一种磁珠纯化分选系统的结构与原理

陈 毅

(上海铭源数康生物芯片有限公司，上海201403)

0 引言

免疫磁珠(简称磁珠)，是近年来发展起来的一项新的免疫学技术，它将固化试剂特有的优点与免疫学反应的高度特异性结合于一体，以免疫学为基础，渗透到病理、生理、药理、微生物、生化以及分子遗传学等各个领域，其在免疫检测、细胞分离、生物大分子纯化和分子生物学等方面得到了越来越广泛的应用。

随着免疫磁珠技术在各领域的广泛应用，相应的磁珠纯化分选类实验设备也应运而生。但国内市场上的实验设备大都通量低或工作体积范围小，无法满足一些工作量大和复杂性强的实验要求。而国外的设备虽然性能上达到了要求，但设备本身的价格成本又太高，在科研经费有限的前提下这是一个两难的问题。因此，需要一种通量高、工作体积范围大的磁珠纯化设备在国内问世，满足国内市场的需求。

1 工作原理

运用核-壳的合成方法合成含有四氧化三铁超顺磁性的高分子覆盖物质，利用表面的功能基团进行抗体的耦联，可结合相应的抗原，并且在外界磁场的吸引下可做定向移动，从而达到分离、检测、纯化的目的。

从天线端阻抗幅值与耦合系数k的关系曲线图可以看出,当0≤k≤0.7时,天线端阻抗Zi的幅值随耦合因数k的增大而减小,而当0.7≤k≤1时,天线端阻抗Zi的幅值随耦合因数k的增大而增大。当LC谐振器与天线耦合时,耦合因数k在0≤k≤0.7的范围内,且当LC谐振器与天线处于正对位置时,k值达到旋转过程中最大值,所以Zi的幅值达到最小值,读取天线端电压幅值达到旋转过程中最低值,故该转速参数的测试方案具有可行性。

磁珠纯化分选系统通过特制的磁棒吸附、转移和释放磁珠，从而实现磁珠/样品的转移，避免了液体处理过程，提高了自动化程度。此方法的工作过程如图1所示，样品、溶液和磁珠置于微孔板或管中，磁棒表面套有专门的磁套用于保护磁棒避免与样品/溶液/磁珠直接接触。磁棒的工作模式可以分为以下四种模式(以样品管为例)：

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(1) 提取磁珠

(7)清洗。放有清洗液的试剂盒，通过转盘的转动移至Z轴的正下方。卡卸装置和磁棒架一起往下移动，进行磁珠的释放。而后磁套在清洗液中不停地搅拌，使未通过生化结合而黏在磁珠上的杂质脱离磁珠。其间，搅拌的速度和时间可根据实际需求而设定。搅拌完成后，再提取磁珠，这样就完成了一次的清洗。清洗可进行多次，具体的次数可根据实际需求和转盘上可用的孔位而定，一般为1-3次。

(2) 释放磁珠

当完成磁珠的收集后，磁棒和磁套一起转移到下一个指定的样品管位置，准备释放磁珠。在释放过程中，磁棒保持静止(高位)，而磁套下降进入样品管(低位)，这使得磁套下沿的被吸附的磁珠脱离了磁棒的吸引，释放进入样品管。磁套继续在溶液中上下运动，使磁珠在溶液中充分混匀。

(3) 清洗磁珠

磁珠清洗是磁珠提取纯化中最为关键的一步。通过清洗，可以将那些与磁珠非特异性结合的杂质洗去，从而提高产物的纯度。在清洗时，磁套下降进入溶液，而磁棒停留在上方，通过磁套的上下运动，使得磁珠在溶液中充分混匀。为了最大程度的实现清洗效果，可以选择不同的混匀速度用于优化实验结果。

(4) 洗脱磁珠

在Z轴上这样的传动组合共有两套，两个步进电机和两组高精度同步带和同步带轮组合分别位于Z轴的上端和下端；两个滚珠丝杆并列位于在Z轴的中部；两个滑块一上一下共用一副线性滑轨。随着两个步进电机的正反转动，两个滑块可以分别上下移动或同步上下移动。

