CN114858567A - 一种基于原位磁操控的高效磁固相萃取装置及萃取方法 - Google Patents

Abstract

一种基于原位磁操控的高效磁固相萃取装置，包括安装于固定架内部的试管架，试管架上固定有用于产生离心力的振动马达，试管架内安装有样本管，样本管的周围固定有用于产生旋转磁场的亥姆霍兹线圈组和用于产生往复磁场电磁铁组，亥姆霍兹线圈组为两对正交安装的空心线圈组，且设置于样本管的四个方向，电磁铁组为固定于固定架内且正对安装的电磁铁，其设置于样本管的另两个方向。本发明根据磁固相萃取的不同阶段，设计磁场以原位准确控制磁性纳米颗粒的行为，极大地提高了萃取效率以及样品处理的纯度，本发明具有体积小、重量轻，可实现微量样品中痕量化合物的现场快速检测，能够对人体血液样本等复杂生物样本进行前处理和检测的优点。

Description

一种基于原位磁操控的高效磁固相萃取装置及萃取方法

技术领域

本发明涉及固相萃取技术领域，尤其涉及一种基于原位磁操控的高效磁固相萃取装置及萃取方法。

背景技术

磁性纳米固相萃取材料具有卓越的富集性能，在痕量化合物的高倍富集以及样品前处理过程中具有广阔的应用空间。采用纳米材料的磁固相萃取方式可以在溶液中完成复杂样本的前处理过程，替代传统固相萃取中复杂的泵、阀、管路等部件。对于不同场景以及不同目标物的磁固相萃取材料的研究是当前研究的热点。这使得磁固相萃取在环境污染、食品安全、生物医药等方面有了广泛的应用。但与其蓬勃发展不匹配的是，当前对于磁性固相萃取装置的研究进展缓慢，在许多实验室仍采用手动操作永磁铁进行磁性纳米颗粒的固液分离。

目前有研究者研发出了基于永磁铁的磁固相萃取自动化装置，这类磁固相萃取装置的原理是利用电机带动永磁铁套上磁棒套后在样本管上下移动吸引磁性纳米颗粒到磁棒套上，然后转移到另一排装有有机溶剂的样本管中。将永磁铁从磁棒套抽离出，磁性纳米颗粒失去磁力吸引从磁棒套上脱落到样本管中，之后利用磁棒套的上下搅拌实现磁性纳米颗粒与样本管中的试剂反应。重复上述过程，实现磁性纳米颗粒的清洗与富集。然而此类装置存在如下缺点：(1)磁分离过程中，由于永磁铁吸引住磁性纳米颗粒进行不同样本管间的转移，磁性纳米颗粒在转移的过程中会出现丢失的情况。特别对于小样本量中痕量化合物的检测来说，这种丢失的情况会显著影响最终的检测结果；(2)另外，此类转移方式决定了该装置体积较大，无法满足现场快检等场景下的便携式要求；(3)由于萃取的过程中需要多次转移磁性纳米颗粒，在转移过程中易产生氧化、污染等情况。

根据上述情况可知，目前的自动化磁固相萃取装置依赖于永磁铁进行磁性纳米颗粒的转移，容易产生磁性纳米颗粒的丢失以及污染。另外，目前的自动化磁固相萃取装置在吸附阶段仅通过机械搅拌的形式使磁性纳米颗粒被动地与目标分析物结合，结合效率较低。而在淋洗与洗脱阶段，利用磁力简单固定磁性纳米颗粒难以实现磁性纳米颗粒在待测样本中充分分散。特别是处理血液等成分复杂的样本时，磁性纳米颗粒在粘稠的样本中容易团聚，造成裹杂其中的杂质难以淋洗完全。

中国专利(CN108854157A一种基于电磁分离的磁性纳米固相萃取装置及萃取方法)，所采用的电磁铁组仅用于简单固定磁性纳米颗粒且该专利采用的是机械杆搅拌的方式，这种磁性纳米颗粒会附着在机械杆上，不适用于微量样本的处理。

