本發(fā)明涉及一種便攜式免疫磁珠三維微混合技術(shù)，特別是一種基于微流控芯片的便攜式免疫磁珠三維混合裝置，該裝置尤其適用于構(gòu)建實時現(xiàn)場分析檢測系統(tǒng)，并可應(yīng)用于特殊環(huán)境。

背景技術(shù)：

免疫磁珠(immunomagnetic bead,IMB)技術(shù)：是一種以特異的抗原抗體反應(yīng)為基礎(chǔ)的免疫學(xué)檢測和分離技術(shù)。它是以抗體包被的磁珠為載體，通過抗體與反應(yīng)介質(zhì)中特異性抗原結(jié)合，形成抗原-抗體復(fù)合物，此復(fù)合物在外加磁場的作用下發(fā)生定向移動，從而達(dá)到分離抗原的目的。它將固化試劑特有的優(yōu)點與免疫學(xué)反應(yīng)的高度特異性結(jié)合于一體，以免疫學(xué)為基礎(chǔ)，在免疫檢測、細(xì)胞分離、生物大分子純化和分子生物學(xué)等方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用。以免疫磁珠法分離細(xì)胞為例，基于細(xì)胞表面抗原能與連接有磁珠的特異性單抗相結(jié)合，在外加磁場中，表達(dá)特定抗原的細(xì)胞通過抗體與磁珠相連而被磁場吸附，不表達(dá)該種抗原的細(xì)胞則不與免疫磁珠結(jié)合因而不被磁場吸附，經(jīng)緩沖液沖洗從而使不同細(xì)胞得以分離。應(yīng)用免疫磁珠法分離細(xì)胞要求免疫磁珠與細(xì)胞進(jìn)行高效混合，傳統(tǒng)的方法一般是利用回旋儀混合器，使細(xì)胞與磁珠充分接觸，從而實現(xiàn)細(xì)胞與磁珠的特異性結(jié)合。回旋儀混合器雖然混合效率較高，但其體積較大，且一般只能在離心管內(nèi)完成，難以實現(xiàn)微型化及與其他功能單元集成化，不適合構(gòu)建實時現(xiàn)場分析檢測裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明設(shè)計一種基于微流控芯片的便攜式免疫磁珠三維混合裝置，該裝置尤其適用于構(gòu)建實時現(xiàn)場分析檢測裝置，并可應(yīng)用于特殊環(huán)境。

本發(fā)明所述的基于微流控芯片的便攜式免疫磁珠三維混合裝置，具體的，其包括相對應(yīng)的兩個平行設(shè)置的圓板，和垂直貫穿于兩個圓板的轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸于圓板上偏離圓心的位置穿過；所述圓板上分別設(shè)置有若干磁體；所述磁體在每個圓板上均勻排布，并且所述磁體在垂直位置上相互交錯。

具體的，優(yōu)選的方案中，所述的便攜式免疫磁珠三維混合裝置，其磁體嵌合于圓板中，在每個圓板上沿邊緣均勻排布，且在垂直位置上相互交錯。正由于轉(zhuǎn)軸于圓板上偏離圓心的位置穿過，且磁體在每個圓板上沿邊緣均勻排布，因此，各磁體的偏心距都不同；在圓板旋轉(zhuǎn)過程中，由于各磁體偏心距的不同，引起位于磁場區(qū)域內(nèi)的混合池中產(chǎn)生循環(huán)變化的磁場，進(jìn)而引起免疫磁珠在磁場中沿X軸和Y軸往復(fù)的運動；同時，由于兩個圓板上的磁體在垂直 位置上相互交錯的排列方式，在轉(zhuǎn)軸帶動兩個圓板旋轉(zhuǎn)的過程中，引起免疫磁珠在磁場中沿Z軸方向上往復(fù)運動。由此達(dá)到免疫磁珠在X軸、Y軸和Z軸三維運動，實現(xiàn)高效混合的目的。