图1 磁珠纯化分选过程

2 系统结构

磁珠纯化分选系统的内部结构如图2和图3所示，主要是由转盘装置、Z轴、磁棒架、卡卸装置和加热装置五大部分组成。

(1) 转盘装置

转盘装置主要由步进电机、同步带、同步带轮、传动轴、轴套、转盘和旋转编码器等组成。步进电机通过两组高精度同步带和同步带轮组合带动传动轴，再通过轴套带动转盘，从而实现转盘的正反360°转动。同时，旋转编码器通过一组高精度同步带和同步带轮组合与传动轴连接，达到与转盘同步转动和实现转盘精确定位的目的。

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整个磁珠纯化分选系统主要通过转盘装置、Z轴、磁棒架、卡卸装置和加热装置五大部分的联合运作来实现磁珠的纯化实验。此磁珠纯化分选系统的具体工作步骤如下(如图4所示)：

子虚手指一轮，一枚黑子直射到棋盘上，正是“东五南九”的腹地，虽然是孤军犯险，但跳出重围，弃子争先，也妙。

传统的、老式的调速器不仅操作不灵活，并且存在着反应滞后的问题和现象，而随着科学技术的发展，老式调速器在历经了漫长的道路之后，将先进的数字化设计运用到了调速器中，这项技术的广泛应用使得我国水电站的水平得到了大幅度的提升。并且在这项技术中，调速器可以和计算机系统进行连接使用，通过远程的操作就能够对发电机进行控制，真正实现了智能化的发展。总之，提高调速器在水轮发电机中的调节作用，能够更加完善的保障水电站的供电质量。

① 24深孔试剂盒，试剂盒上共有24个样品孔，每个样品孔的工作体积为200-5000μL。

② 96深孔试剂盒，试剂盒上共有96个样品孔，每个样品孔的工作体积为50-1000μL。

在资本主义生产方式下，劳动力之所以成为一种特殊的商品是因为劳动力的使用价值和价值之间的量上差异。资本家用工人单位时间内生产的劳动产品作为劳动力的使用价值，而把维持劳动力一天的精力和体力消耗所需的社会必要劳动量看作劳动力的价值。在资本主义社会，这种量上的差异无论对资本家还是对工人来说，都并不意味着不公平。马克思的劳动概念在一定意义上让这种量上的差异彰显为一种社会上的劳动不平等，在这种不平等的劳动关系之中，工人处于资本主义生产方式之下的强制的、受剥削的、不够自由的劳动中。但在资本主义社会中，商品生产领域不够自由和公正的劳动事实，被商品流通领域自由平等交换的表象所掩盖。

③ 96 孔试剂盒，试剂盒上共有96个样品孔，每个样品孔的工作体积为20-200μL。

(2) Z轴

Z轴主要由步进电机、同步带、同步带轮、滚珠丝杆、螺母固定块、线性滑轨和滑块等组成。步进电机通过一组高精度同步带和同步带轮组合带动滚珠丝杆转动，丝杆上的螺母通过螺母固定块带动滑块进行上下运动。同时，滑块通过与一副线性滑轨的连接实现精确导向。

经过清洗缓冲液处理的磁珠，通过磁棒转移至盛有洗脱液的样品管位置，进行洗脱，其过程与释放磁珠类似。在洗脱过程中可以选择进行动能洗脱或孵育。通常在洗脱时，采用最小的洗脱体积，就可以将样品浓缩，从而提高产物的浓度。

加热装置主要由步进电机、同步带、同步带轮、螺杆、螺母、螺母安装块、滑块、线性滑轨、支撑块、托板、销轴、压簧、导热块、加热器件、压条、散热片、热块等组成。步进电机通过一组高精度同步带和同步带轮组合带动螺杆转动；螺杆上的螺母和螺母安装块连接，螺母安装块和滑块链接，同时滑块和一副线性滑轨连接实现精确导向；滑块上还连接两个支撑块，支撑块的上方安装了一块托板，托板的四角附近的四个孔里装有四根销轴，销轴的上端固定在导热块上，并且每根销轴上套有一根压簧以托起导热块和起缓冲作用；导热块的下方紧贴着加热器件，并通过压条压紧，在压条的下边连有一散热片；导热块的上方放置热块，通过导热块上的四个销孔和热块上的四个销的配合而起到精确定位。从而通过螺杆的转动和零件之间的传递，实现热块上下直线运动。