中国专利(CN214971916U一种自动化磁固相萃取仪)也同样通过电磁铁通电后产生磁性将萃取管内的磁性吸附材料简单吸附于萃取管内壁，无法高效清除团聚的磁性纳米颗粒中的杂质。

有鉴于此，本发明特提供一种基于原位磁操控的高效磁固相萃取装置及萃取方法以解决上述技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于原位磁操控的高效磁固相萃取装置及萃取方法，根据磁固相萃取的不同阶段，设计磁场以原位准确控制磁性纳米颗粒的行为，极大地提高了磁固相萃取的萃取效率以及样品处理的纯度，并且相较于市场上的磁固相萃取装置，本发明具有体积小、重量轻，可实现微量样品中痕量化合物的现场快速检测，能够对人体血液样本等复杂生物样本进行前处理和检测的优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于原位磁操控的高效磁固相萃取装置，包括安装于固定架内部的试管架，所述试管架上固定有用于产生离心力的振动马达，所述试管架内安装有样本管，所述样本管的周围固定有用于产生旋转磁场的亥姆霍兹线圈组和用于产生往复磁场电磁铁组，所述亥姆霍兹线圈组为两对正交安装的空心线圈组，且设置于所述样本管的四个方向，所述电磁铁组为固定于所述固定架内且正对安装的电磁铁，其设置于所述样本管的另两个方向。

本发明的振动马达驱动样本管转动，使磁性纳米颗粒充分分散于样本管溶液中；亥姆霍兹线圈组在通入相位差为90°的正弦电流时，其内部会产生旋转磁场；电磁铁组在通电状态下产生强磁场，断电状态下磁场消失，交替通入直流电即可实现往复磁场。

在没有外加磁场时，振动马达提供离心力使磁性纳米颗粒在溶液中快速分散开。磁性纳米颗粒具有超顺磁性，开启亥姆霍兹线圈组，可使磁性纳米颗粒在溶液中快速形成微米尺寸的磁链并在磁场的驱动下自旋，样品中的目标分析物与磁性纳米颗粒充分接触，吸附在磁性纳米颗粒表面。当电磁铁组持续通电时，磁性纳米颗粒被吸引于样本管的两侧，此时聚集的磁性纳米颗粒成团状，夹杂有少许杂质；之后向样本管两侧的磁铁交替通电，两侧的磁铁交替为磁性纳米颗粒提供吸引力使其往返移动，从而充分地将磁性纳米颗粒中包裹的杂质释放于溶液中。这种多模式的磁操控使萃取效率最大化。

本发明利用原位吸附的方式操控磁性纳米颗粒，大大减小了磁固相萃取装置的体积及重量，使其满足现场快速检测中对于仪器便携式的要求，拓宽了磁固相萃取装置的应用场景，且极大缩短了样品处理时间，提高了样品前处理的效率。利用该磁固相萃取装置建立的分析方法在回收率、萃取时间和绝对基质效应等方面显著优于传统方法。

进一步地，还包括移液机构和固定板，所述移液机构用于转移溶液，所述固定板固定连接或可拆卸连接于所述固定架的两侧，所述移液机构设置于所述固定板上。

本发明固定板通过螺钉或其他可拆卸连接的方式固定于固定架的两侧。

进一步地，还包括第一管体、第二管体和第三管体，所述第一管体、第二管体和第三管体依次用于盛放活化后的磁性纳米颗粒悬浮溶液、淋洗液和洗脱液。

进一步地，所述移液机构包括横板、第一电机、第一皮带、第一活动板、第二电机、第二皮带、第二活动板、柱塞泵和移液针，所述横板与所述固定板固定连接，所述横板固定连接有所述第一电机，所述第一电机用于驱动所述第一皮带转动以带动第一活动板沿所述横板的方向移动，所述第一皮带固定连接有所述第一活动板，所述第一活动板固定连接有第二电机，所述第二电机用于驱动所述第二皮带转动以带动第二活动板沿垂直于所述横板的方向移动，所述第二皮带固定连接有所述第二活动板，所述第二活动板固定连接有所述柱塞泵，所述柱塞泵通过硅胶管连接有移液针，所述柱塞泵用于驱动移液针吸取和注射溶液。

