一種磁珠純化分選系統的結構與原理

陳 毅

(上海銘源數康生物芯片有限公司，上海201403)

0 引言

免疫磁珠(簡稱磁珠)，是近年來發展起來的一項新的免疫學技術，它將固化試劑特有的優點與免疫學反應的高度特異性結合于一體，以免疫學為基礎，滲透到病理、生理、藥理、微生物、生化以及分子遺傳學等各個領域，其在免疫檢測、細胞分離、生物大分子純化和分子生物學等方面得到了越來越廣泛的應用。

隨著免疫磁珠技術在各領域的廣泛應用，相應的磁珠純化分選類實驗設備也應運而生。但國內市場上的實驗設備大都通量低或工作體積范圍小，無法滿足一些工作量大和復雜性強的實驗要求。而國外的設備雖然性能上達到了要求，但設備本身的價格成本又太高，在科研經費有限的前提下這是一個兩難的問題。因此，需要一種通量高、工作體積范圍大的磁珠純化設備在國內問世，滿足國內市場的需求。

1 工作原理

運用核-殼的合成方法合成含有四氧化三鐵超順磁性的高分子覆蓋物質，利用表面的功能基團進行抗體的耦聯，可結合相應的抗原，并且在外界磁場的吸引下可做定向移動，從而達到分離、檢測、純化的目的。

從天線端阻抗幅值與耦合系數k的關系曲線圖可以看出,當0≤k≤0.7時,天線端阻抗Zi的幅值隨耦合因數k的增大而減小,而當0.7≤k≤1時,天線端阻抗Zi的幅值隨耦合因數k的增大而增大。當LC諧振器與天線耦合時,耦合因數k在0≤k≤0.7的范圍內,且當LC諧振器與天線處于正對位置時,k值達到旋轉過程中最大值,所以Zi的幅值達到最小值,讀取天線端電壓幅值達到旋轉過程中最低值,故該轉速參數的測試方案具有可行性。

磁珠純化分選系統通過特制的磁棒吸附、轉移和釋放磁珠，從而實現磁珠/樣品的轉移，避免了液體處理過程，提高了自動化程度。此方法的工作過程如圖1所示，樣品、溶液和磁珠置于微孔板或管中，磁棒表面套有專門的磁套用于保護磁棒避免與樣品/溶液/磁珠直接接觸。磁棒的工作模式可以分為以下四種模式(以樣品管為例)：

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(1) 提取磁珠

(7)清洗。放有清洗液的試劑盒，通過轉盤的轉動移至Z軸的正下方。卡卸裝置和磁棒架一起往下移動，進行磁珠的釋放。而后磁套在清洗液中不停地攪拌，使未通過生化結合而黏在磁珠上的雜質脫離磁珠。其間，攪拌的速度和時間可根據實際需求而設定。攪拌完成后，再提取磁珠，這樣就完成了一次的清洗。清洗可進行多次，具體的次數可根據實際需求和轉盤上可用的孔位而定，一般為1-3次。

(2) 釋放磁珠

當完成磁珠的收集后，磁棒和磁套一起轉移到下一個指定的樣品管位置，準備釋放磁珠。在釋放過程中，磁棒保持靜止(高位)，而磁套下降進入樣品管(低位)，這使得磁套下沿的被吸附的磁珠脫離了磁棒的吸引，釋放進入樣品管。磁套繼續在溶液中上下運動，使磁珠在溶液中充分混勻。

(3) 清洗磁珠

磁珠清洗是磁珠提取純化中最為關鍵的一步。通過清洗，可以將那些與磁珠非特異性結合的雜質洗去，從而提高產物的純度。在清洗時，磁套下降進入溶液，而磁棒停留在上方，通過磁套的上下運動，使得磁珠在溶液中充分混勻。為了最大程度的實現清洗效果，可以選擇不同的混勻速度用于優化實驗結果。

(4) 洗脫磁珠

在Z軸上這樣的傳動組合共有兩套，兩個步進電機和兩組高精度同步帶和同步帶輪組合分別位于Z軸的上端和下端；兩個滾珠絲桿并列位于在Z軸的中部；兩個滑塊一上一下共用一副線性滑軌。隨著兩個步進電機的正反轉動，兩個滑塊可以分別上下移動或同步上下移動。

