本發(fā)明涉及一種磁分選裝置及其分選方法，尤其是一種適用于稀有細(xì)胞捕獲的磁分選裝置及其分選方法。

背景技術(shù)：

免疫磁性富集是利用細(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(chǎng)的作用下，通過(guò)抗體與磁珠相連的細(xì)胞被吸引而滯留在磁場(chǎng)中，而其它細(xì)胞因?yàn)椴粠Т判?，不能在磁?chǎng)中停留，從而使細(xì)胞得以分離。其中，較具代表性的方法是磁性細(xì)胞分選系統(tǒng)(magnetic activated cell sorting system,MACS)，采用免疫磁珠標(biāo)定胞膜或胞內(nèi)的細(xì)胞抗原，然后通過(guò)外磁場(chǎng)來(lái)捕獲被免疫磁珠標(biāo)記目標(biāo)細(xì)胞。

循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTC)是指有原發(fā)腫瘤或腫瘤轉(zhuǎn)移灶釋放入外周血的腫瘤細(xì)胞，在健康人體內(nèi)極為罕見(jiàn)。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，循環(huán)腫瘤細(xì)胞在惡性腫瘤形成早期即可釋放入血。循環(huán)腫瘤細(xì)胞由原發(fā)灶釋放進(jìn)入血液循環(huán)，是惡性腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟。因此，CTC檢測(cè)被認(rèn)為是一種新的診斷技術(shù)，一項(xiàng)新的預(yù)后評(píng)價(jià)工具、一項(xiàng)有效的惡性腫瘤治療應(yīng)當(dāng)?shù)念A(yù)測(cè)指標(biāo)，在臨床應(yīng)用中被寄予極高期望。

但是由于CTC細(xì)胞在外周血中的含量極少，必須通過(guò)富集細(xì)胞來(lái)提高檢測(cè)的靈敏度。CTC富集技術(shù)中的一種常用方法就是以免疫磁性富集為核心的技術(shù)，目前商業(yè)化的CTC富集和檢測(cè)技術(shù)，如CellSearch，選用EpCAM磁珠標(biāo)記CTC并進(jìn)行磁性篩選，但是其吸附磁珠的磁鐵被設(shè)置在樣品試管外，因此試管內(nèi)的磁場(chǎng)不均勻，磁場(chǎng)強(qiáng)度隨磁場(chǎng)作用距離增加而衰減顯著，導(dǎo)致遠(yuǎn)離磁鐵的一端的磁力幾乎為零，位于該端的目標(biāo)細(xì)胞容易被漏吸而損失。此外被吸附捕獲的細(xì)胞需要進(jìn)一步繁瑣的液體濃縮步驟以及轉(zhuǎn)移步驟才能用于下一步的分析和研究。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種可產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)、可快速、完全、集中吸附磁珠，同時(shí)無(wú)需洗脫即可進(jìn)行下一步分析和操作的磁分選裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高效且可集中捕獲目標(biāo)物質(zhì)的磁分選裝置，該磁分選裝置包括磁芯和插桿，所述磁芯被設(shè)置于所述插桿的一端，且該磁芯的側(cè)表面設(shè)置有捕獲平面，該捕獲平面可向外發(fā)出用于吸附液體樣品中的目標(biāo)含磁顆粒的磁場(chǎng)，所述插桿用于所述磁芯的拿取和抽插。

上述磁芯的設(shè)計(jì)可使目標(biāo)含磁顆粒集中吸附于磁芯表面的較小平面區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域的大小和形狀可根據(jù)需要設(shè)計(jì)，從而產(chǎn)生濃縮目標(biāo)物質(zhì)的效果，特別適用于樣品中稀有物質(zhì)的捕獲和收集。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述磁芯被一體化設(shè)置于所述插桿內(nèi)；進(jìn)一步的一種優(yōu)選實(shí)施方式為該磁芯可拆卸地安裝在所述插桿內(nèi)部。

進(jìn)一步，所述磁芯內(nèi)設(shè)置有用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體，該磁體由永磁材料或永磁與軟磁組合材料制成，該磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)磁芯表面的捕獲平面作用于液體樣品中；優(yōu)選地，所述永磁材料為汝鐵硼永磁鐵。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述磁體為僅對(duì)應(yīng)于所述捕獲平面的表面裸露，其余表面被軟磁材料包裹的永磁材料。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述磁芯包括磁體和容納槽，所述磁體被安裝在所述容納槽內(nèi)，所述磁芯表面的捕獲平面被設(shè)置為所述容納槽上的磁場(chǎng)透射窗，磁體發(fā)出的磁場(chǎng)通過(guò)該磁場(chǎng)透射窗向外透射，用于吸附液體樣品中的目標(biāo)含磁顆粒，該容納槽除磁場(chǎng)透射窗以外的區(qū)域被設(shè)置為不可透射磁場(chǎng)。進(jìn)一步，在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述容納槽的一個(gè)側(cè)面具有磁場(chǎng)透射窗。