本发明的第一电机驱动第一皮带转动，可通过安装于横板上的主动轮和从动轮实现，第一皮带缠绕于横板上的主动轮和从动轮上，第一电机带动主动轮转动，从而带动第一皮带转动；第二电机驱动第二皮带转动，可通过安装于第一活动板上的主动轮和从动轮实现，第二皮带缠绕于第一活动板上的主动轮和从动轮上，第二电机带动主动轮转动，从而带动第二皮带转动。启动第一电机，带动第一皮带转动，进而驱动第二电机、第一活动板、柱塞泵和移液针左右移动；启动第二电机，带动第二皮带转动，进而驱动第二活动板、柱塞泵和移液针上下移动；利用第一电机、第二电机和柱塞泵可以控制移液针左右/上下移动并吸取/注射溶液。

进一步地，所述振动马达的振幅为1-2mm，优选1mm。

进一步地，所述样本管的直径为8-10mm，优选9mm；所述样本管的高度为35-45mm，优选40mm。

进一步地，所述试管架的圆柱凹槽内径为9-13mm，优选10mm；所述试管架的圆柱凹槽高度30-40mm，优选35mm。

本发明还提供一种使用上述高效磁固相萃取装置进行固相萃取的方法，包括以下步骤：

S1.启动移液机构，依次抽取样本溶液、磁性纳米颗粒悬浮溶液注射到样本管中；

S2.启动振动马达，驱动样本管旋转，使磁性纳米颗粒快速分散于样本管溶液中，之后关闭振动马达；

S3.向亥姆霍兹线圈组通入相位差为90°的正弦电流，其产生的旋转磁场驱动磁性纳米颗粒成链并自旋以使磁性纳米颗粒与目标分析物充分结合，之后停止向亥姆霍兹线圈组通电，同时向电磁铁组持续通电，使磁性纳米颗粒聚集在样本管的两侧；

S4.向样本管两侧的电磁铁交替通电，交替吸引溶液内的磁性纳米颗粒使其往返移动，充分将磁性纳米颗粒团中包裹的杂质释放于溶液中，之后保持电磁铁组持续通电，启动移液机构抽走溶液；

S5.启动移液机构抽取淋洗液加入样本管中，重复步骤S2-S4，使得包裹在磁性纳米颗粒表面的杂质完全脱落；

S6.启动移液机构抽取洗脱液加入样本管中，重复步骤S2-S4，使得目标分析物从磁性纳米颗粒表面洗脱下来；

S7.对目标分析物进行检测。

本发明的步骤S1为磁固相萃取的上样阶段。

本发明的步骤S2为磁固相萃取的混匀阶段，本发明利用振动马达代替传统侵入式的搅拌方式，驱动样本管转动，使样本溶液、磁性纳米颗粒悬浮溶液充分混匀。这种方式可消除附着在机械装置上的反应物对检测结果的影响。

本发明的步骤S3为磁固相萃取的吸附阶段，本发明利用亥姆霍兹线圈组提供的旋转磁场可使磁性纳米颗粒在溶液中形成微米尺寸的磁链，并使磁链主动自旋，这种自旋的形式可有效提高吸附效率，最终提高样品检测的灵敏度。

本发明的步骤S4为磁固相萃取的淋洗与洗脱阶段，本发明向样本管两侧的电磁铁交替通电，产生的往复磁场在来回的吸附过程中可打碎团聚的磁性纳米颗粒，释放出杂质，大大降低人血清等成分复杂的生物样品中难以剔除的杂质所带来的基质效应影响。