(3) 磁棒架

磁棒架主要由磁棒安装板、加强筋、压紧螺钉和磁棒等组成。磁棒的安装只要把磁棒上的定位销卡入磁棒安装板的槽内，并把上方的三个压紧螺钉拧紧即可。磁棒的拆卸反之即可。

在磁棒架上可安装的磁棒共有三种可供选择，24深孔磁棒、96深孔磁棒和96孔磁棒，分别对应24深孔试剂盒、96深孔试剂盒和96孔试剂盒。

(4) 卡卸装置

卡卸装置主要由步进电机、联轴器、螺杆、螺母块、线性滑轨、销轴、摆杆、左转杆、右转杆、固定架和小钩等组成。步进电机通过联轴器带动螺杆转动；与一根线性滑轨连接的螺母块通过螺杆的转动实现上下直线运动；固定在螺母块上的一根销轴连接一左一右两套由摆杆组成的连杆机构的下端，左右连杆机构的上端分别固定了左转杆和右转杆，左右转杆又分别插在固定架的孔内，当螺母块上下运动时带动左右连杆机构，连杆机构从而带动左转杆和右转杆进行转动，一根顺时针转和一根逆时针转；在两根转杆上各装有两个小钩，小钩的弯曲方向都向内；当小钩随着转杆向内转动时，四个小钩卡入磁套凸起的槽内，抓取磁套；当小钩随着转杆向外转动时，四个小钩脱离磁套凸起的槽内，释放磁套。

在卡卸装置上可卡卸的磁套共有三种可供选择，24深孔磁套、96深孔磁套和96孔磁套，分别对应24深孔磁棒和24深孔试剂盒、96深孔磁棒和96深孔试剂盒以及96孔磁棒和96孔试剂盒。

医学生应深入调查并了解医学毕业生的就业现状和就业路径，并进行调查，深入了解创新创业的个人价值和社会价值[6]，树立医学生创新意识和格局意识，转变就业观念，契合国家未来创新体系；各相关高等医学院校应把创新创业融入医学专业教育，成为终身教育；社会媒体的大力宣传，营造全社会支持医学生创新创业的氛围，医学生应从中提高认识，抓住机遇，用所学知识为我国的医疗卫生事业做出贡献[3]。

(5) 加热装置

40年弹指一挥间，云南铁路从米轨到准轨、再到高铁，从绿皮车到空调车，再到高铁动车，一路奔跑进入新时代。

在加热装置上可装卸的热块共有三种可供选择，24深孔热块、96深孔热块和96孔热块，分别对应24深孔磁棒、24深孔磁套和24深孔试剂盒，96深孔磁棒、96深孔磁套和96深孔试剂盒，以及96孔磁棒、96孔磁套和96孔试剂盒。

图2 磁珠纯化分选系统的结构示意图

图3 磁珠纯化分选系统的俯视图

3 工作方式

在转盘上有八个放置试剂盒的方形孔位。根据具体实验的需求，在转盘上可分别放置1-8个试剂盒。不同孔位上的试剂盒中可分别放置磁珠溶液、待处理样品、清洗液(可多分)、洗脱液等试剂。同时，试剂盒共有三种规格可供选择：

(1)选定配件。根据具体实验的需求，先在24深孔试剂盒、96深孔试剂盒和96孔试剂盒中选择合适的试剂盒，再根据已选定的试剂盒来选用配套的磁套、磁棒和热块。

(2)安装磁棒和热块。把选定的磁棒上三个定位销同时卡入磁棒架上磁棒安装板的三个槽内，并推到底，而后把上方的三个压紧螺钉拧紧即可。安装热块时，先使加热装置上的导热块升起，再把选定的热块上的四个销对准导热块上的四个销孔，最后把热块压下，使热块的下表面与导热块的上表面贴合即可。