所述磁場(chǎng)透射窗的一種較佳實(shí)施方式為鏤空，此種設(shè)計(jì)可使磁場(chǎng)無(wú)任何損耗地直接穿出，并可方便地通過(guò)該鏤空的窗口安裝和拆卸磁體，以便磁體的更換和清洗；所述磁場(chǎng)透射窗的另一種較佳實(shí)施方式為由磁場(chǎng)可透過(guò)材料制成，此種設(shè)計(jì)可更好地保護(hù)磁體防止脫落，同時(shí)可通過(guò)容納槽整體的可拆裝來(lái)實(shí)現(xiàn)磁體的更換和清洗。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述磁體為單獨(dú)的一塊永磁鐵或由2-9塊永磁鐵拼裝組合而成；由多塊永磁鐵拼裝而成的磁體，相鄰兩塊永磁鐵相對(duì)的面可以是不同磁極(即S-N或N-S)或者相同磁極(即S-S或N-N)。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述磁體由永磁鐵和軟磁材料組成，所述永磁鐵為六面體，其中五個(gè)面被軟磁材料包裹，僅露出一個(gè)與磁場(chǎng)透射窗相對(duì)應(yīng)的表面。這種設(shè)計(jì)可以最大限度的將磁體原本放射性分布的磁場(chǎng)全部偏轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)透射窗而不損耗磁場(chǎng)強(qiáng)度。優(yōu)選地，所述磁體由多塊包裹有軟磁材料的永磁鐵組成，該多塊永磁鐵的裸露面一致面向磁場(chǎng)透射窗排列；所述包裹有軟磁材料的永磁鐵的數(shù)量?jī)?yōu)選為2-9塊。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述磁體由多塊軟磁材料包裹的永磁鐵一字排列組成，且相互靠近的兩塊永磁鐵相對(duì)的磁極相同，由于磁力線的相斥作用，大量的磁力線會(huì)聚集在導(dǎo)磁性良好的軟磁材料上，使其磁化成磁極，從而延伸了磁極的長(zhǎng)度，采用“永磁+軟磁”的組合方式，可增加磁芯表磁的強(qiáng)度，特別是采用局部區(qū)域捕獲的情況下，該組合方式可將磁體四周的發(fā)散磁場(chǎng)引導(dǎo)至捕獲區(qū)域上，增強(qiáng)了捕獲區(qū)域的表磁，降低了漏磁，同時(shí)避免磁場(chǎng)損耗。

進(jìn)一步，所述插桿的另一端用于把持，因而較粗的設(shè)計(jì)可增大接觸面，而浸入液體樣品的部分應(yīng)以較細(xì)的設(shè)計(jì)為宜，可減少液體的溢出量；進(jìn)而在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述插桿浸入液體樣品的部分較一端的磁芯和另一端的把持部分為細(xì)。優(yōu)選地，所述插桿的遠(yuǎn)離磁芯的一端具有凸起，作為該裝置的卡位部件，使該磁分選裝置可方便地懸空固定在支撐架上。

進(jìn)一步，本發(fā)明還提供了無(wú)需洗脫即可分析和應(yīng)用于下游分析的磁分選裝置。該磁分選裝置包括磁芯和設(shè)置于磁芯表面的捕獲觀察窗，該捕獲觀察窗由透明的透磁材料制成，且該捕獲觀察窗是磁芯發(fā)出的磁場(chǎng)的唯一透射區(qū)域，由磁芯發(fā)出的磁場(chǎng)通過(guò)捕獲觀察窗向外發(fā)出，用于吸附液體樣品中的目標(biāo)含磁顆粒，且所述捕獲觀察窗可拆卸。

優(yōu)選地，所述捕獲觀察窗為平面。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，在上述高效且可集中捕獲目標(biāo)物質(zhì)的磁分選裝置的基礎(chǔ)上結(jié)合所述可拆卸捕獲觀察窗，即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物質(zhì)的高效、集中捕獲和免洗脫分析。

具體地，本發(fā)明提供了一種磁分選裝置包括磁芯、插桿和捕獲觀察窗，所述磁芯被設(shè)置于所述插桿的一端，且該磁芯的側(cè)表面設(shè)置有捕獲平面，該捕獲平面可向外發(fā)出用于吸附液體樣品中的目標(biāo)含磁顆粒的磁場(chǎng)，所述插桿用于所述磁芯的拿取和抽插，所述捕獲觀察窗被設(shè)置在對(duì)應(yīng)于所述捕獲平面的外部，所述捕獲觀察窗透明、可透磁且可拆卸。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述磁分選裝置包括磁芯、插桿和外鞘，所述外鞘可拆卸地套設(shè)于所述磁芯的外部，且具有捕獲觀察窗，與磁芯表面的捕獲平面相對(duì)應(yīng)，所述捕獲觀察窗由透明的透磁材料制成。磁場(chǎng)從磁芯表面的捕獲平面發(fā)出，透過(guò)外鞘上對(duì)應(yīng)的捕獲觀察窗作用于液體樣品，從而使目標(biāo)含磁顆粒聚集于所述捕獲觀察窗的位置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物質(zhì)的捕獲和濃縮的目的。聚集在捕獲觀察窗的目標(biāo)物質(zhì)無(wú)需洗脫，只需將該外鞘拆卸下來(lái)，即可方便地進(jìn)行后續(xù)各種處理(如染色)，在后續(xù)的分析和研究中該捕獲觀察窗則可直接在顯微鏡下進(jìn)行觀察。