本发明根据磁固相萃取的不同阶段，设计磁场以原位准确控制磁性纳米颗粒的行为，极大地提高了磁固相萃取的萃取效率以及样品处理的纯度。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)在磁固相萃取的混匀阶段，本发明利用振动马达代替传统侵入式的搅拌方式，驱动样本管振动，使样本溶液、磁性纳米颗粒悬浮溶液充分混匀。这种方式可消除附着在机械装置上的反应物对检测结果的影响。

(2)在磁固相萃取的吸附阶段，机械搅拌使磁性纳米颗粒被动地与目标分析物结合，结合效率较低。而本发明亥姆霍兹线圈组提供的旋转磁场可使磁性纳米颗粒在溶液中形成微米尺寸的磁链，并使磁链主动自旋，这种自旋的形式可有效提高吸附效率，最终提高样品检测的灵敏度。

(3)在磁固相萃取的淋洗与洗脱阶段，依靠永磁铁或电磁铁的简单固定，会使磁性纳米颗粒产生团聚，这种团聚现象会使磁性纳米颗粒难以淋洗完全，并且也难以充分洗脱。本发明向样本管两侧的电磁铁交替通电，产生的往复磁场在来回的吸附过程中可打碎团聚的磁性纳米颗粒，释放出杂质，可大大降低人血清等成分复杂的生物样品中难以剔除的杂质所带来的基质效应影响。

(4)本发明利用原位吸附的方式操控磁性纳米颗粒，大大减小了磁固相萃取装置的体积及重量，使其满足现场快速检测中对于仪器便携式的要求，拓宽了磁固相萃取的应用场景。

(5)本发明极大缩短了样品处理时间，提高样品前处理的效率。利用该装置建立的分析方法在回收率、萃取时间和绝对基质效应等方面显著优于传统方法。

附图说明

图1为本发明的磁固相萃取装置的结构示意图。

图2为本发明的磁固相萃取方法步骤S1上样过程的原理图。

图3为本发明的磁固相萃取方法步骤S3吸附过程的原理图。

图4为本发明的磁固相萃取方法步骤S4淋洗过程和洗脱过程的原理图；a)图为淋洗过程的原理图，b)图为洗脱过程的原理图。

图中：1、试管架；2、样本管；3、振动马达；4、亥姆霍兹线圈组；5、电磁铁组；6、第一管体；7、第二管体；8、第三管体；9、固定架；10、固定板；11、移液机构；111、横板；112、第一电机；113、第一皮带；114、第一活动板；115、第二电机；116、第二皮带；117、第二活动板；118、柱塞泵；119、移液针。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

请参阅图1-4，一种基于原位磁操控的高效磁固相萃取装置，包括安装于固定架9内部的试管架1，试管架1上固定有用于产生离心力的振动马达3，试管架1内安装有样本管2，样本管2的周围固定有用于产生旋转磁场的亥姆霍兹线圈组4和用于产生往复磁场电磁铁组5，亥姆霍兹线圈组4为两对正交安装的空心线圈组，且设置于样本管2的四个方向，电磁铁组5为固定于固定架9内正对安装的电磁铁，且其设置于样本管2的另两个方向。

本实施例的磁固相萃取装置还包括移液机构11和固定板10，移液机构11用于转移溶液，固定板10固定连接或可拆卸连接于固定架9的两侧，移液机构11设置于固定板10上。

