專利名稱：細(xì)胞磁標(biāo)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于細(xì)胞磁標(biāo)記和基因磁轉(zhuǎn)染的細(xì)胞磁標(biāo)儀，屬于納米生物技術(shù)及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁性納米材料(主要是顆粒材料,如Fe304、Y -Fe2O3納米顆粒)因其豐富的磁學(xué)特性和良好的生物相容性，在磁共振成像對比劑、細(xì)胞磁標(biāo)記示蹤、基因轉(zhuǎn)染和磁靶向藥物載體、細(xì)胞與生物分子分離、生物傳感與檢測、以及磁感應(yīng)腫瘤熱療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。隨著磁性納米顆粒做為磁共振造影劑的臨床應(yīng)用，許多研究者開始采用磁性納米顆粒對一些干細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞等進(jìn)行磁標(biāo)記，并采用磁共振進(jìn)行示蹤，以研究干·細(xì)胞移植后的遷移分化、腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和浸潤、免疫細(xì)胞的生物分布和靶器官等生物學(xué)行為，以指導(dǎo)臨床治療或奠定基礎(chǔ)。磁性納米顆粒標(biāo)記細(xì)胞的原理是基于培養(yǎng)環(huán)境中磁性納米顆粒對細(xì)胞的吸附和被細(xì)胞內(nèi)化以及通過胞吞、胞飲等方式進(jìn)入細(xì)胞，并動態(tài)累積。標(biāo)記的效率取決于納米顆粒的尺寸、表面包覆分子種類、表面電荷、聚集態(tài)等納米特性，也取決于細(xì)胞種類以及細(xì)胞培養(yǎng)液環(huán)境等。為了提高磁標(biāo)記效率，除了進(jìn)一步提高納米顆粒本身的性能外，另一個重要的手段是通過利用外磁場對磁性納米顆粒施加磁場力和機(jī)械擾動，以增強(qiáng)納米顆粒與細(xì)胞的相互作用，加速納米顆粒進(jìn)入細(xì)胞。基因的有效轉(zhuǎn)染和輸送是基因功能研究和腫瘤等疾病治療的關(guān)鍵技術(shù)，一直以來也是制約基因治療成功開展的重要問題?；騻鬟f系統(tǒng)分為病毒載體和非病毒載體。因?yàn)椴《据d體在免疫原性、細(xì)胞毒性、潛在致瘤性等方面的限制，非病毒載體，如陽離子聚合物和脂質(zhì)體的衍生物，獲得了快速的發(fā)展，但是仍然存在著轉(zhuǎn)染效率低、細(xì)胞毒性等問題。無機(jī)納米顆粒因其生物相容性和多功能性已經(jīng)發(fā)展為一類新的基因載體，尤其是磁性納米顆粒，具有磁共振示蹤、磁靶向輸送以及磁場增強(qiáng)的基因轉(zhuǎn)染等功能，在基因傳遞和治療中越來越顯示出重要的作用。與細(xì)胞磁標(biāo)記類似，為了提高負(fù)載基因的磁性納米顆粒轉(zhuǎn)染細(xì)胞的效率，各種磁場，如靜磁場、振蕩的永磁體陣列以及脈沖磁場等，已經(jīng)被用于增強(qiáng)磁性納米顆粒攜帶基因進(jìn)入細(xì)胞。靜磁場是基于放在細(xì)胞培養(yǎng)板下面的永磁鐵(一般是釹鐵硼磁體)對磁性納米顆粒施加向下的磁力，增強(qiáng)其與貼壁培養(yǎng)細(xì)胞的作用從而提高轉(zhuǎn)染效率；振蕩的永磁體陣列除了如上所述的磁力作用外，還進(jìn)行水平方向的振蕩(可有不同頻率)，從而進(jìn)一步增加磁性納米顆粒與細(xì)胞的作用。脈沖磁場則是由繞制的線圈提供的具有一定波形的磁場，設(shè)計(jì)構(gòu)造較復(fù)雜，成本較高，由于細(xì)胞培養(yǎng)空間的限制和本身熱效應(yīng)問題，形成的磁場強(qiáng)度較弱，在細(xì)胞轉(zhuǎn)染上不如靜磁場。靜磁場雖然能提供較強(qiáng)的磁力作用，但是隨之帶來的問題則是導(dǎo)致磁性納米顆粒過多沉降，覆蓋在貼壁細(xì)胞上，雖然轉(zhuǎn)染效率提高了，但是導(dǎo)致細(xì)胞活性降低和毒性；另一方面，對于一些懸浮培養(yǎng)的血液腫瘤細(xì)胞以及免疫細(xì)胞等，這種沉降甚至降低細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率。因此，如何進(jìn)一步設(shè)計(jì)構(gòu)造更合理的、適用于細(xì)胞磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染的磁場系統(tǒng)成為迫切的需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前脈沖磁場強(qiáng)度較弱、靜磁場導(dǎo)致磁性納米顆粒沉降，從而影響磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染效率的技術(shù)問題，本發(fā)明提出將靜磁場上下對稱放置，提高磁場均一性，以降低磁性納米顆粒沉降，同時以旋轉(zhuǎn)的方式提供交變的作用，形成空間和時間上對磁性納米顆粒的作用，不僅適用于貼壁培養(yǎng)細(xì)胞，亦適用于懸浮培養(yǎng)細(xì)胞。