CN111100780A - 一种半连续流的磁珠纯化*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半连续流的磁珠纯化***，其特征在于，包括：摇动装置；框架结构，所述框架结构安装在所述摇动装置上；安装在所述框架结构上的储液装置、磁铁及磁铁执行装置；和控制***；其中，所述储液装置通过液路***与液体源及废液桶连接；所述控制***与液路***、磁铁执行装置和摇动装置连接，并控制液路***、磁铁执行装置和摇动装置。

Description

一种半连续流的磁珠纯化***
技术领域
本发明涉及一种半连续流的磁珠纯化***，主要应用于生物纯化领域，例如用于蛋白和核酸的小规模和大规模提取。
背景技术
磁珠纯化法通常使用纯化***通过磁场分离磁珠而达到分离和纯化细胞、蛋白或核酸等物质的目的。与常用的沉淀法、离心法、柱膜法相比，磁珠纯化法具有提取效率高、分离速度快、所需设备简单等特点。
与树脂纯化(Resin)相比，基于磁力吸附的磁珠纯化法依靠磁力原理和孵育的结合方式可以快速有效的富集样品中的目标蛋白，有效避免了树脂对样品预处理和对上样方式的限制等弊端，摆脱了装柱和流速等的限制。采用磁分离的纯化方法较易实现自动化，可满足快速、自动化、多通道同时处理的高通量纯化需求。
目前市面上存在的纯化装置普遍处理的通量都比较小，并且需要大量人工操作来辅助纯化流程。另外，目前操作都是敞口开放式操作，很难防止外部环境污染，也不能避免纯化过程中试剂的挥发对环境造成的伤害。现有技术的磁力架，虽可以满足部分客户需求，但仍存在诸多不足，如：(1)通量较小，不能满足大规模纯化的需求；(2)需要转移到离心管或者其它容器中，工序复杂，且有损坏样本的风险；(3)需要额外的装置才能实现自动化，增加额外的成本，且占用额外的场地；(4)形状固定，不能灵活适应容器的外形。
另外市面上采用的大规模纯化装置都是采用树脂纯化的方式，需要深层过滤，消耗大量的一次性耗材，需要多人次长时间投入。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种半连续流的磁珠纯化***，其特征在于，包括：摇动装置；框架结构，所述框架结构安装在所述摇动装置上；安装在所述框架结构上的储液装置、磁铁及磁铁执行装置；和控制***；其中，所述储液装置通过液路***与液体源及废液桶连接；所述控制***与液路***、磁铁执行装置和摇动装置连接，并控制液路***、磁铁执行装置和摇动装置。
优选的，所述控制***控制所述液路***实现对所述储液装置的加液和排液。
优选的，所述储液装置包括多个储液罐，当所述磁铁工作时，所述磁铁成组布置在每个储液罐底部，每组磁铁包括成V字形或其他配合罐体形状所布置的两个或多个磁铁。
优选的，所述储液罐具有锥形底部，所述储液罐中的管路分为两路以分别喷洒溶液到与一组磁铁中两个磁铁相对应的位置。
优选的，所述摇动装置为数字式平面圆周摇动装置。
优选的，所述框架结构包括固定基板、储液罐固定压板、上托扳、下托扳和侧支撑，其中所述固定基板安装到所述摇动装置，所述储液罐固定压板、上托扳和下托扳用于安装所述储液罐，所述侧支撑用于将所述储液罐固定压板、上托扳和下托扳支撑固定到所述固定基板。
根据本发明的另一方面，提供了一种纯化生物样品的方法，包括将含有目标成分的生物样品和能够结合所述目标成分的磁珠注入到上述半连续流的磁珠纯化***的储液装置中进行纯化处理的步骤。
优选的，其中单次注入所述储液装置进行纯化处理的生物样品范围为5mL-100L,优选为100mL-50L,更优选为200mL-10L。
根据本发明的半连续流的磁珠纯化***，可以减少人工的干预，可以确保纯化结果的一致性，可以在达到较好的纯化效果的同时耗时较短。
附图说明
附图中示例性地示出了根据本发明的优选实施例的磁珠纯化***及部件。各附图只是示例性说明，其比例不必要一致。
图1示出了根据本发明的磁珠纯化***的***总成。
图2示出了根据本发明的磁珠纯化***中的6通道储液罐。
图3示出了根据本发明的磁珠纯化***中的单通道储液罐。
图4示出了根据本发明的磁珠纯化***中的磁铁和执行机构。