具體的，優(yōu)選的方案中，所述的便攜式免疫磁珠三維混合裝置，其還包括與轉(zhuǎn)軸配合的驅(qū)動電機(jī)和轉(zhuǎn)軸底座。

具體的，優(yōu)選的方案中，所述的便攜式免疫磁珠三維混合裝置，其還包括用于固定微流控芯片的夾子。

此外，本發(fā)明還涉及一種基于便攜式微流控裝置的免疫磁珠三維混合方法，包括以下步驟：

①在微流控芯片的混合池中加入樣品和免疫磁珠；

②將上述微流控芯片的混合池置于權(quán)利要求1所述裝置的磁場區(qū)域中；

③通過驅(qū)動轉(zhuǎn)軸帶動兩個圓板旋轉(zhuǎn)，使嵌合于圓板中的磁鐵產(chǎn)生周期性的三維磁場，從而驅(qū)動混合池中的免疫磁珠進(jìn)行三維運動，實現(xiàn)高效混合。與常規(guī)免疫磁珠混合方法相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明采用微流控芯片作為免疫磁珠三維微混合平臺，該免疫磁珠三維混合裝置具有體積小、重量輕、便于攜帶、價格便宜，能夠進(jìn)行手持。

2、本發(fā)明通過微流控技術(shù)和機(jī)電一體化設(shè)備的方法，使整個免疫磁珠混合過程可以在室溫條件下進(jìn)行，且全程自動化，并易于集成其他操作單元，以進(jìn)一步構(gòu)建實時現(xiàn)場分析檢測系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是基于微流控芯片的便攜式免疫磁珠三維混合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是微流控芯片俯視圖；

圖3圖4是基于微流控芯片的便攜式免疫磁珠三維混合裝置原理示意圖；

圖5是不同尺寸的免疫磁珠對CD4淋巴細(xì)胞的捕獲效率。

圖中：1.上圓板；11.上圓板磁鐵；2.下圓板；21.下圓板磁鐵；3.轉(zhuǎn)軸；31.轉(zhuǎn)軸底座；32.驅(qū)動電機(jī)；4.芯片。

具體實施方式

下述非限制性實施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。本發(fā)明所述裝置的示意圖中，結(jié)構(gòu)尺寸均未標(biāo)注，主要體現(xiàn)本裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，實際生產(chǎn)使用過程中，可以根據(jù)需要調(diào)整結(jié)構(gòu)比例和尺寸。

下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。圖1為基于微流控芯片的便攜式免疫磁珠三 維混合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖1可見，本發(fā)明所述裝置由上圓板1、上圓板磁鐵11、下圓板2、下圓板磁鐵21、轉(zhuǎn)軸3、轉(zhuǎn)軸底座31、驅(qū)動電機(jī)32和芯片4組成。具體的，圓板1和圓板2相對應(yīng)的平行設(shè)置，轉(zhuǎn)軸3垂直貫穿于兩個圓板，所述轉(zhuǎn)軸3于圓板上偏離圓心的位置穿過；所述圓板1和圓板2上分別設(shè)置有四個磁體；所述磁體在每個圓板上均勻排布，并且上圓板磁鐵11、和下圓板磁鐵21在垂直位置上相互交錯。

其中，兩個圓板的直徑為50mm，厚度為3mm，轉(zhuǎn)軸3的偏心距為7mm，圓板1和圓板2上包括形狀相同、對稱分布的4個長15mm、寬6mm、高3mm的長方體釹鐵硼永磁鐵。

其還包括驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電32和轉(zhuǎn)軸底座31。所述驅(qū)動電機(jī)32是由微型直流電機(jī)和3V電源組成；

圓板1和圓板2水平平行放置，上圓板磁鐵11和下圓板磁鐵21依次錯開，圓板通過轉(zhuǎn)軸3由驅(qū)動電機(jī)32的微型直流電機(jī)驅(qū)動；

