第二壳体310、设于第二壳体310内的升降机构320以及被升降机构 320顶升至微孔管221进行磁分离的磁分离机构330，且，第二壳体 310设于第一容纳腔121内并与第一壳体210相连通，其中，升降机构320包括升降驱动件321以及由升降驱动件321提供动能进行纵向运动的顶升件322。
56.并且，第二壳体310与第一壳体210可拆卸连接。
57.具体地，磁分离机构330包括托架331、电磁棒332、第一齿轮 333、第二齿轮334、传动轴335、第一锥齿轮336、第二锥齿轮337 和第二驱动电机338，托架331设于顶升板3223上，托架331上至少设有一圈径向布置的电磁棒332，托架331的表面套设有第一齿轮 333，第一齿轮333与第二齿轮334啮合，第二齿轮334的轴心键连接有传动轴335，且，传动轴335的另一端贯穿顶升板3223，传动轴 335位于顶升板3223下方的端部键连接有第一锥齿轮336，第一锥齿轮336与第二锥齿轮337啮合，顶升板3223位于第二锥齿轮337的一侧安装有第二驱动电机338，第二驱动电机338的输出端与第二锥齿轮337的轴心键连接。
58.其中，参照附图5和8所示，每根电磁棒332相对于微孔管221 的一侧为永磁区3321；如此设置，在电磁棒332通电被托架331带动进行圆周运动时，电磁棒332不会对另一侧微孔管221造成干扰。
59.此外，托架331与顶升板3223为转动连接；其转动连接可以是滚珠、滚轮或导轨与滑块的配合等方式，从而来减少摩擦力。
60.该实施例中，第二驱动电机338通电带动第二锥齿轮337旋转，在第二锥齿轮337动能传递的作用下，第一锥齿轮336通过传动轴 335带动第二齿轮334旋转，与此同时，第一齿轮333带动托架331 旋转可使电磁棒332绕微孔管221旋转，在持续的转动下，磁性颗粒在微孔管221形成波形的运动轨迹，使得溶液中的磁性颗粒携带结合的目标物质被吸附到侧壁即可实现侧壁团聚。
61.具体地，升降驱动件321包括底板3211、第一驱动电机3212、蜗杆3213、连接耳3214、涡轮3215、同步轴3216、轴承座3217和连杆3218，底板3211呈“h”状结构，底板3211架设于第二壳体310 内，第二驱动电机338位于第二壳体310的突出部，第一驱动电机 3212的
输出端键连接蜗杆3213的一端，且，另一端贯穿底板3211，连接耳3214具有两个并沿涡轮3215的轴心对称分布，两个连接耳3214上均设有涡轮3215，两个连接耳3214的两侧均设有轴承座3217，两个轴承座3217和连接耳3214通过同步轴3216连接，并将涡轮 3215与同步轴3216键连接，同步轴3216的两端均固定连接有“y”字形的连杆3218。
62.可以知道的是，连杆3218与顶升杆3222连接处为u形槽，因此形成y”字形的连杆3218，在连杆3218纵向运动的过程中，顶升杆3222在u形槽内可自由地滑动。
63.由此，该实施例中，第一驱动电机3212通电可带动蜗杆3213旋转，使涡轮3215旋转带动同步轴3216旋转，并使连杆3218沿顶升板3223方向做翻转运动。
64.参照附图6～7和9所示，顶升件322包括两两对称分布于底板 3211上的矩形框3221、可自由地在矩形框3221内滑动的顶升杆3222 以及与顶升杆3222上端部固定的顶升板3223，顶升杆3222的下端部与连杆3218连接。矩形框3221和顶升杆3222可组合成一个回字形机构。
65.并且，矩形框3221上开设有可供连杆3218穿过的移动孔3222a。在连杆3218沿顶升板3223方向做翻转运动的过程中，连杆3218可在移动孔3222a纵向移动。
66.参照附图2和10～11所示，振荡装置400设于第一容纳腔121 内，并与磁分离装置300连接，其中，振荡装置400包括与第二壳体 310固定连接的振荡盘410、设于振荡盘410下方的底座420、分布于振荡盘410两侧的限位机构430、使振荡盘410往复运动的偏心机构440以及与固定在第一容纳腔121两侧壁的固定杆434，底座420 与第一容纳腔121的底部固定连接，限位机构430与固定块连接。
67.具体地，限位机构430包括套筒431、拉杆432、压力弹簧433、固定杆434和挂钩435，拉杆432呈“t”字形设置，拉杆432的一端与振荡盘410铰接、另一端呈共轴插接于套筒431内，拉杆432的表面套设有压力弹簧433，压力弹簧433的一端与套筒431抵接，套筒431远离振荡盘410的一侧固定连接有固定杆434，固定杆434远离套筒431的一端固定连接有挂钩435，且，挂钩435钩设于固定块上。
68.该实施例中，无论振荡盘410向顺时针还是逆时针的半旋转运动，振荡盘410均可通过拉杆432使压力弹簧433产生形变。
69.具体地，偏心机构440包括形成“t”字形的往复杆441、固定于往复杆441两端的安装套442以及设于每个安装套442上、下两侧的偏心轮443，且，每个安装套442内均设有一双头电机422a，双头电机422a的两个输出端均与两个偏心轮443键连接，两个偏心轮443 沿振荡盘410的轴心呈对称设置，往复杆441的一端贯穿底座420和振荡盘410，且，往复杆441与底座420通过轴承连接，往复杆441 的端部与振荡盘410固定连接。
70.该实施例中，双头电机422a通电带动偏心轮443旋转，并通过限位机构430的作用下，振荡盘410能够往复做半旋转运动，即可带动第一壳体210和第二壳体310整体震动。
71.实施例二
72.参照附图12所示，本发明实施例另提供的一种用于流式前样本处理仪的振荡磁分离方法，包括以下步骤：
73.s1，放置生物样本：开启顶盖132并将盛有生物样本和特异结合的磁性颗粒溶液的微孔管221放入微孔托盘220中；
74.s2，第一次振荡混匀：将双头电机422a通电带动偏心轮443旋转，并通过限位机构
430的作用下，振荡盘410能够往复做半旋转运动，即可带动第一壳体210和第二壳体310整体震动，可使微孔管 221中的生物样本和特异结合的磁性颗粒溶液充分混合；
75.s3，电磁棒升起：第一驱动电机3212通电带动蜗杆3213旋转，使涡轮3215旋转带动同步轴3216旋转，并使连杆3218沿顶升板3223方向做翻转运动，可使顶升杆3222带动顶升板3223沿微孔托盘220升起，电磁棒332也插入微孔管221的间隙中；
76.s4，电磁棒旋转：第二驱动电机338通电带动第二锥齿轮337旋转，在第二锥齿轮337动能传递的作用下，第一锥齿轮336通过传动轴335带动第二齿轮334旋转，与此同时，第一齿轮333带动托架 331旋转可使电磁棒332绕微孔管221旋转，在持续的转动下，磁性颗粒在微孔管221形成波形的运动轨迹，使得溶液中的磁性颗粒携带结合的目标物质被吸附到侧壁即可实现侧壁团聚，完成目标物质与非目标物质磁分离后通过升降机构320将托架331降下；
77.s5，生物样本清理：剩余液体可用移液器等方式吸走即可完成生物样本处理。
78.需要说明的是，第一驱动电机3212、第二驱动电机338和双头电机422a的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
79.第一驱动电机3212、第二驱动电机338和双头电机422a的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
80.以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。