本发明固定板10通过螺钉或其他可拆卸连接的方式固定于固定架9的两侧。

本实施例的磁固相萃取装置还包括第一管体6、第二管体7和第三管体8，第一管体6、第二管体7和第三管体8依次用于盛放活化后的磁性纳米颗粒悬浮溶液、淋洗液和洗脱液。

移液机构11包括横板111、第一电机112、第一皮带113、第一活动板114、第二电机115、第二皮带116、第二活动板117、柱塞泵118和移液针119，横板111与固定板10固定连接，横板111固定连接有第一电机112，第一电机112用于驱动第一皮带113转动以带动第一活动板114沿横板111的方向移动，第一皮带113固定连接有第一活动板114，第一活动板114固定连接有第二电机115，第二电机115用于驱动第二皮带116转动以带动第二活动板117沿垂直于横板111的方向移动，第二皮带116固定连接有第二活动板117，第二活动板117固定连接有柱塞泵118，柱塞泵118通过硅胶管连接有移液针119，柱塞泵118用于驱动移液针119吸取和注射溶液。

本实施例中振动马达3以胶粘的方式固定于试管架1顶端，振动马达3振幅采用1mm，试管架1的圆柱凹槽内径采用10mm，高度采用35mm，样本管2直径采用9mm，高度采用40mm，以保证最优的旋转效果，实现微量样本在样本管2中的充分混匀。

本实施例选择人血清中25-羟基维生素D3作为微量样本溶液中痕量化合物的代表，对磁固相萃取装置的各项性能进行反复测试，具有很好的稳定性与重复性。即本实施例中的目标分析物为人血清25-羟基维生素D3。

本实施例中的微量生物样本为加标的5％牛血清(BSA)，可作为血清的替代基质溶液。

利用上述磁固相萃取装置进行固相萃取的方法，包括以下步骤：

S1.启动第一电机112和第二电机115，带动移液针119移动至合适的位置；启动柱塞泵118，抽取100μL牛血清样本注射到样本管2中；在未启动电磁铁组5的情况下，启动第一电机112和第二电机115，带动移液针119伸入第一管体6中，抽取200μL的磁性纳米颗粒悬浮溶液注射到样本管2中；

S2.启动振动马达3，驱动样本管2快速旋转，使磁性纳米颗粒快速分散于牛血清样本中，30s后关闭振动马达3；

S3.向亥姆霍兹线圈组4通入相位差为90°的正弦电流，使样本管2中的磁性纳米颗粒成链并自旋，让磁性纳米颗粒与痕量化合物充分结合，30s后，停止向亥姆霍兹线圈组4通入电流，同时向电磁铁组5持续上电，在恒定磁场作用下，吸附了痕量化合物的磁性纳米颗粒聚集在样本管2的两侧；

S4.电磁铁组5持续上电30s后，向样本管2两侧的电磁铁交替通电，交替吸引溶液内的磁性纳米颗粒使其往返移动，充分将磁性纳米颗粒团中包裹的杂质释放于溶液中，之后保持电磁铁组5持续通电，启动第一电机112、第二电机115和柱塞泵118，使移液针119抽走样本管2中溶液；

S5.启动第一电机112、第二电机115和柱塞泵118，使移液针119从第二管体7中抽取淋洗液注射至样本管2中，重复步骤S2-S4，使得包裹在磁性纳米颗粒表面的杂质完全脱落；

S6.启动第一电机112、第二电机115和柱塞泵118，使移液针119从第三管体8中抽取洗脱液注射至样本管2中，重复步骤S2-S4，目的是使痕量化合物完全从磁性纳米颗粒表面洗脱下来；

S7.抽取样本管2中的洗脱液至人血清25-羟基维生素D测定检测卡(荧光免疫层析法)后静置15分钟，然后***荧光免疫分析仪进行测试。

样本管2中的磁性纳米颗粒可回收利用。

回收率＝提供萃取的溶液中痕量化合物含量/步骤S7检测得到的痕量化合物含量×100％。

由于样品是内源性的，杂质含量的测定难度大，因此本发明利用空白检测限与绝对基质效应来反应杂质的含量。

本实施例中样本加标后，人血清25-羟基维生素D3的回收率为90％。说明样本中的痕量化合物被磁性纳米颗粒充分捕获。人血清25-羟基维生素D3的空白检测限相较于无前处理操作的5ng/mL降低至2ng/mL。说明该固相萃取装置及固相萃取方法，可以快速高倍浓缩样本，从而降低检测卡及仪器的空白检测限。另外，固相萃取装置的外形尺寸仅为200(W)×200(D)×100(H)mm，重量仅为2kg，可满足社区、保健医院等场景中对现场快速检测仪器的便携式要求。