圖1 磁珠純化分選過程

2 系統結構

磁珠純化分選系統的內部結構如圖2和圖3所示，主要是由轉盤裝置、Z軸、磁棒架、卡卸裝置和加熱裝置五大部分組成。

(1) 轉盤裝置

轉盤裝置主要由步進電機、同步帶、同步帶輪、傳動軸、軸套、轉盤和旋轉編碼器等組成。步進電機通過兩組高精度同步帶和同步帶輪組合帶動傳動軸，再通過軸套帶動轉盤，從而實現轉盤的正反360°轉動。同時，旋轉編碼器通過一組高精度同步帶和同步帶輪組合與傳動軸連接，達到與轉盤同步轉動和實現轉盤精確定位的目的。

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整個磁珠純化分選系統主要通過轉盤裝置、Z軸、磁棒架、卡卸裝置和加熱裝置五大部分的聯合運作來實現磁珠的純化實驗。此磁珠純化分選系統的具體工作步驟如下(如圖4所示)：

子虛手指一輪，一枚黑子直射到棋盤上，正是“東五南九”的腹地，雖然是孤軍犯險，但跳出重圍，棄子爭先，也妙。

傳統的、老式的調速器不僅操作不靈活，并且存在著反應滯后的問題和現象，而隨著科學技術的發展，老式調速器在歷經了漫長的道路之后，將先進的數字化設計運用到了調速器中，這項技術的廣泛應用使得我國水電站的水平得到了大幅度的提升。并且在這項技術中，調速器可以和計算機系統進行連接使用，通過遠程的操作就能夠對發電機進行控制，真正實現了智能化的發展。總之，提高調速器在水輪發電機中的調節作用，能夠更加完善的保障水電站的供電質量。

① 24深孔試劑盒，試劑盒上共有24個樣品孔，每個樣品孔的工作體積為200-5000μL。

② 96深孔試劑盒，試劑盒上共有96個樣品孔，每個樣品孔的工作體積為50-1000μL。

在資本主義生產方式下，勞動力之所以成為一種特殊的商品是因為勞動力的使用價值和價值之間的量上差異。資本家用工人單位時間內生產的勞動產品作為勞動力的使用價值，而把維持勞動力一天的精力和體力消耗所需的社會必要勞動量看作勞動力的價值。在資本主義社會，這種量上的差異無論對資本家還是對工人來說，都并不意味著不公平。馬克思的勞動概念在一定意義上讓這種量上的差異彰顯為一種社會上的勞動不平等，在這種不平等的勞動關系之中，工人處于資本主義生產方式之下的強制的、受剝削的、不夠自由的勞動中。但在資本主義社會中，商品生產領域不夠自由和公正的勞動事實，被商品流通領域自由平等交換的表象所掩蓋。

③ 96 孔試劑盒，試劑盒上共有96個樣品孔，每個樣品孔的工作體積為20-200μL。

(2) Z軸

Z軸主要由步進電機、同步帶、同步帶輪、滾珠絲桿、螺母固定塊、線性滑軌和滑塊等組成。步進電機通過一組高精度同步帶和同步帶輪組合帶動滾珠絲桿轉動，絲桿上的螺母通過螺母固定塊帶動滑塊進行上下運動。同時，滑塊通過與一副線性滑軌的連接實現精確導向。

經過清洗緩沖液處理的磁珠，通過磁棒轉移至盛有洗脫液的樣品管位置，進行洗脫，其過程與釋放磁珠類似。在洗脫過程中可以選擇進行動能洗脫或孵育。通常在洗脫時，采用最小的洗脫體積，就可以將樣品濃縮，從而提高產物的濃度。