图5示出了根据本发明的磁珠纯化***中的摇动装置。
图6示出了根据本发明的磁珠纯化***中的支撑架。
图7示出了根据本发明的磁珠纯化***中的泵阀控制***。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些示例性实施例。
根据本发明的一个实施例，提供一种半连续流的磁珠纯化***。如图1所示，根据本发明的磁珠纯化***可以包括摇动装置，以及设置在摇动装置之上的整个储液***、磁铁及其执行机构。
当生物样品的体积大于储液罐的单罐体积时，一次泵入吸附后，排除上清之后再次泵入剩余的生物样品，通过多次连续累积的将生物样品泵入储液装置中实现蛋白或其他目标成分的捕获。再将捕获蛋白的磁珠进行洗杂、洗脱、再生的过程。通过半连续流形式的生物样品的泵入和吸附来处理更多生物样品的纯化。
将整个储液***置于摇动装置之上，可以提升生物样品与磁珠混合的效果，同时不需要搅拌桨。配合***自带的加液管路，可以将挂在容器壁上的生物样品和磁珠很彻底的收集到容器底部。
图6示出了根据本发明一个实施例的磁珠纯化***中所使用的框架结构。框架结构负责支撑储液装置和磁铁，以及磁铁移动装置。如图所示，框架结构例如可以包括固定基板、储液罐固定压板、上托扳、下托扳和侧支撑等部件。固定基板用于安装到摇动装置。储液罐固定压板、上托扳和下托扳用于固定储液罐等。侧支撑用于支撑固定这些板件到固定基板上。磁铁及其执行部件可以安装在固定基板上。
储液罐、磁铁及其执行机构等装置都通过框架结构设置在摇动装置上。通过液路***中的管路将储液罐与试剂瓶和废液桶相连。
根据本发明的优选实施例，例如参考图2和图3，本发明的储液装置可以做成单通道到100通道的；优选地，通道数量为1-50；更优选地，通道数量为为1-20。半连续流的磁珠纯化***自带的储液罐可以具有独特的外形(例如下部为锥形)，更加有效的发挥磁铁的吸附效果，提升纯化的效率。特有的符合摇动装置摇晃混匀的锥形，实现磁铁充分混匀的同时可以最大程度的兼容储液罐中的最小的工作液体体积。
储液装置可以采用常用的离心瓶，锥形的外形可以提升磁珠纯化洗脱时液面的高度，可以降低从吸杂到洗脱的体积下降带来的问题，使磁铁的有效利用面积更大。储液装置倾斜的角度可以保证磁珠在摇动装置摇晃的时候能够充分的将磁珠摇晃起来，提升了混匀的效果。
根据本发明的优选实施例，例如参考图4，磁铁机构中的磁铁每两块组成一组，呈V字形安装。这样在磁力线从一个磁铁进入到另一个磁铁的时候可以提升磁铁吸附磁珠的效果。V型磁铁固定在传动丝杠上面，通过丝杠和丝杠上的螺母将丝杠的圆周运动转化成磁铁装置的直线运动，轴承座用来支撑丝杠，限位传感器由控制***用来检测磁铁零点位置。每次开机磁铁会移动到限位传感器所感应到的位置。然后作为磁铁装置的移动零点。根据其他实施例，每组磁铁包括成V字形或其他配合罐体形状所布置的两个或多个磁铁。通过控制执行电机的旋转，带动传动丝杠旋转来驱动连在一起的V型磁铁架沿着直线导轨的方向来回运动，从而带动磁铁来回运动，由此远离或者接近储液罐。
相应地，储液罐中的环形进液管可以采用一分为二的管路，同时向储液罐中注液，并将两股溶液喷洒到每组磁铁所在的两个面，可以提升磁珠冲洗的效果。在每组磁铁包括多个磁铁的实施例中，进液管路也可以相应地设置。这提高了磁珠的回收率。容器内管路可以采用不锈钢材质，容易加工成比较合适的角度，同时可以进行清洗，提升了灵活度、洁净度和重复利用率，并降低了成本。
如图5所示，摇动装置可以采用能够快速启动和停止的数字式摇动装置，例如可以用RS232等通讯口直接控制摇动装置的启动和停止。这样就可以将前期工艺摸索的摇晃转速继承到控制***的控制器中，实现全程自动控制；并且可以确保摇晃幅度和摇晃时间是稳定的，保证了多次实验结果的一致性。摇动装置采用平面圆周摇动装置，配合罐体的角度可以很好地通过控制摇动装置的转速来实现不同步骤中所需要的混合效果。
液路***采用多孔阀结构，可以降低试剂之间交叉污染的风险。管路采用不沾磁珠的耐压管路，可以降低磁珠的损失。泵采用可以调速的隔膜泵，降低了磁珠破碎的风险，同时可以调整管路的液体流速。