本發(fā)明以進(jìn)一步提高磁性納米顆粒對細(xì)胞磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染的效率為目的，設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種新型的細(xì)胞磁標(biāo)儀，其是一種對稱旋轉(zhuǎn)磁場系統(tǒng)，即將條形永磁體(釹鐵硼)上下對稱放置，使得磁場系統(tǒng)變?yōu)殡p層構(gòu)造，中間為細(xì)胞培養(yǎng)板插槽，上下兩層磁場相互作用，可以通過磁力吸引由下磁場帶動上磁場轉(zhuǎn)動，強(qiáng)化、均勻了作用磁場，形成的旋轉(zhuǎn)磁場在變化的空間和時間上增強(qiáng)了磁性納米顆粒對細(xì)胞的作用，解決了目前磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染設(shè)備效率低的難題。具體技術(shù)方案如下一種用于增強(qiáng)磁性納米顆粒對細(xì)胞磁標(biāo)記和基因磁轉(zhuǎn)染的細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在 于，該細(xì)胞磁標(biāo)儀包括三層結(jié)構(gòu)位于下部的下磁場盒、位于上部的上磁場盒，以及位于上磁場盒和下磁場盒作用空間內(nèi)的中間層，該中間層為細(xì)胞培養(yǎng)板；下磁場盒為驅(qū)動和控制部分，磁條固定于轉(zhuǎn)臺上，由電機(jī)帶動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；上磁場盒為從動磁場部分，由固定在轉(zhuǎn)軸上的磁條組成，與下磁場完全對齊，能在下磁場驅(qū)動下同步旋轉(zhuǎn)；下磁場盒和上磁場盒中間包括適于放置細(xì)胞培養(yǎng)板的插槽。進(jìn)一步地，下磁場盒的驅(qū)動部分為轉(zhuǎn)速可調(diào)電機(jī)，控制部分由單片機(jī)控制電路板、速度傳感器、液晶屏、按鈕組成，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和計(jì)時功能。進(jìn)一步地，在于采用上下對稱放置的永磁體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，永磁體為釹鐵硼磁條，磁條長度能覆蓋整個細(xì)胞培養(yǎng)板，能提供較強(qiáng)的均一作用磁場空間。進(jìn)一步地,驅(qū)動電機(jī)帶動下磁場旋轉(zhuǎn),下磁場通過磁力作用帶動上磁場同步旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步地，上下磁場中間設(shè)置細(xì)胞培養(yǎng)板插槽，適用于6、24、96孔細(xì)胞培養(yǎng)板放置。進(jìn)一步地，細(xì)胞磁標(biāo)儀采用一體化密封設(shè)計(jì)。進(jìn)一步地，置于細(xì)胞培養(yǎng)箱中的裝置供電使用12V開關(guān)電源，進(jìn)入細(xì)胞培養(yǎng)箱的導(dǎo)線部分采用柔性線路板連接。進(jìn)一步地，旋轉(zhuǎn)磁場速度可調(diào)范圍為100-2000r/min。本發(fā)明具有以下有益效果采用上下對稱磁場結(jié)構(gòu),下部旋轉(zhuǎn)磁場帶動上部從動磁場同步旋轉(zhuǎn),形成的作用磁場均勻，每掃描一周即可受到一次相反磁極的作用，保證了細(xì)胞培養(yǎng)板中的磁性納米顆粒受到均一的磁擾動，不易沉淀，對細(xì)胞的作用顯著增強(qiáng)，可有效增強(qiáng)細(xì)胞磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染的效率。由于效率的提高，可以降低磁性納米顆粒標(biāo)記或轉(zhuǎn)染細(xì)胞時的使用劑量或減小作用時間，這對體內(nèi)安全和快速遞送基因特別重要。上下磁場中間插槽設(shè)計(jì)，適用于6、24、96孔細(xì)胞培養(yǎng)板放置，整機(jī)外表平整，適合滅菌消毒。下部電機(jī)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)磁場帶動上部磁場同步轉(zhuǎn)動，使得驅(qū)動裝置大為簡化，節(jié)省空間，使設(shè)備更為小型化，便于放置在細(xì)胞培養(yǎng)箱中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。設(shè)備采用1602數(shù)顯，簡潔明了，傻瓜式操作。大范圍轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)(100-2000r/min)，方便的計(jì)時功能，便于細(xì)胞磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染控制，便于研究不同時間和旋轉(zhuǎn)速度對磁性納米顆粒作用細(xì)胞的影響。


