一种基于磁与超声的顺磁粒子操控装置

本发明涉及微流控，特别是涉及一种基于磁性颗粒的磁声一体的毛细管微流免疫操控单元，通过磁控模块和超声模块的调控，实现针对复杂混合物中的磁性颗粒的操控，通过吸附和脱附两个步骤，完成冲洗提纯操作，且作为一个单一的处理单元，有着极高的环境适应性和可重复性。

背景技术：

1、微流控技术指的是使用微管道处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术，它在有机合成、微反应器、化学分析和生物医学等等领域发挥着重要的作用。特别是在生物医学及检测分析领域，微流控技术凭借其独特优势越来越受到关注和重视。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于磁与超声的顺磁粒子操控装置，通过控制磁场以及超声作用，可实现对顺磁粒子的高效操控。当磁场存在时，粒子吸附，可进行冲洗；磁场撤离后，粒子释放，可进入下一工作阶段。为了使得顺磁粒子脱附完全，本发明在磁场撤离后可进行超声处理。

2、为实现以上功能，本发明设计了如图所示的结构单元。此结构主要有三层，上层为磁控模块，负责磁场的开关控制；中层为毛细管，可提供顺磁粒子的反应环境以及超声的传导环境；下层为超声模块，用于加快磁性颗粒的脱附过程以及提高粒子与待测物结合效率。装置整体高度一体化，将磁控、超声等功能集于一体，并在流式毛细管动态环境下完成提纯工作。

3、所述的顺磁粒子直径是在纳米级或微米级；顺磁粒子含有顺磁性材料，有铁、钴、镍中的一种或几种。

4、所述的顺磁粒子其表面进行特异性修饰，可与待测物如核酸、蛋白、细胞等形成特异性结合。

5、所述顺磁粒子表面的待检测目标物的结合剂，其结合力为物理吸附、共价化学偶合、非共价化学键合中的一种或几种。

6、所述的磁与超声的顺磁粒子操控装置有磁控模块、毛细管和超声模块构成，所述磁控模块设置于所述毛细管上侧，所述超声模块设置于所述毛细管下侧；或所述磁控模块设置于所述毛细管下侧，所述超声模块设置于所述毛细管上侧。

7、所述的磁控模块是电磁铁或永磁铁，磁控模块是永磁铁时，所述磁控模块通过机械移动的方式调节毛细管内的磁场；磁控模块是电磁铁时，所述电磁铁通过所述操控电路控制其开启或关闭，或通过机械移动的方式调节毛细管内的磁场。

8、所述的磁控模块是电磁铁时，包括电磁铁、开关电路和电源，通过导线相连。通过开关控制电磁铁的工作；或包括电磁铁、步进电机、单片机和电源，通过导线相连，通过单片机来控制步进电机的一维方向的位移可实现磁场的机械控制。

9、所述的磁控模块是永磁铁时，包括钕铁硼永磁铁、步进电机、单片机和电源，通过导线相连，通过单片机来控制步进电机的一维方向的位移可实现磁场的机械控制。

10、所述的毛细管中的毛细管是特氟龙管、硅胶管或四氟管等软管或玻璃管等其他材料构成。

11、所述的毛细管通过z字形、螺旋形，或z字形与螺旋形的组合，布局在一个水平平面上。

12、所述的毛细管的定型方式是用亚克力板进行雕刻或3d打印出定型结构，或是直接粘连在平板上。

13、所述的毛细管固定于超声模块的顶部，浸于水中，且上部与磁控模块紧密贴合。

14、所述的超声模块由超声振子和水槽构成，超声振子通过螺母与水槽固定。

15、所述的超声振子选用频率在40-60khz，功率在60w的规格，在高频模式下的超声振子对被清洗表面几乎无损伤，适合在此环境下的顺磁粒子的脱附及粒子与待测物的结合。