交通肇事罪的构成条件之一就是违反道路交通运输法律法规。刑法中关于违反道路交通运输法律法规是指：“违反《中华人民共和国道路交通安全法》、《中华人民共和国海上交通安全法》、《中华人民共和国内河交通安全管理条例》等交通运输管理法律法规。”[24](P188)目前驾驶汽车所遵循的道路交通运输法律法规有不同层级立法主体制定的，如全国人大常委会制定的《道路交通安全法》、《公路法》；国务院制定的《道路交通管理条例》、《道路运输条例》；公安部制定的《高速公路交通管理办法》等。

将式(16)代入到式(12)-(14)计算出τk、Ti(τk)和φk，周跳的值ΔN则可以由包含周跳的观测量φ′k与经过Chebyshev多项式拟合的数据φk做差后取整得出：

(3)安放试剂盒。先要在转盘装置上转盘的孔位中放置事先准备好的试剂盒，放置时通常依次为磁套试剂盒(试剂盒中放有磁套)、磁珠溶液试剂盒、待处理样品试剂盒、清洗液试剂盒(可多个，但不可超出转盘上实际预留的孔位数量)以及洗脱液试剂盒。在放置过程中，当前孔位试剂盒放置完成后，转盘转动把下一个紧挨着的孔位移至实验人员的身前，随后放置下一个试剂盒，依此类推。

陕西省宝鸡市凤翔县教育体育局基础教育负责人赵永锋说，长久以来，西部地区与东部沿海等发达地区之间的教育水平存在较大差距，特别在英语教学方面，资源不够丰富，这个项目实施以后，对学生接受新的知识、新的思想、新的学习方法都是很有裨益的。

(4)抓取磁套。试剂盒放置完毕后，放有磁套的试剂盒，通过转盘的转动移至Z轴的正下方。然后安装在Z轴的下方滑块上的卡卸装置往下移动至磁套试剂盒的上方(几乎紧贴)。通过卡卸装置上步进电机的转动和传递后，卡卸装置上的四个小钩向内翻转，卡入磁套上四个凸起的槽内。当磁套的上平面与卡卸装置上固定架的下平面贴合后，小钩停止转动，卡卸装置和抓取的磁套一起往上移动，即完成了磁套的抓取。

(9)还原磁珠。原先放有磁珠溶液的试剂盒，通过转盘的转动重新移至Z轴的正下方。然后把提取后的磁珠重新放入原溶液中，即回收磁珠。

(6)处理样品。放有待处理样品的试剂盒，通过转盘的转动移至Z轴的正下方。卡卸装置和磁棒架一起往下移动，当磁套的尖端浸入待处理样品一半的位置后停住。而后磁棒架往上移动至Z轴的顶部复位，即使磁棒脱离磁套。随后磁套在待处理样品中上下搅拌，使磁珠脱离磁套的底部并在待处理样品中混匀，即完成了磁珠的释放。在磁套开始搅拌的同时，加热装置也开始工作。通过加热装置上步进电机的转动和传递，热块上升至与试剂盒的底部贴合，并加热器件开始加温进行恒温孵育(孵育的温度和时间可设)。孵育结束后，加热器件停止工作，热块下降复位。同时，磁套停止搅拌，并上升至上方的磁棒插入磁套底部。随后磁棒和磁套一起向下提取磁珠。

一回到家里，妈妈严肃地对我说：“你今天上课在干什么？心不在焉的，学得这么差！”我听着听着，一下子胆子大起来，大声对妈妈吼道：“我不想学钢琴了！上课的时候，我一直在想怎样跟你说，弹钢琴太难了，所以我没有听讲。”说到这里，我跑进房间，锁了门，坐在床上哭了起来。

在磁珠收集过程中，磁棒完全插入磁套，与磁棒一起在样品管中上下运动，混匀的磁珠被磁棒透过磁套吸附在磁套的下沿。完成收集的磁棒和磁套一起升起，等待转移至下一个位置。

(8)洗脱。放有洗脱液的试剂盒，通过转盘的转动移至Z轴的正下方。随后进行磁珠的释放、搅拌和提取，具体过程与清洗基本一致。洗脱的目的是使与磁珠生化结合的目标物，通过洗脱液脱离磁珠并留在试剂盒内。