加熱裝置主要由步進電機、同步帶、同步帶輪、螺桿、螺母、螺母安裝塊、滑塊、線性滑軌、支撐塊、托板、銷軸、壓簧、導熱塊、加熱器件、壓條、散熱片、熱塊等組成。步進電機通過一組高精度同步帶和同步帶輪組合帶動螺桿轉動；螺桿上的螺母和螺母安裝塊連接，螺母安裝塊和滑塊鏈接，同時滑塊和一副線性滑軌連接實現精確導向；滑塊上還連接兩個支撐塊，支撐塊的上方安裝了一塊托板，托板的四角附近的四個孔里裝有四根銷軸，銷軸的上端固定在導熱塊上，并且每根銷軸上套有一根壓簧以托起導熱塊和起緩沖作用；導熱塊的下方緊貼著加熱器件，并通過壓條壓緊，在壓條的下邊連有一散熱片；導熱塊的上方放置熱塊，通過導熱塊上的四個銷孔和熱塊上的四個銷的配合而起到精確定位。從而通過螺桿的轉動和零件之間的傳遞，實現熱塊上下直線運動。

(3) 磁棒架

磁棒架主要由磁棒安裝板、加強筋、壓緊螺釘和磁棒等組成。磁棒的安裝只要把磁棒上的定位銷卡入磁棒安裝板的槽內，并把上方的三個壓緊螺釘擰緊即可。磁棒的拆卸反之即可。

在磁棒架上可安裝的磁棒共有三種可供選擇，24深孔磁棒、96深孔磁棒和96孔磁棒，分別對應24深孔試劑盒、96深孔試劑盒和96孔試劑盒。

(4) 卡卸裝置

卡卸裝置主要由步進電機、聯軸器、螺桿、螺母塊、線性滑軌、銷軸、擺桿、左轉桿、右轉桿、固定架和小鉤等組成。步進電機通過聯軸器帶動螺桿轉動；與一根線性滑軌連接的螺母塊通過螺桿的轉動實現上下直線運動；固定在螺母塊上的一根銷軸連接一左一右兩套由擺桿組成的連桿機構的下端，左右連桿機構的上端分別固定了左轉桿和右轉桿，左右轉桿又分別插在固定架的孔內，當螺母塊上下運動時帶動左右連桿機構，連桿機構從而帶動左轉桿和右轉桿進行轉動，一根順時針轉和一根逆時針轉；在兩根轉桿上各裝有兩個小鉤，小鉤的彎曲方向都向內；當小鉤隨著轉桿向內轉動時，四個小鉤卡入磁套凸起的槽內，抓取磁套；當小鉤隨著轉桿向外轉動時，四個小鉤脫離磁套凸起的槽內，釋放磁套。

在卡卸裝置上可卡卸的磁套共有三種可供選擇，24深孔磁套、96深孔磁套和96孔磁套，分別對應24深孔磁棒和24深孔試劑盒、96深孔磁棒和96深孔試劑盒以及96孔磁棒和96孔試劑盒。

醫學生應深入調查并了解醫學畢業生的就業現狀和就業路徑，并進行調查，深入了解創新創業的個人價值和社會價值[6]，樹立醫學生創新意識和格局意識，轉變就業觀念，契合國家未來創新體系；各相關高等醫學院校應把創新創業融入醫學專業教育，成為終身教育；社會媒體的大力宣傳，營造全社會支持醫學生創新創業的氛圍，醫學生應從中提高認識，抓住機遇，用所學知識為我國的醫療衛生事業做出貢獻[3]。

(5) 加熱裝置

40年彈指一揮間，云南鐵路從米軌到準軌、再到高鐵，從綠皮車到空調車，再到高鐵動車，一路奔跑進入新時代。

在加熱裝置上可裝卸的熱塊共有三種可供選擇，24深孔熱塊、96深孔熱塊和96孔熱塊，分別對應24深孔磁棒、24深孔磁套和24深孔試劑盒，96深孔磁棒、96深孔磁套和96深孔試劑盒，以及96孔磁棒、96孔磁套和96孔試劑盒。

圖2 磁珠純化分選系統的結構示意圖

圖3 磁珠純化分選系統的俯視圖

3 工作方式

在轉盤上有八個放置試劑盒的方形孔位。根據具體實驗的需求，在轉盤上可分別放置1-8個試劑盒。不同孔位上的試劑盒中可分別放置磁珠溶液、待處理樣品、清洗液(可多分)、洗脫液等試劑。同時，試劑盒共有三種規格可供選擇：