圖I為細(xì)胞磁標(biāo)儀的正視圖。圖2為細(xì)胞磁標(biāo)儀的立體示意圖。圖3為細(xì)胞磁標(biāo)儀的內(nèi)部設(shè)計(jì)構(gòu)造示意圖。圖中I為上磁場盒，2為下磁場盒，3為培養(yǎng)板插槽，4為開機(jī)鍵，5為設(shè)置鍵，6為大調(diào)節(jié)鍵，7為小調(diào)節(jié)鍵，8為轉(zhuǎn)速顯示，9為時間顯示，10為可調(diào)電機(jī)，11為磁條，12為轉(zhuǎn)臺，13為上轉(zhuǎn)臺固定支架，14為下電機(jī)固定支架，15為單片機(jī)控制電路板，16為速度傳感器，17為連接導(dǎo)線。
具體實(shí)施例方式本專利設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種新型的細(xì)胞磁標(biāo)儀，利用對稱旋轉(zhuǎn)磁場系統(tǒng)，強(qiáng)化、均勻了 作用磁場，同時形成的旋轉(zhuǎn)磁場在變化的空間和時間上增強(qiáng)了磁性納米顆粒對細(xì)胞的作用，從而有效提聞了細(xì)胞磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染的效率。具體實(shí)施方案是整機(jī)采用一體化外殼設(shè)計(jì)，使用塑料材質(zhì)，無電磁效應(yīng)，密封性好，外殼的一體化密封設(shè)計(jì)便于采用紫外輻照及酒精擦拭等方式進(jìn)行消毒滅菌，以符合細(xì)胞培養(yǎng)無菌要求。整機(jī)分為三層結(jié)構(gòu)，如附圖1、2和3所示。圖I和圖2分別為細(xì)胞磁標(biāo)儀的正視圖和立體示意圖。圖中I為上磁場盒，2為下磁場盒，3為培養(yǎng)板插槽，4為開機(jī)鍵，5為設(shè)置鍵，6，7為大小調(diào)節(jié)鍵，8為轉(zhuǎn)速顯示，9為時間顯示。圖3為細(xì)胞磁標(biāo)儀的內(nèi)部設(shè)計(jì)構(gòu)造示意圖。圖中I為上磁場盒，2為下磁場盒，3為培養(yǎng)板插槽，4為開機(jī)鍵，5為設(shè)置鍵，6，7為大小調(diào)節(jié)鍵，8為轉(zhuǎn)速顯示，9為時間顯示，10為可調(diào)電機(jī)，11為磁條，12為轉(zhuǎn)臺，13為上轉(zhuǎn)臺固定支架，14為下電機(jī)固定支架，15為單片機(jī)控制電路板，16為速度傳感器，17為連接導(dǎo)線。下磁場盒為細(xì)胞磁標(biāo)儀的驅(qū)動和控制部分驅(qū)動部分為轉(zhuǎn)速可調(diào)電機(jī)，磁條固定于轉(zhuǎn)臺上，由電機(jī)帶動轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，進(jìn)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；控制部分由單片機(jī)控制電路板、速度傳感器、液晶屏、按鈕組成，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)(100-2000r/min)和計(jì)時功能。電源輸入、速度傳感器輸入、驅(qū)動馬達(dá)輸出、鍵盤及顯示屏輸出集成在控制電路板上。上磁場盒為從動磁場部分，由固定在轉(zhuǎn)軸上的磁條組成，與下磁場完全對齊，能在下磁場驅(qū)動下同步旋轉(zhuǎn)。中間層處于上下磁場作用的空間內(nèi)，為適合細(xì)胞培養(yǎng)板放置的插槽式結(jié)構(gòu)，適用于6孔板、24孔板和96孔板，方便不同的細(xì)胞培養(yǎng)需要。采用上下對稱旋轉(zhuǎn)磁場的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，上下磁場采用條形釹鐵硼磁條，對稱放置，磁條長度能覆蓋整個細(xì)胞培養(yǎng)板。下磁場通過磁力作用帶動上磁場旋轉(zhuǎn)，一方面提供了均一的作用磁場空間，并以時空周期性變化的方式作用于培養(yǎng)板各孔中的磁性納米顆粒，進(jìn)而與細(xì)胞作用，另一方面，上磁場無需電極驅(qū)動，節(jié)省了空間和能耗，使設(shè)備更加小型化，便于放置在細(xì)胞培養(yǎng)箱中工作。液晶顯示分為速度顯示和計(jì)時顯示。按鈕包括開機(jī)鍵、設(shè)置鍵和大小調(diào)節(jié)鍵，能對旋轉(zhuǎn)速度和計(jì)時進(jìn)行設(shè)置和調(diào)節(jié)。細(xì)胞磁標(biāo)儀供電使用12V開關(guān)電源，進(jìn)入細(xì)胞培養(yǎng)箱的導(dǎo)線部分采用柔性線路板連接。