实施例2

结合图1-4，本实施例的磁固相萃取装置具体同实施例1，不同之处在于：本实施例中振动马达3固定连接于试管架1顶端，振动马达3振幅采用2mm，试管架1的圆柱凹槽内径采用9mm，高度采用30mm，样本管2直径采用8mm，高度采用35mm，以保证最优的旋转效果，实现微量样本在样本管2中的充分混匀。

本实施例选择人血清中25-羟基维生素D2和25-羟基维生素D3作为微量样本溶液中痕量化合物的代表，对磁固相萃取装置的各项性能进行反复测试，具有很好的稳定性与重复性。即本实施例中的目标分析物为人血清25-羟基维生素D2和人血清25-羟基维生素D3。

本实施例中的微量生物样本为加标的人血清样本。

利用上述磁固相萃取装置进行固相萃取的方法，包括以下步骤：

S1.启动第一电机112和第二电机115，带动移液针119移动至合适的位置；启动柱塞泵118，抽取100μL人血清样本于样本管2中；在未启动电磁铁组5的情况下，启动第一电机112和第二电机115，带动移液针119伸入第一管体6中，抽取200μL的磁性纳米颗粒悬浮溶液注射到样本管2中；

S2.启动振动马达3，驱动样本管2快速旋转，使磁性纳米颗粒快速分散于人血清样本中，30s后关闭振动马达3；

S3.向亥姆霍兹线圈组4通入相位差为90°的正弦电流，使样本管2中的磁性纳米颗粒成链并自旋，让磁性纳米颗粒与痕量化合物充分结合，30s后，停止向亥姆霍兹线圈组4通入电流，同时向电磁铁组5持续上电，在恒定磁场作用下，吸附了痕量化合物的磁性纳米颗粒聚集在样本管2的两侧；

S4.电磁铁组5持续上电30s后，向样本管2两侧的电磁铁交替通电，交替吸引溶液内的磁性纳米颗粒使其往返移动，充分将磁性纳米颗粒团中包裹的杂质释放于溶液中，之后保持电磁铁组5持续通电，启动第一电机112、第二电机115和柱塞泵118，使移液针119抽走样本管2中溶液；

S5.启动第一电机112、第二电机115和柱塞泵118，使移液针119从第二管体7中抽取淋洗液注射至样本管2中，重复步骤S2-S4，使得包裹在磁性纳米颗粒表面的杂质完全脱落；

S6.启动第一电机112、第二电机115和柱塞泵118，使移液针119从第三管体8中抽取洗脱液注射至样本管2中，重复步骤S2-S4，目的是使痕量化合物完全从磁性纳米颗粒表面洗脱下来；

S7.抽取样本管2中的洗脱液至液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)进行测试。

样本管2中的磁性纳米颗粒可回收利用。

本实施例中样本加标后，人血清25-羟基维生素D2的回收率为87％，人血清25-羟基维生素D3的回收率为89％。说明样本中的痕量化合物被磁性纳米颗粒充分捕获。人血清25-羟基维生素D2的绝对基质效应为40％，人血清25-羟基维生素D3的绝对基质效应为45％。说明该固相萃取装置以及固相萃取方法，可以使磁性纳米颗粒与待测样本充分接触，吸附目标物。同时在清洗和洗脱的时候，也能很好的分散在清洗液和洗脱液中，使得洗脱液中的干扰物得到很好的去除，达到基质净化的目的。