(1)選定配件。根據具體實驗的需求，先在24深孔試劑盒、96深孔試劑盒和96孔試劑盒中選擇合適的試劑盒，再根據已選定的試劑盒來選用配套的磁套、磁棒和熱塊。

(2)安裝磁棒和熱塊。把選定的磁棒上三個定位銷同時卡入磁棒架上磁棒安裝板的三個槽內，并推到底，而后把上方的三個壓緊螺釘擰緊即可。安裝熱塊時，先使加熱裝置上的導熱塊升起，再把選定的熱塊上的四個銷對準導熱塊上的四個銷孔，最后把熱塊壓下，使熱塊的下表面與導熱塊的上表面貼合即可。

交通肇事罪的構成條件之一就是違反道路交通運輸法律法規。刑法中關于違反道路交通運輸法律法規是指：“違反《中華人民共和國道路交通安全法》、《中華人民共和國海上交通安全法》、《中華人民共和國內河交通安全管理條例》等交通運輸管理法律法規。”[24](P188)目前駕駛汽車所遵循的道路交通運輸法律法規有不同層級立法主體制定的，如全國人大常委會制定的《道路交通安全法》、《公路法》；國務院制定的《道路交通管理條例》、《道路運輸條例》；公安部制定的《高速公路交通管理辦法》等。

將式(16)代入到式(12)-(14)計算出τk、Ti(τk)和φk，周跳的值ΔN則可以由包含周跳的觀測量φ′k與經過Chebyshev多項式擬合的數據φk做差后取整得出：

(3)安放試劑盒。先要在轉盤裝置上轉盤的孔位中放置事先準備好的試劑盒，放置時通常依次為磁套試劑盒(試劑盒中放有磁套)、磁珠溶液試劑盒、待處理樣品試劑盒、清洗液試劑盒(可多個，但不可超出轉盤上實際預留的孔位數量)以及洗脫液試劑盒。在放置過程中，當前孔位試劑盒放置完成后，轉盤轉動把下一個緊挨著的孔位移至實驗人員的身前，隨后放置下一個試劑盒，依此類推。

陜西省寶雞市鳳翔縣教育體育局基礎教育負責人趙永鋒說，長久以來，西部地區與東部沿海等發達地區之間的教育水平存在較大差距，特別在英語教學方面，資源不夠豐富，這個項目實施以后，對學生接受新的知識、新的思想、新的學習方法都是很有裨益的。

(4)抓取磁套。試劑盒放置完畢后，放有磁套的試劑盒，通過轉盤的轉動移至Z軸的正下方。然后安裝在Z軸的下方滑塊上的卡卸裝置往下移動至磁套試劑盒的上方(幾乎緊貼)。通過卡卸裝置上步進電機的轉動和傳遞后，卡卸裝置上的四個小鉤向內翻轉，卡入磁套上四個凸起的槽內。當磁套的上平面與卡卸裝置上固定架的下平面貼合后，小鉤停止轉動，卡卸裝置和抓取的磁套一起往上移動，即完成了磁套的抓取。

(9)還原磁珠。原先放有磁珠溶液的試劑盒，通過轉盤的轉動重新移至Z軸的正下方。然后把提取后的磁珠重新放入原溶液中，即回收磁珠。

(6)處理樣品。放有待處理樣品的試劑盒，通過轉盤的轉動移至Z軸的正下方。卡卸裝置和磁棒架一起往下移動，當磁套的尖端浸入待處理樣品一半的位置后停住。而后磁棒架往上移動至Z軸的頂部復位，即使磁棒脫離磁套。隨后磁套在待處理樣品中上下攪拌，使磁珠脫離磁套的底部并在待處理樣品中混勻，即完成了磁珠的釋放。在磁套開始攪拌的同時，加熱裝置也開始工作。通過加熱裝置上步進電機的轉動和傳遞，熱塊上升至與試劑盒的底部貼合，并加熱器件開始加溫進行恒溫孵育(孵育的溫度和時間可設)。孵育結束后，加熱器件停止工作，熱塊下降復位。同時，磁套停止攪拌，并上升至上方的磁棒插入磁套底部。隨后磁棒和磁套一起向下提取磁珠。

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在磁珠收集過程中，磁棒完全插入磁套，與磁棒一起在樣品管中上下運動，混勻的磁珠被磁棒透過磁套吸附在磁套的下沿。完成收集的磁棒和磁套一起升起，等待轉移至下一個位置。