具體的，優(yōu)選的方案中，所述的便攜式免疫磁珠三維混合裝置，其還包括用于固定微流控芯片的夾子。

圖2是微流控芯片俯視圖，此微流控芯片中，用于混合免疫磁珠的混合池在本發(fā)明所述裝置的磁場混合區(qū)域之內(nèi)即可。本發(fā)明實施例中所使用的微流控芯片，其混合池位于微流控芯片的一端，為封閉結(jié)構(gòu)，形狀、長度和深度不限，至少有一個入口和一個出口；將裝有樣品與免疫磁珠的微流控芯片的混合池放置于本發(fā)明所述裝置的上圓板1、下圓板2之間的磁場區(qū)域中，啟動驅(qū)動電機(jī)32后，上圓板1、下圓板2同時繞轉(zhuǎn)軸3開始轉(zhuǎn)動，當(dāng)上圓板磁鐵11轉(zhuǎn)動至圖3位置時，此時混合池上部沒有磁鐵，故磁珠聚集于混合池底部；當(dāng)圓板轉(zhuǎn)至1/8周期位置時，混合池上方出現(xiàn)上圓板磁鐵11，下方?jīng)]有磁鐵，在兩個圓板從初始位置轉(zhuǎn)到1/8位置過程中，免疫磁珠沿著x軸正向、z軸正向移動，同時先沿著y軸負(fù)向移動，再沿著y軸正向移動，免疫磁珠移動至1/8周期位置的上圓板磁鐵11的下方位置；當(dāng)兩個圓板轉(zhuǎn)到1/4周期時，下圓板磁鐵21位于混合池的正下方(也位于混合池中心位置)，而上圓板沒有磁鐵位于混合池的正上方，在圓板由1/8周期位置向1/4周期位置過程中，免疫磁珠沿著x軸正向、z軸負(fù)方向運動，同時在y軸上運動是先正向后負(fù)向，最終免疫磁珠聚集在混合池中心位置底部運動；當(dāng)兩個圓板轉(zhuǎn)到3/8周期時，上圓板磁鐵11位于混合池的正上方，而下圓板2沒有磁鐵位于混合池的正下方，在圓板由1/4周期轉(zhuǎn)到3/8周期位置程中，免疫磁珠沿著x軸正向、z軸正方向,同時在y軸上運動是先負(fù)向后正向運動，免疫磁珠移動至3/8周期位置的上圓板磁鐵11下方位置；當(dāng)兩個圓板轉(zhuǎn)到1/2周期時，下圓板磁鐵21位于混合池的正下方(也位于混合池最右端)，而上圓板1沒有磁鐵位于混合池的正上方，在圓板從3/8周期位置轉(zhuǎn)到1/2周期位置過程中，磁珠沿著x軸正向、z軸負(fù)方向，同時在y軸上運動是先正向后負(fù)向，磁珠聚集混合池的另一端底部運動。 經(jīng)過1/2個周期免疫磁珠從微流控芯片的混合池一端沿著類螺旋線運動至混合池的另一端，其運動軌跡如圖4所示。當(dāng)兩個圓板轉(zhuǎn)動的后1/2周期，磁鐵與混合池的相對位置變化與前1/2周期相反，即圖3從右往左的順序，其運動軌跡也是圖4的反方向，最終磁珠又回到圖3初始位置。

當(dāng)兩個圓板不停的轉(zhuǎn)動，對應(yīng)于磁場混合區(qū)域的免疫磁珠與樣品，在磁場的變換下，不斷重復(fù)上述的運動軌跡，最終達(dá)到了充分的接觸、混合。

采用本發(fā)明的裝置以及不同尺寸的免疫磁珠捕獲人體CD4淋巴細(xì)胞，該混合過程在微流控芯片上自動完成，總時間為20分鐘,在磁珠與細(xì)胞數(shù)目的比例為5:1時，細(xì)胞的平均捕獲效率為65％以上，結(jié)果如圖5所示。