实施例3

结合图1-4，本实施例的磁固相萃取装置具体同实施例1，不同之处在于：本实施例中振动马达3固定连接于试管架1顶端，振动马达3振幅采用2mm，试管架1的圆柱凹槽内径采用13mm，高度采用40mm，样本管2直径采用10mm，高度采用45mm，以保证最优的旋转效果，实现微量样本在样本管2中的充分混匀。

本实施例选择小麦中呕吐毒素(DON)作为植物样本中微量化合物的代表，对磁固相萃取装置的各项性能进行反复测试，具有很好的稳定性与重复性。即本实施例中的目标分析物为呕吐毒素(DON)。

本实施例中的微量生物样本为小麦粉。将小麦粉与超纯水进行混匀振荡后离心取上清液。之后加入样本稀释液混合均匀得到待测液样本。

利用上述磁固相萃取装置进行固相萃取的方法，包括以下步骤：

S1.启动第一电机112和第二电机115，带动移液针119移动至合适的位置；启动柱塞泵118，抽取100μL待测液样本注射到样本管2中；在未启动电磁铁组5的情况下，启动第一电机112和第二电机115，带动移液针119伸入第一管体6中，抽取200μL的磁性纳米颗粒悬浮溶液注射到样本管2中；

S2.启动振动马达3，驱动样本管2快速旋转，使磁性纳米颗粒快速分散于待测液样本中，30s后关闭振动马达3；

S3.向亥姆霍兹线圈组4通入相位差为90°的正弦电流，使样本管2中的磁性纳米颗粒成链并自旋，让磁性纳米颗粒与微量目标物充分结合，30s后，停止向亥姆霍兹线圈组4通入电流，同时向电磁铁组5持续上电，在恒定磁场作用下，吸附了痕量化合物的磁性纳米颗粒聚集在样本管2的两侧；

S4.电磁铁组5持续上电30s后，向样本管2两侧的电磁铁交替通电，交替吸引溶液内的磁性纳米颗粒使其往返移动，充分将磁性纳米颗粒团中包裹的杂质释放于溶液中，之后保持电磁铁组5持续通电，启动第一电机112、第二电机115和柱塞泵118，使移液针119抽走样本管2中溶液；

S5.启动第一电机112、第二电机115和柱塞泵118，使移液针119从第二管体7中抽取淋洗液注射至样本管2中，重复步骤S2-S4，使得包裹在磁性纳米颗粒表面的杂质完全脱落；

S6.启动第一电机112、第二电机115和柱塞泵118，使移液针119从第三管体8中抽取洗脱液注射至样本管2中，重复步骤S2-S4，目的是使痕量化合物完全从磁性纳米颗粒表面洗脱下来；

S7.抽取样本管2中的洗脱液至呕吐毒素(DON)快速检测卡(荧光免疫层析法)后静置15分钟，然后***荧光免疫分析仪进行测试。

样本管2中的磁性纳米颗粒可回收利用。

本实施例中呕吐毒素的荧光免疫法测定结果为191ng/mL。经临床测定改待测样本中呕吐毒素含量为200ng/mL。而未经磁固相萃取的荧光免疫法测定结果为183ng/mL。说明待测液样本中的呕吐毒素与磁性纳米颗粒充分反应，高倍的浓缩提纯降低了基质干扰，提高了检测准确度。证明了本发明提供的固相萃取装置及固相萃取方法在生物医药，食品安全等多领域具有广泛的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于原位磁操控的高效磁固相萃取装置，包括安装于固定架(9)内部的试管架(1)，其特征在于，所述试管架(1)上固定有用于产生离心力的振动马达(3)，所述试管架(1)内安装有样本管(2)，所述样本管(2)的周围固定有用于产生旋转磁场的亥姆霍兹线圈组(4)和用于产生往复磁场电磁铁组(5)，所述亥姆霍兹线圈组(4)为两对正交安装的空心线圈组，且设置于所述样本管(2)的四个方向，所述电磁铁组(5)为固定于所述固定架(9)内且正对安装的电磁铁，其设置于所述样本管(2)的另两个方向。