16、使用本发明所提供的装置时，按以下步骤操作：

17、（1）将含有待检测样品和表面包被有待检测目标物结合剂的顺磁性粒子的液体，从毛细管的液体输入口注入；

18、（2）开启磁控模块，使毛细管内处于有磁场状态，停留一段时间，使顺磁性粒子附着在毛细管管壁内侧；

19、（3）在毛细管的液体输入口注入冲洗液，将杂质冲洗走；

20、（4）关闭磁控模块，使毛细管内处于无磁场状态，开启超声模块，使顺磁性粒子脱离毛细管管壁内侧；

21、（5）根据实际需要，重复（2）、（3）、（4）步骤若干次；

22、（6）在毛细管的液体输入口注入洗脱液，将顺磁性粒子冲到毛细管输出口，下游对顺磁性粒子进行收集，并借助检测设备对检测目标物进行检测。

23、发明的有益效果

24、1. 本发明实现了在全封闭条件下，对含杂混合物中的待测目标物的冲洗提纯，减少了外界及人为操作可能带来的污染。

25、2. 本发明通过上层的磁控模块实现对于待测目标的控制，完成冲洗提纯过程，简单快捷，极大的减少了操作的复杂程度。

26、3. 本发明通过下层的超声模块实现对于待测复合物的脱附处理，避免待测物于管道内表面附着的过于紧密而无法脱离，从而减少了实验的误差。

27、4. 本发明通过外部通断电来控制磁场和超声，控制流程简单，易于该单元的集成自动化。且体积较小，连接简单，易重复。该磁控单元功能多样，整体操作简单，可以极大地节省冲洗提纯的时间。

技术特征：

1.一种基于磁与超声的顺磁粒子操控装置，其特征在于，包括毛细管、磁控模块、超声模块、操控电路，操控对象为分布在液体中的顺磁粒子，所述毛细管两端分别为液体输入口、液体输出口，所述磁控模块通过机械移动的方式或电路控制的方式调节毛细管内的磁场，所述超声模块受所述操控电路控制其开启或关闭，所述磁控模块设置于所述毛细管上侧，所述超声模块设置于所述毛细管下侧；或所述磁控模块设置于所述毛细管下侧，所述超声模块设置于所述毛细管上侧。

2.根据权利要求1所述基于磁与超声的顺磁粒子操控装置，其特征在于，所述磁控模块是永磁铁或电磁铁，磁控模块是永磁铁时，所述磁控模块通过机械移动的方式调节毛细管内的磁场；磁控模块是电磁铁时，所述电磁铁通过所述操控电路控制其开启或关闭，或通过机械移动的方式调节毛细管内的磁场。

3.根据权利要求1所述基于磁与超声的顺磁粒子操控装置，其特征在于，所述毛细管通过z字形、螺旋形，或z字形与螺旋形的组合，布局在一个水平平面上。

4.根据权利要求1所述基于磁与超声的顺磁粒子操控装置，其特征在于，所述顺磁粒子含有顺磁性材料。

5.根据权利要求1所述基于磁与超声的顺磁粒子操控装置，其特征在于，所述顺磁粒子含有铁、钴、镍中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述基于磁与超声的顺磁粒子操控装置，其特征在于，所述顺磁粒子表面包被有待检测目标物的结合剂。

7.根据权利要求6所述基于磁与超声的顺磁粒子操控装置，其特征在于，包被于所述顺磁粒子表面的待检测目标物的结合剂，其结合力为物理吸附、共价化学偶合、非共价化学键合中的一种或几种。

8.根据权利要求6所述基于磁与超声的顺磁粒子操控装置，其特征在于，所述顺磁粒子表面包被有核酸吸附剂或蛋白质吸附剂。

9.根据权利要求8所述基于磁与超声的顺磁粒子操控装置，其特征在于，所述顺磁粒子表面包被的核酸吸附剂为羟化硅。

10.根据权利要求8所述基于磁与超声的顺磁粒子操控装置，其特征在于，所述顺磁粒子表面包被有针对待检测目标抗原的抗体。

11.根据权利要求1至10中任一项所述基于磁与超声的顺磁粒子操控装置的使用方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明提出了一种基于磁与超声的顺磁粒子操控装置，包括磁控模块、超声模块、毛细管、操控电路，操控对象为分布在液体中的顺磁粒子。所述毛细管两端分别为液体输入口、液体输出口。磁控模块通过机械移动的方式或电路控制的方式调节毛细管内的磁场，超声模块受所述操控电路控制其开启或关闭。两者结合即可实现对粒子的有效操控。操控过程在毛细管的流式环境下进行，操作简单，快速高效，磁控和超声的方式避免了与待测液的直接接触，减少了污染，且作为一个独立的工作单元，受外界影响小。

技术研发人员：王光辉,朱毅凡,彭子芊,刘晓娴,张畅斌,张雯
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11