權(quán)利要求
1.一種用于增強(qiáng)磁性納米顆粒對細(xì)胞磁標(biāo)記和基因磁轉(zhuǎn)染的細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于，該細(xì)胞磁標(biāo)儀包括三層結(jié)構(gòu)位于下部的下磁場盒、位于上部的上磁場盒，以及位于上磁場盒和下磁場盒作用空間內(nèi)的中間層，該中間層為細(xì)胞培養(yǎng)板；下磁場盒為驅(qū)動和控制部分，磁條固定于轉(zhuǎn)臺上，由電機(jī)帶動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；上磁場盒為從動磁場部分，由固定在轉(zhuǎn)軸上的磁條組成，與下磁場完全對齊，能在下磁場驅(qū)動下同步旋轉(zhuǎn)；下磁場盒和上磁場盒中間包括適于放置細(xì)胞培養(yǎng)板的插槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于下磁場盒的驅(qū)動部分為轉(zhuǎn)速可調(diào)電機(jī)，控制部分由單片機(jī)控制電路板、速度傳感器、液晶屏、按鈕組成，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和計(jì)時功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于采用上下對稱放置的永磁體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，所述永磁體為釹鐵硼磁條，磁條長度能覆蓋整個細(xì)胞培養(yǎng)板，能提供較強(qiáng)的均一作用磁場空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于驅(qū)動電機(jī)帶動下磁場旋轉(zhuǎn)，下磁場通過磁力作用帶動上磁場同步旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于上下磁場中間設(shè)置細(xì)胞培養(yǎng)板插槽，適用于6、24、96孔細(xì)胞培養(yǎng)板放置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于細(xì)胞磁標(biāo)儀采用一體化密封設(shè)計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要5所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于置于細(xì)胞培養(yǎng)箱中的裝置供電使用12V開關(guān)電源，進(jìn)入細(xì)胞培養(yǎng)箱的導(dǎo)線部分采用柔性線路板連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于旋轉(zhuǎn)磁場速度可調(diào)范圍為100-2000r/mino
全文摘要
本發(fā)明以進(jìn)一步提高磁性納米顆粒對細(xì)胞磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染的效率為目的，設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種新型的細(xì)胞磁標(biāo)儀，其是一種對稱旋轉(zhuǎn)磁場系統(tǒng)，即將條形永磁體(釹鐵硼)上下對稱放置，使得磁場系統(tǒng)變?yōu)殡p層構(gòu)造，中間為細(xì)胞培養(yǎng)板插槽，上下兩層磁場相互作用，可以通過磁力吸引由下磁場帶動上磁場轉(zhuǎn)動，強(qiáng)化、均勻了作用磁場，形成的旋轉(zhuǎn)磁場在變化的空間和時間上增強(qiáng)了磁性納米顆粒對細(xì)胞的作用，解決了目前磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染設(shè)備效率低的難題。
文檔編號C12M1/42GK102911865SQ201210448748
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者張宇, 韓國志, 蔡奕康, 王建國, 龐峰飛 申請人:南京東納生物科技有限公司