CN109154542A - 生物样品预处理设备 - Google Patents

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CN109154542A CN201780030063.3A CN201780030063A CN109154542A CN 109154542 A CN109154542 A CN 109154542A CN 201780030063 A CN201780030063 A CN 201780030063A CN 109154542 A CN109154542 A CN 109154542A
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金相昊
姜鎭錫
金宗善
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Abstract

根据本发明的一实施例的生物样品预处理设备包括两个以上的磁力施加器，所述磁力施加器以位于准备好的容器外部的方式布置并且向容器施加磁力，其中两个以上的磁力施加器的磁极被改变。

Description

生物样品预处理设备
技术领域
本发明涉及生物样品预处理方法和设备。
背景技术
当使用液体样品(诸如血液)时，可以通过使用离心机简单地启动细胞裂解过程，但是当使用固体样品(诸如粪便或组织样品)时，额外地需要与用于预处理样品的附加试剂混合而均质化的过程。
最基本的人工方法是以如下顺序预处理样品。
1)将预定量的样品放置到容器内。
2)注入预处理试剂。
3)通过使用涡旋器将样品充分地均质化大约十分钟。
4)通过使用离心机使杂质沉淀。
5)通过取预定量的上部溶液而启动细胞裂解过程。
为了使上述繁琐的过程更快并且更方便而开发了不使用涡旋器的技术，然而这仅仅取代了涡旋器，而前过程/后过程具有相同的问题。
如上所述的人工方法难以制造自动化设备，特别是难以缩小设备的尺寸，以使得它们可以应用于分子诊断和即时检验(POCT)设备，并且随后的附加步骤存在非自动化等复杂的问题。
发明内容
技术问题
本发明致力于提供一种使用电磁铁的生物样品预处理设备。
技术方案
本发明的一实施例提供了一种生物样品预处理设备，包括：两个以上的磁力施加器，磁力施加器以位于准备好的容器外部的方式布置并且向容器施加磁力，其中两个以上的磁力施加器的磁极被改变。
两个以上的磁力施加器中的至少一个可以被布置成隔着所述容器与另一个磁力施加器相对。
两个以上的磁力施加器中的至少一个可以被布置成在容器的竖直方向上与另一个磁力施加器具有高度差。
磁力施加器施加的磁力的强度可以是可变的。
可以包括一个用于连接两个以上的磁力施加器中的至少两个的连接器。
该生物样品预处理设备还可以包括一个用于缠绕连接器的外圆周表面的线圈。
可以改变施加到线圈的电流的方向以改变所述磁力施加器的磁极。
连接器可以被弯曲成U形。
连接器的被线圈缠绕的部分的左侧和右侧可以被弯曲，使得连接器的两端可以隔着容器彼此对置。
一个以上的尖端部分可以从所述磁力施加器突出形成。
所述尖端部分中的一个以上可以位于该容器的上侧，并且所述尖端部分中的另一个可以位于该容器的下侧。
位于所述容器的上侧的尖端部分与位于所述容器的下侧的尖端部分之间的高度距离(dy)可以是所述容器的高度的0.5至1.0倍。
位于所述容器的上侧的尖端部分和位于所述容器的下侧的尖端部分之间的厚度距离(dz)可以是所述容器的宽度的1.0到2.0倍。
尖端部分的高度(h)可以是容器高度的0.05至0.2倍。
可以包括多个连接器和线圈。
连接器和线圈可以沿着容器的高度方向并排布置。
该生物样品预处理设备还可以包括布置在所述磁力施加器之间的容器。
在容器内部可以存在磁体。
在容器的上部可以安装有加压装置。
在容器的下部可以安装有过滤器。