(8)洗脫。放有洗脫液的試劑盒，通過轉盤的轉動移至Z軸的正下方。隨后進行磁珠的釋放、攪拌和提取，具體過程與清洗基本一致。洗脫的目的是使與磁珠生化結合的目標物，通過洗脫液脫離磁珠并留在試劑盒內。

(5)提取磁珠。放有磁珠溶液的試劑盒，通過轉盤的轉動移至Z軸的正下方。卡卸裝置連同磁套一起往下移動，磁套伸入到試劑盒內，磁套的尖端距離試劑盒底部1(±0.2)mm處停住。而后卡卸裝置連同磁套一起往上移動，到磁套的尖端即將脫離液面時停住。然后卡卸裝置連同磁套再一起往下移動，如此往復，對磁珠溶液進行攪拌，使磁珠在溶液中充分混勻(防止沉淀)。其間，攪拌的速度和時間可根據實際需求而設定。磁珠溶液混勻后，卡卸裝置連同磁套一起往上移動至上方磁棒架上的磁棒插入磁套的底部后停住。隨后，卡卸裝置和磁棒架，即磁棒和磁套一起往下移動(保證速度同步)。當磁套的尖端入液面前，向下移動的速度變為緩慢且勻速(速度可設)。等磁套的尖端距離試劑盒底部1(±0.2)mm處停住，并保持一段時間，通過磁棒磁場的吸引使磁珠吸附在磁套的底部。最后卡卸裝置和磁棒架再緩慢上升，脫離液面后上升至Z軸頂部復位。磁珠提取完成。

(10)還原磁套。原先放有磁套的試劑盒，通過轉盤的轉動重新移至Z軸的正下方。卡卸裝置向下移動至試劑盒上方，原先抓取磁套的位置。而后四個小鉤向外翻轉，脫離磁套上四個凸起處的槽，釋放磁套到試劑盒內。隨后，卡卸裝置上升復位。

最后，洗脫液的試劑盒(含有收集的目標物)轉到實驗人員的身前。磁珠純化分選系統的整個處理過程就此完成。

圖4 磁珠純化分選系統的工作步驟

4 系統參數

工作體積：20-5000μL(20-200μL，50-1000μL，200-5000μL)；

處理通量：24個樣品、96個樣品(每次運行)；

試劑盒類型： 24深孔板(200-5000μL)、96深孔板(50-1000μL)、96孔板(20-200μL)；

磁棒：24深孔磁棒、96深孔磁棒、96孔磁棒；

混合臂高空作業車工作斗模糊PID調平控制系統原理圖如圖7。調平控制系統在運行中，不斷檢測e和ec，根據模糊控制原理對3個參數在線修改以滿足不同e和ec時對控制參數的要求，從而使得混合臂高空作業車工作斗在滿足該調平控制系統要求的精度下平穩，快速的調平。

磁套：24深孔磁套、96深孔磁套、96孔磁套；

熱塊：24深孔熱塊、96深孔熱塊、96孔熱塊；

磁珠大小：>1μm

處理步數：1-6步

孵育：溫度可設，溫度準確性±0.5℃；時間可設，時間準確性±1s；

攪拌：速度可設、時間可設。

5 結論

磁珠純化分選系統適用于分離DNA/RNA、蛋白、細胞和病毒等的全自動提取以及富集，專為解決客戶現在和未來的所有純化問題而設計。可以在臨床和生物醫學研究、藥物基因組學、法醫學、生物標志物的發現、獸醫診斷、食品和飲料的質量檢測、蛋白質組學研究等領域廣泛應用。基于磁珠提取分離技術，本系統可以從各種來源的樣品，如全血、細胞培養液、組織裂解液、土壤或排泄物中純化目標產物。通過純化、清洗、洗脫、還原等步驟來實現靶分子(核酸、蛋白或細胞等)的吸附、雜物的去除、靶分子的釋放、磁珠的回收等功能。因此，在科研方面有重大的使用價值，值得大力推廣和應用。

[參考文獻]

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[4]Jukka Tuunanen. Method and means for magnetic particle specific binding assay.US, Patent No.: ?6447729, September 10, 2002

[5]上海銘源數康生物芯片有限公司，一種用于抓取和釋放磁套的裝置：中國，專利號：201110028085，公開日：2011.09.07