2.根据权利要求1所述的磁固相萃取装置，其特征在于，还包括移液机构(11)和固定板(10)，所述移液机构(11)用于转移溶液，所述固定板(10)固定连接或可拆卸连接于所述固定架(9)的两侧，所述移液机构(11)设置于所述固定板(10)上。

3.根据权利要求1或2所述的磁固相萃取装置，其特征在于，还包括第一管体(6)、第二管体(7)和第三管体(8)，所述第一管体(6)、第二管体(7)和第三管体(8)依次用于盛放活化后的磁性纳米颗粒悬浮溶液、淋洗液和洗脱液。

4.根据权利要求2所述的磁固相萃取装置，其特征在于，所述移液机构(11)包括横板(111)、第一电机(112)、第一皮带(113)、第一活动板(114)、第二电机(115)、第二皮带(116)、第二活动板(117)、柱塞泵(118)和移液针(119)，所述横板(111)与所述固定板(10)固定连接，所述横板(111)固定连接有所述第一电机(112)，所述第一电机(112)用于驱动所述第一皮带(113)转动以带动第一活动板(114)沿所述横板(111)的方向移动，所述第一皮带(113)固定连接有所述第一活动板(114)，所述第一活动板(114)固定连接有第二电机(115)，所述第二电机(115)用于驱动所述第二皮带(116)转动以带动第二活动板(117)沿垂直于所述横板(111)的方向移动，所述第二皮带(116)固定连接有所述第二活动板(117)，所述第二活动板(117)固定连接有所述柱塞泵(118)，所述柱塞泵(118)通过硅胶管连接有移液针(119)，所述柱塞泵(118)用于驱动移液针(119)吸取和注射溶液。

5.根据权利要求1所述的磁固相萃取装置，其特征在于，所述振动马达(3)的振幅为1-2mm，优选1mm。

6.根据权利要求1所述的磁固相萃取装置，其特征在于，所述样本管(2)的直径为8-10mm，优选9mm；所述样本管(2)的高度为35-45mm，优选40mm。

7.根据权利要求1所述的磁固相萃取装置，其特征在于，所述试管架(1)的圆柱凹槽内径为9-13mm，优选10mm；所述试管架(1)的圆柱凹槽高度30-40mm，优选35mm。

8.一种使用权利要求1-7任一所述的磁固相萃取装置进行固相萃取的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.启动移液机构(11)，依次抽取样本溶液、磁性纳米颗粒悬浮溶液注射到样本管(2)中；

S2.启动振动马达(3)，驱动样本管(2)旋转，使磁性纳米颗粒快速分散于样本管(2)溶液中，之后关闭振动马达(3)；

S3.向亥姆霍兹线圈组(4)通入相位差为90°的正弦电流，其产生的旋转磁场驱动磁性纳米颗粒成链并自旋以使磁性纳米颗粒与目标分析物充分结合，之后停止向亥姆霍兹线圈组(4)通电，同时向电磁铁组(5)持续通电，使磁性纳米颗粒聚集在样本管(2)的两侧；

S4.向样本管(2)两侧的电磁铁交替通电，交替吸引溶液内的磁性纳米颗粒使其往返移动，充分将磁性纳米颗粒团中包裹的杂质释放于溶液中，之后保持电磁铁组(5)持续通电，启动移液机构(11)抽走溶液；

S5.启动移液机构(11)抽取淋洗液加入样本管(2)中，重复步骤S2-S4，使得包裹在磁性纳米颗粒表面的杂质完全脱落；

S6.启动移液机构(11)抽取洗脱液加入样本管(2)中，重复步骤S2-S4，使得目标分析物从磁性纳米颗粒表面洗脱下来；

S7.对目标分析物进行检测。

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