该生物样品预处理设备还可以包括在容器的外部、以与所述容器接触的方式布置的温度控制装置。
有益效果
根据本发明的一实施例的生物样品预处理设备可以通过磁力施加器改变外部磁力来均质化样品。
可以制造非常小的自动化设备，并且可以应用于分子诊断和即时检验(POCT)设备。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的生物样品预处理设备的示意性立体图。
图2为磁***于容器下部的生物样品预处理设备的示意性立体图。
图3为磁***于容器上部的生物样品预处理设备的示意性立体图。
图4是示出尖端部分的极性随施加到线圈的电流的方向而改变的立体图。
图5为示出磁体的移动区域的示意性侧向视图。
图6为示出尖端部分的立体图。
图7为示出尖端部分的正视图。
图8为根据本发明的另一实施例的生物样品预处理设备的示意性立体图。
图9为容器的示意性分解图。
图10为根据本发明又一实施例的生物样品预处理设备的示意性立体图。
具体实施方式
本文使用的术语仅用于描述一个具体示例性实施方案，并且不用于限制本发明。
只要短语没有清楚地表示相反的含义则本文使用的单数形式包括复数形式。在说明书中使用的术语“包括”的含义为具体地指示特定属性、区域、整数、步骤、操作、要素和/或成分，并不排除其他特定属性、区域、整数、步骤、操作、要素、成分和/或上述构成的成组的存在或添加。
除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。
此外，在通常使用的字典中定义的术语被解释为具有与相关技术文献和当前公开的内容匹配的含义，并且除非被定义，否则将不被解释为理想化或非常公式化的含义。
在下文中，将详细描述本发明的实施方案。然而，这些实施方案仅是示例性的，并且本发明的保护范围不限于此，而是由所附权利要求限定。
根据本发明的一实施例的生物样品预处理设备包括两个以上的磁力施加器，磁力施加器以位于准备好的容器10外部的方式布置并向容器10施加磁力，其中所述两个以上的磁力施加器的磁极改变。
通过这样改变磁力施加器的磁极，使设置在容器10内部的磁体30通过外部磁力施加器生成的磁力移动，磁体30与容器10中的固体样品碰撞以粉碎固体样品，并且使粉碎的样品与预处理溶液混合。
根据本发明的一实施例，由于通过改变磁力施加器的磁极使磁体30移动，因此磁体30的移动区域宽于根据是否施加磁力来移动容器内部的材料的情况，并且由于施加到磁体30的力很强，因此能够有效地粉碎固体样品并且使其与预处理溶液混合。
两个以上的磁力施加器中的至少一个可以被布置成隔着容器10与另一个磁力施加器相对。通过这样的布置，能够使容器10内部的磁体30在容器10的从右向左的方向(即，x方向)上移动。
此外，所述两个以上的磁力施加器中的至少一个可以被布置成在容器10的从上向下的方向(即，y方向)上与另一个磁力施加器具有高度差。通过这样的布置，能够使容器10内部的磁体30在容器10的从上向下的方向(即，y方向)上移动。
此时，可以是从磁力施加器施加的磁力的强度为可变的结构。具体地，可以是这样的结构——其中电流的强度根据容器10的体积、磁力施加器之间的距离以及磁体30的尺寸或重量可变。例如，可以是这样的可变结构——当容器10的体积变得更大时、当磁力施加器之间的距离变得更大时、当磁体30的尺寸变大、或当磁体30的重量变得更大时，磁力施加器施加的磁力的强度变大。
此时，磁力施加器施加的磁力表示从两个以上的磁力施加器施加的磁力的强度的总和。
图1表示根据本发明的一实施例的生物样品预处理设备的示意性立体图。如图1所示，可以包括用于连接两个以上的磁力施加器中的至少两个的连接器22。此时，磁力施加器成为连接器22的端部。还可以包括用于缠绕连接器22的外圆周表面的线圈23。可以通过改变施加到线圈23的电流的方向来改变两端的磁极。也就是说，连接器22成为电磁铁20的铁芯，从而由连接器22的端部施加磁力。