(5)提取磁珠。放有磁珠溶液的试剂盒，通过转盘的转动移至Z轴的正下方。卡卸装置连同磁套一起往下移动，磁套伸入到试剂盒内，磁套的尖端距离试剂盒底部1(±0.2)mm处停住。而后卡卸装置连同磁套一起往上移动，到磁套的尖端即将脱离液面时停住。然后卡卸装置连同磁套再一起往下移动，如此往复，对磁珠溶液进行搅拌，使磁珠在溶液中充分混匀(防止沉淀)。其间，搅拌的速度和时间可根据实际需求而设定。磁珠溶液混匀后，卡卸装置连同磁套一起往上移动至上方磁棒架上的磁棒插入磁套的底部后停住。随后，卡卸装置和磁棒架，即磁棒和磁套一起往下移动(保证速度同步)。当磁套的尖端入液面前，向下移动的速度变为缓慢且匀速(速度可设)。等磁套的尖端距离试剂盒底部1(±0.2)mm处停住，并保持一段时间，通过磁棒磁场的吸引使磁珠吸附在磁套的底部。最后卡卸装置和磁棒架再缓慢上升，脱离液面后上升至Z轴顶部复位。磁珠提取完成。

(10)还原磁套。原先放有磁套的试剂盒，通过转盘的转动重新移至Z轴的正下方。卡卸装置向下移动至试剂盒上方，原先抓取磁套的位置。而后四个小钩向外翻转，脱离磁套上四个凸起处的槽，释放磁套到试剂盒内。随后，卡卸装置上升复位。

最后，洗脱液的试剂盒(含有收集的目标物)转到实验人员的身前。磁珠纯化分选系统的整个处理过程就此完成。

图4 磁珠纯化分选系统的工作步骤

4 系统参数

工作体积：20-5000μL(20-200μL，50-1000μL，200-5000μL)；

处理通量：24个样品、96个样品(每次运行)；

试剂盒类型： 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；

混合臂高空作业车工作斗模糊PID调平控制系统原理图如图7。调平控制系统在运行中，不断检测e和ec，根据模糊控制原理对3个参数在线修改以满足不同e和ec时对控制参数的要求，从而使得混合臂高空作业车工作斗在满足该调平控制系统要求的精度下平稳，快速的调平。

磁套：24深孔磁套、96深孔磁套、96孔磁套；

热块：24深孔热块、96深孔热块、96孔热块；

磁珠大小：>1μm

处理步数：1-6步

孵育：温度可设，温度准确性±0.5℃；时间可设，时间准确性±1s；

搅拌：速度可设、时间可设。

5 结论

磁珠纯化分选系统适用于分离DNA/RNA、蛋白、细胞和病毒等的全自动提取以及富集，专为解决客户现在和未来的所有纯化问题而设计。可以在临床和生物医学研究、药物基因组学、法医学、生物标志物的发现、兽医诊断、食品和饮料的质量检测、蛋白质组学研究等领域广泛应用。基于磁珠提取分离技术，本系统可以从各种来源的样品，如全血、细胞培养液、组织裂解液、土壤或排泄物中纯化目标产物。通过纯化、清洗、洗脱、还原等步骤来实现靶分子(核酸、蛋白或细胞等)的吸附、杂物的去除、靶分子的释放、磁珠的回收等功能。因此，在科研方面有重大的使用价值，值得大力推广和应用。

[参考文献]

[1]范蓉. 免疫磁珠技术——一种新的免疫学技术[J].国外医学：免疫学分册.1998年第21卷第1期.

[2]于露,孙秀兰.免疫磁珠技术研究进展[J].粮食与油脂.2011年第10期

[3]曲春冰,张国翔,袁家龙.KingFisher磁珠纯化仪在提取脱落细胞检材DNA上的应用[J].广东公安科技.2011年 第01期

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

[5]上海铭源数康生物芯片有限公司，一种用于抓取和释放磁套的装置：中国，专利号：201110028085，公开日：2011.09.07