在如图7所示的泵阀控制***中，通过相应的管路，试剂瓶可以连接到多通切换阀，多通切换阀连接到多通分流模块，多通分流模块连接到三通电磁阀，然后连接泵。泵前端可以再连接另外的三通电磁阀，最后到相应的储液罐中。
控制***可以采用触摸屏和控制器的组合控制方式，将控制工艺写入触摸屏中，由下位机分解动作执行，提升了触摸屏的交互能力，可以将更灵活的工艺通过界面的形式展现出来。同时一键式操作可以降低了用户的操作频率。这提升了人员的工作效率。
根据本发明的半连续流的磁珠纯化***自带控制***，可以减少人工的干预。定制化的程序设计，可以确保纯化结果的一致性。优化的工艺流程，可以在达到最好的纯化效果的同时耗时最短。
基于上述半连续流的磁珠纯化***，本发明提供了一种纯化生物样品的方法，包括将含有目标成分的生物样品和能够结合所述目标成分的磁珠注入到上述半连续流的磁珠纯化***的储液装置中进行纯化处理的步骤。
优选的，其中单次注入所述储液装置进行纯化处理的生物样品范围为5mL-100L,优选为100mL-50L,更优选为200mL-10L。
根据本发明的半连续流的磁珠纯化***的示例性操作如下所述。
1、磁珠孵育
a)将20％乙醇保存的磁珠溶液混匀，通过液路***泵入储液装置中，控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置底部正下方，吸附完成之后，通过液路***将上清排除，控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置远离的位置，通过液路***将20％NaOH泵入储液装置中，静置30分钟，在此期间控制***会通过预先设定的速度打开摇动装置，保证磁珠溶液能够混合均匀。
2、磁珠平衡
a)30分钟以后，控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置底部正下方，吸附完成之后，通过液路***将上清排除，控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置远离的位置，通过液路***将PBS泵入储液装置中，在此期间控制***会通过预先设定的速度打开摇动装置，保证磁珠溶液能够混合均匀。
b)重复步骤a)2～3次，平衡时间10-15分钟，期间更换2次平衡液，至pH与平衡液相同
3、洗杂
a)控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置底部正下方，吸附完成之后，通过液路***将上清排除，控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置远离的位置，
b)通过液路***将PBS泵入储液装置中，在此期间控制***会通过预先设定的速度打开摇动装置，保证磁珠溶液能够混合均匀。
c)重复步骤a)～b)2～3次
4、洗脱
a)控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置底部正下方，吸附完成之后，通过液路***将上清排除，控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置远离的位置，
b)通过液路***将洗脱液泵入储液装置中，在此期间控制***会通过预先设定的速度打开摇动装置，保证磁珠溶液能够混合均匀。
c)控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置底部正下方，吸附完成之后，通过液路***将上清收集。
d)重复步骤a)～c)2次
5、磁珠再生
a)控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置远离的位置，通过液路***将20％NaOH泵入储液装置中，在此期间控制***会通过预先设定的速度打开摇动装置，保证磁珠溶液能够混合均匀。
b)控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置底部正下方，吸附完成之后，通过液路***将上清排除，控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置远离的位置，