如图1所示，连接器22可以具有弯曲成U形的形状。通过具有这样的弯曲成U形的形状，两个以上的磁力施加器中的至少一个可以被布置成隔着容器10与另一个磁力施加器相对。连接器22的被线圈23缠绕的部分的右侧和左侧被弯曲，以使得连接器22的两端可以隔着所述容器10彼此对置。
如图1所示，在磁力施加器上，也就是说在连接器22的两端上可以各自突出形成有一个以上的尖端部分21a和21b。通过突出形成尖端部分21a和21b，由于磁力集中，因此能够强劲地并且有效率地移动磁体30。当在连接器22的两端上突出形成尖端部分21a和21b时，尖端部分21a和21b将成为磁力施加器。
图2为磁体30位于容器10下部的生物样品预处理设备100的示意性立体图。图3为磁体30位于容器10上部的生物样品预处理设备的示意性立体图。
图4是示出尖端部分21a和21b的极性随施加到线圈的电流的方向而改变的立体图。关于图4的上部绘图，电流以逆时针方向施加到线圈23，并且上尖端21a形成S极性并且下尖端21b形成N极性。关于图4的下部绘图，电流以顺时针方向施加到线圈23，并且上尖端21a形成N极性并且下尖端21b形成S极性。
尖端部分21a和21b的尺寸影响磁力的集中。为了强劲地并且有效率地移动磁体30，需要适当地控制尖端部分21a和21b的尺寸。具体地，尖端部分21a和21b的高度(h)可以是容器高度的0.05至0.2倍。当尖端部分21a和21b过大时，磁力可能不会充分地集中。当尖端部分21a和21b过小时，可能在耐久性或磁力传输效率上出现问题。
在图6中详细地示出了尖端部分21a和21b的高度(h)。即，尖端部分21a和21b的高度(h)表示在高度方向(即，y方向)上的长度。
如图1所示，尖端部分中的一个以上21a可以位于容器的上侧，并且尖端部分中的另一个21b可以位于容器的下侧。通过像这样将容器10作为基准，使尖端部分21a和21b在对角线方向上相对设置，能够使容器10内的磁体30在容器10的整个区域中移动。
图5为示出磁体30的移动区域的示意性侧向视图。如图5所示，通过适当地设定尖端部分21a和21b的位置，可以在容器10的整个区域中移动。具体地，位于容器10的上侧的尖端部分21a与位于容器10的下侧的尖端部分21b之间的高度距离(dy)可以是容器高度的0.5至1.0倍。当高度距离(dy)过小或过大时，磁体30仅在容器10的一部分区域中移动，因此有可能无法顺利地粉碎或混合样品。
此外，位于容器的上侧的尖端部分和位于容器的下侧的尖端部分之间的厚度距离(dz)可以是容器宽度的1.0到2.0倍。当厚度距离(dz)过大时，磁力可能无法顺利地传输到磁体30。
通过适当地控制尖端部分21a和21b的高度距离(dy)和厚度距离(dz)，使得磁体30在容器10的整个区域中移动。在图7中详细地示出了高度距离(dy)和厚度距离(dz)。即，高度距离(dy)表示在高度方向(即，y方向)上尖端部分之间的间隙，厚度距离(dz)表示在厚度方向(即，z方向)上尖端部分21a和21b之间的间隙。
根据本发明的另一实施例，生物样品预处理设备可以包含多个包括连接器22和线圈23的电磁铁20。在图8中示出了其中一个实施例。如图8所示，当包含多个包括连接器22和线圈23的电磁铁20时，它们可以沿着容器10的高度方向(即，y方向)并排布置。此时，使相邻尖端部分的磁极相反，并且通过控制施加到各尖端部分的磁力的强度，而使得磁体30可以在容器10的整个区域中移动。
再返回图1，如图1所示，根据本发明的一实施例的生物样品预处理设备还可以包括布置在磁力施加器之间的容器10。可以通过将预处理溶液和待被处理的固体样品投入到容器10内部来预处理固体样品。可以在容器10的上部形成可以打开或关闭的盖。该盖防止样品在预处理过程中向容器外飞溅。然而，可以在盖中形成细孔，以防止当通过后述的温度控制装置40加热容器10时，盖由于容器10内部的压力增加而被打开。
磁体30可以被设置在容器10内。通过改变布置在容器外部的磁力施加器的磁极，能够使磁体30在容器10内部移动，以使得样品被粉碎并且与预处理溶液均匀地混合。只要磁体30是具有N极和S极的磁体就能够不受特别限制地使用。磁体30的形状不受特别限制。然而，为了容易粉碎固体样品，可以使用能够高密度构成磁体30的棒型或圆柱型形状的磁体30。
加压装置可以被安装到容器10的上部。此外，过滤器50可以被安装到容器10的下部。
图9示出了安装有过滤器50的容器10。可以通过安装在容器10上端的加压装置加压预处理溶液，以使得预处理溶液通过过滤器50。图9示出了在箭头方向上对预处理溶液加压以使其通过过滤器50。过滤器50被安装在容器10的下端，并且由支架51固定。
过滤器50的孔隙直径可以是1μm至30μm。上述孔隙的直径筛出预处理溶液中的杂质，并且仅能够顺利地通过用于提取核酸的病原性细菌。
根据本发明的另一实施例，生物样品预处理设备100还可以包括在容器10外部以与容器10接触的方式布置的温度控制装置40。在图10中示出了还包括温度控制装置40的生物样品预处理设备100的一个实施例。如图10所示，温度控制装置40以与容器10接触的方式布置，并且磁力施加器被布置在温度控制装置40外部。温度控制装置40可以根据需要升高或降低容器10内部的温度。为了顺利地粉碎固体样品，温度控制装置40可以升高容器10内部温度，此时，温度控制装置40可以是加热器。
现在将描述通过使用根据本发明的一实施例的生物样品预处理设备100预处理生物样品的方法。然而，生物样品预处理方法仅例示了本发明，并且本发明不限于此。因此，可以以各种方式修改生物样品预处理方法。
生物样品预处理方法包括：准备投入有固体样品、预处理溶液和磁体30的容器10的步骤S10；通过交替改变安装在容器10外部的磁力施加器的极性来移动磁体30从而粉碎固体样品并且使其均匀地分散在预处理溶液中的步骤；以及使固体样品被分散到其中的预处理溶液通过安装在容器10下端的过滤器50来移除预处理溶液中的杂质的步骤。此外，根据需要，该生物样品预处理方法还可以包括其他步骤。
首先，在步骤S10中准备投入有固体样品、预处理溶液和磁体30的容器10。
只要固体样品是以分子诊断方法诊断感染性疾病的样品就能够不受限制地使用。这些样品需要“预处理”过程以仅保留诱发感染的病原性细菌并从样品中移除其余全部。当样品是液体(诸如尿液或唾液)时，可以简单地执行通过离心过程移除杂质的预处理过程，但是当样品是固体时，附加地需要将样品均匀地分散在预处理溶液中的均质化过程。本发明的一实施例旨在自动地并且简单地处理这样的均质化过程。代表性固体样品可以包括组织、粪便和痰。
预处理溶液可以使用分子诊断方法中使用的一般预处理溶液。当投入预处理溶液和固体样品时，可以相对于100重量份的预处理溶液投入0.01至0.1重量份的固体样品。当投入非常少量的固体样品时，产率非常低，并且预处理过程必须重复多次，因此有可能效率低。当投入非常大量的固体样品时，可能无法顺利地执行均质化。因此，可以将预处理溶液和固体样品的量控制在上述范围内。
磁体30通过外部磁力施加器生成的磁力移动，以在容器10内与固体样品碰撞并且粉碎固体样品。磁体30的尺寸可以是0.1mm至5mm。当不满足上述范围时，可能无法适当地粉碎固体样品。
投入固体样品、预处理溶液和磁体30的顺序不受特别限制。例如，可以改变投入固体样品、预处理溶液和磁体30的顺序，并且可以同时投入其中的两种以上。
接下来，在步骤S20中，通过交替改变安装在容器10外部的磁力施加器的极性来移动磁体30来从而粉碎固体样品并且使其均匀地分散在预处理溶液中。
如图1所示，电磁铁20的尖端部分21a和22b被布置成容器10在它们之间。通过这种布置，磁体30可以向容器10的左右振动。