c)通过液路***将20％NaOH泵入储液装置中，静置30分钟，在此期间控制***会通过预先设定的速度打开摇动装置，保证磁珠溶液能够混合均匀。
d)控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置底部正下方，吸附完成之后，通过液路***将上清排除，控制***控制磁铁装置，将磁铁移动到储液装置远离的位置，
e)通过液路***将3倍磁珠体积的20％乙醇泵入储液装置中，
f)通过液路***将磁珠混合溶液泵入到磁珠收集罐中。
根据本发明的半连续流的磁珠纯化***的示例性应用实例如下所述。
实验组：将5ml磁珠泵入到根据本发明半连续流的磁珠纯化***的储液罐中，用PBS平衡3遍后，将200ml的细胞发酵液泵入到磁珠混合液中，摇动装置孵育1个小时后，用PBS清洗3次，水洗一遍，之后用洗脱缓冲剂(buffer)洗脱3次。
对照组：用AKTA平衡5ml的树脂(resin)预装柱，之后上样结合200ml细胞发酵液，之后用PBS洗杂5cv，洗脱收集样品。
总时间测试如下：
Figure BDA0001843573570000061
Figure BDA0001843573570000071
使用根据本发明的半连续流的磁珠纯化***，相比于传统的树脂纯化方式，节省2-5倍的时间，同时易于提升通量。以300ml为例，完成6个样品的纯化，树脂纯化需要20个小时，而基于磁珠纯化的半连续流设备可以在4小时内完成。
将上述实验，洗脱后的样品收集进行浓度，纯度和内毒素的测试，测试结果如下表：
Figure BDA0001843573570000072
基于半连续的磁珠纯化方式，在回收率，内毒素含量和纯度上与传统的树脂纯化相当。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些变化和改进也应视为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种半连续流的磁珠纯化***，其特征在于，包括：
摇动装置；
框架结构，所述框架结构安装在所述摇动装置上；
安装在所述框架结构上的储液装置、磁铁及磁铁执行装置；和
控制***；
其中，所述储液装置通过液路***与液体源及废液桶连接；所述控制***与液路***、磁铁执行装置和摇动装置连接，并控制液路***、磁铁执行装置和摇动装置。
2.根据权利要求1所述的半连续流的磁珠纯化***，其特征在于，所述控制***控制所述液路***实现对所述储液装置的加液和排液。
3.根据权利要求1或2所述的半连续流的磁珠纯化***，其特征在于，所述储液装置包括多个储液罐，当所述磁铁工作时，所述磁铁成组布置在每个储液罐底部，每组磁铁包括成V字形或其他配合罐体形状所布置的两个或多个磁铁。
4.根据权利要求3所述的半连续流的磁珠纯化***，其特征在于，所述储液罐具有锥形底部，所述储液罐中的管路分为两路以分别喷洒溶液到与一组磁铁中两个磁铁相对应的位置。
5.根据权利要求1或2所述的半连续流的磁珠纯化***，其特征在于，所述摇动装置为数字式平面圆周摇动装置。
6.根据权利要求1或2所述的半连续流的磁珠纯化***，其特征在于，所述框架结构包括固定基板、储液罐固定压板、上托扳、下托扳和侧支撑，其中所述固定基板安装到所述摇动装置，所述储液罐固定压板、上托扳和下托扳用于安装所述储液罐，所述侧支撑用于将所述储液罐固定压板、上托扳和下托扳支撑固定到所述固定基板。
7.一种纯化生物样品的方法，包括将含有目标成分的生物样品和能够结合所述目标成分的磁珠注入到根据权利要求1至6中任一项所述的半连续流的磁珠纯化***的储液装置中进行纯化处理的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其中单次注入所述储液装置进行纯化处理的生物样品范围为5mL-100L,优选为100mL-50L,更优选为200mL-10L。
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