此外，如图1所示，电磁铁20的一个尖端部分21a以容器10的长度方向为基准位于上部，并且电磁铁20的另一个尖端部分21b可以位于容器10的下部。通过这种布置，磁体30可以向容器10的上下振动。图2示出磁体30位于容器10的下部并且与电磁铁20的尖端部分21b相邻的状态。此外，图3示出尖端部分21a和21b的极性互换，并且磁体30位于容器10的上部并与电磁铁20的另一个尖端部分21a相邻的状态。像这样，磁体30通过外部电磁铁20而自由地在容器10的上下左右移动并粉碎固体样品。
由于越靠近电磁铁20的末端磁力越强，因此如图5所示，尖端部分21a和21b的末端能够以将容器10的厚度方向(即，x方向)为基准位于中心的方式布置。
通过像这样将电磁铁适当地布置在容器10外部，使磁体30在容器10内移动，从而粉碎固体样品。图5示出了磁体30移动的移动区域31。但是这仅是一个实施例，可以通过电磁铁20的适当布置来移动磁体30从而粉碎固体样品。
施加到电磁铁20的电流可以是0.01至10A，并且能够以10至100Hz的周期改变电流的方向。通过满足上述范围，可以有效率地粉碎固体样品。
随着固体样品的粉碎和磁体30的移动导致的搅拌效果将使粉碎的固体样品均匀地分散到预处理溶液中。
在步骤S20中通过使用诸如安装在容器10外部的温度控制装置40等装置，能够将容器10的温度维持在30℃至95℃。通过维持该温度，可以防止固体样品转化，从而提高预处理效率。
接下来，在步骤S30中，使固体样品被分散到其中的预处理溶液通过安装在容器10下端的过滤器50来移除预处理溶液中的杂质。
此时，可以通过安装在容器10的上端的加压装置加压预处理溶液，以使得预处理溶液通过过滤器。图9示出了在箭头方向上对预处理溶液加压并使其通过过滤器50。过滤器50被安装在容器10的下端，并且由支架51固定。
过滤器50的孔隙直径可以是1μm至30μm。上述孔隙的直径筛出预处理溶液中的杂质，并且仅用于提取核酸的病原性细菌能够顺利通过其中。
可以通过提取核酸来分析根据本发明的一实施例预处理的生物样品。用于提取和分析核酸的方法可以是本领域技术人员已知的一般方法，并且在本说明书中将省略其详细描述。
下文中，记载了本发明的优选实施例以及比较例。然而，下述实施例仅是本发明的优选一实施例，本发明并不限于此。
实施例-使用电磁铁的预处理
将200mg管型粪便样品和1ml预处理溶液连同磁体(直径：2mm)一起投入容器，并在安装电磁铁后，以3A的电流、25Hz的振荡频率和85℃的温度执行预处理五分钟，并且通过膜滤器(孔隙直径：2μm)获得200μl溶液。
比较例-使用涡旋器的预处理
将200mg管型粪便样品和1ml预处理溶液投入容器，并且通过使用涡旋器来将它们混合直到样品被完全均质化。通过使用加热块来在95℃的温度下将均质化的样品加热五分钟，并且通过使用离心机来以14,500rpm将其离心一分钟，从而获得200μl溶液。
实验例-核酸提取和分析
将根据实施例以及比较例预处理的各200μl溶液和10μl磁珠溶液投入到500μl裂解/结合缓冲液中，并且使其反应5分钟。使用磁棒仅将磁性颗粒移动到750μl第一洗涤缓冲液中并混合一分钟。混合之后，使用磁棒仅将磁性颗粒移动到750μl第二洗涤缓冲液内，并混合一分钟。混合之后，通过使用磁棒来仅分离磁性颗粒，并在空气中干燥一分钟。将干燥的磁性颗粒投入200μl洗脱缓冲液中并且将它们混合一分钟。混合之后，通过使用磁棒仅移除磁性颗粒，将其余的溶液用于核酸分析。为了使根据核酸提取方法的比较方法之间的偏差最小化，使用NP968设备(天龙，中国)，该设备是用于自动执行上述核酸提取过程的设备，并且结果被表示在表1中。
-核酸分析方法：通过使用实时PCR、分光光度计和荧光计(实时PCR：AdvanSure CD实时PCR(LG LifeSciences，韩国)、分光光度计：Nanodrop 2000C(Thermo Scientific，乌干达)和荧光计：Qubit 2.0，Qubit dsDNA HS Assay Kit(Invitrogen，乌干达))提取的核酸的产率和纯度。
(表格1)
如表1所示，发现使用电磁铁的样品的均质化以及预处理性能优于使用涡旋器的比较例。
本发明不限于上述实施例，而是可以以多种不同的形式实施本发明。本发明所属领域的技术人员可以理解，能够以不改变本发明技术思想或必要特征的其他具体形态实施本发明。因此，应理解，上文提及的实施方案不是限制性的，而是在所有方面都是示例性的。
符号说明
10：容器
20：电磁铁
21a、21b：尖端部分
22：连接器
23：线圈
30：磁体
31：移动区域
40：温度控制装置
50：过滤器
51：支架

Claims (21)

1.一种生物样品预处理设备，包括
两个以上的磁力施加器，所述磁力施加器以位于准备好的容器的外部的方式布置并且向该容器施加磁力，
其中所述两个以上的磁力施加器的磁极被改变。
2.根据权利要求1所述的生物样品预处理设备，其中
所述两个以上的磁力施加器中的至少一个被布置成隔着所述容器与另一个磁力施加器相对。
3.根据权利要求1所述的生物样品预处理设备，其中
所述两个以上的磁力施加器中的至少一个被布置成在该容器的竖直方向上与另一个磁力施加器具有高度差。
4.根据权利要求1所述的生物样品预处理设备，其中
所述磁力施加器施加的磁力的强度是可变的。
5.根据权利要求1所述的生物样品预处理设备，还包括
一个用于连接所述两个以上的磁力施加器中的至少两个的连接器。
6.根据权利要求5所述的生物样品预处理设备，还包括
一个用于缠绕所述连接器的外圆周表面的线圈。
7.根据权利要求6所述的生物样品预处理设备，其中
改变施加到所述线圈的电流的方向以改变所述磁力施加器的磁极。
8.根据权利要求5所述的生物样品预处理设备，其中
所述连接器被弯曲成U形。
9.根据权利要求8所述的生物样品预处理设备，其中
所述连接器的被所述线圈缠绕的部分的左侧和右侧被弯曲，使得所述连接器的两端隔着所述容器彼此对置。
10.根据权利要求5所述的生物样品预处理设备，其中
一个以上的尖端部分从所述磁力施加器突出形成。
11.根据权利要求10所述的生物样品预处理设备，其中
所述尖端部分中的一个以上位于该容器的上侧，并且所述尖端部分中的另一个位于该容器的下侧。
12.根据权利要求11所述的生物样品预处理设备，其中
位于所述容器的上侧的尖端部分与位于所述容器的下侧的尖端部分之间的高度距离(dy)是所述容器的高度的0.5至1.0倍。
13.根据权利要求11所述的生物样品预处理设备，其中
位于所述容器的上侧的尖端部分和位于所述容器的下侧的尖端部分之间的厚度距离(dz)是所述容器的宽度的1.0到2.0倍。
14.根据权利要求11所述的生物样品预处理设备，其中
所述尖端部分的高度(h)是所述容器的高度的0.05至0.2倍。
15.根据权利要求6所述的生物样品预处理设备，其中
包括多个所述连接器和线圈。
16.根据权利要求15所述的生物样品预处理设备，其中
所述连接器和线圈沿着所述容器的高度方向并排布置。
17.根据权利要求1所述的生物样品预处理设备，还包括
一个布置在所述磁力施加器之间的容器。
18.根据权利要求17所述的生物样品预处理设备，其中
在所述容器内部存在一个磁体。
19.根据权利要求17所述的生物样品预处理设备，其中
在所述容器的上部安装有加压装置。
20.根据权利要求17所述的生物样品预处理设备，其中
在所述容器的下部安装有过滤器。
21.根据权利要求17所述的生物样品预处理设备，还包括
在所述容器的外部、以与所述容器接触的方式布置的温度控制装置。
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