優(yōu)選地，所述捕獲觀察窗為平面，可選擇為透明玻璃材質(zhì)；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述捕獲觀察窗宜選擇具有防滑防脫落性質(zhì)的材質(zhì)，可很好地附著樣品中的目標(biāo)物質(zhì)，防止失去磁場(chǎng)后目標(biāo)物質(zhì)從所述捕獲觀察窗表面脫落。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述外鞘具有相對(duì)的兩個(gè)平行平面，該兩個(gè)平面上各設(shè)置有一個(gè)透明的觀察窗；其中一個(gè)平面的觀察窗對(duì)應(yīng)于磁芯表面發(fā)出用于吸附液體樣品中目標(biāo)含磁顆粒的磁場(chǎng)的捕獲平面，作為所述捕獲觀察窗；另一個(gè)平面的觀察窗則位于該磁芯發(fā)出磁場(chǎng)的捕獲平面的背面，不用于捕獲目標(biāo)含磁顆粒，僅用于在觀察時(shí)提供透光。此種設(shè)計(jì)可將拆卸下來(lái)的外鞘直接置于顯微鏡下觀察。

為了減小所述磁分選裝置在液體樣品中的阻力，所述磁芯、容納槽和外鞘的外形應(yīng)盡可能采用弧線設(shè)計(jì)，如在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述外鞘為具有通孔的柱狀；在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例中，所述外鞘為一端封口的類似筆套的形狀；而為了方便觀察，所述觀察窗應(yīng)盡可能采用平面設(shè)計(jì)，如在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述外鞘為一端封口的，具有一對(duì)平行平面的類似膠囊狀。

進(jìn)一步，本發(fā)明還提供了一種上述磁分選裝置的分選方法，包括步驟：

1)將所述磁分選裝置插入含有目標(biāo)含磁顆粒的液體樣品中；

2)通過(guò)插桿帶動(dòng)整個(gè)所述磁分選裝置，使所述磁芯在樣品中旋轉(zhuǎn)和/或上下移動(dòng)來(lái)充分吸附目標(biāo)含磁顆粒，從而完成對(duì)目標(biāo)含磁顆粒的分選。

優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)包括公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，所述磁分選裝置在樣品中的運(yùn)動(dòng)由機(jī)械帶動(dòng)。

進(jìn)一步該分選方法還包括步驟：

3)將吸附完成的所述磁分選裝置取出并進(jìn)行必要的清洗、染色；

4)將染色完成的所述磁分選裝置移入后續(xù)研究的裝置中，抽出所述插桿及其連接的磁芯，留下外鞘以供下一步的計(jì)數(shù)或觀察研究。

本發(fā)明提供的磁分選裝置具有以下有益技術(shù)效果：

1、采用插入樣品中吸附的方式，通過(guò)旋轉(zhuǎn)、上下移動(dòng)達(dá)到均勻吸附的目的，避免了現(xiàn)有技術(shù)中采用樣品外磁鐵而產(chǎn)生不均勻磁場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度嚴(yán)重衰減的問(wèn)題；

2、本發(fā)明通過(guò)磁芯、捕獲觀察窗和外鞘的設(shè)計(jì)將現(xiàn)有技術(shù)中的洗脫步驟省略了，簡(jiǎn)化了流程，同時(shí)也減少了目標(biāo)物質(zhì)的損失；

3、本發(fā)明的磁芯部分采用永磁體交錯(cuò)排列以及軟體材料包裹的方式，穩(wěn)定提高了磁場(chǎng)的強(qiáng)度，具有更好的吸附效果；

4、本發(fā)明分選裝置的捕獲效率高，且可使目標(biāo)磁顆粒聚集在一個(gè)較小的區(qū)域內(nèi)，非常適合用于生物樣品中稀有目標(biāo)物質(zhì)，如捕獲液體樣品中可通過(guò)某種特定性質(zhì)而結(jié)合磁性顆粒的成分，尤其是稀有細(xì)胞的捕獲。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中實(shí)施例的插桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中實(shí)施例的磁體正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖1中實(shí)施例的外鞘結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖5中實(shí)施例的組合磁體排列正面結(jié)構(gòu)示意圖，a為磁極一致，b為磁極相反；

圖7是本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是圖7中實(shí)施例的磁芯與外鞘結(jié)合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是圖7中實(shí)施例的磁芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是圖7中實(shí)施例的外鞘正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是圖7中實(shí)施例的外鞘俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

圖1-4所示為本發(fā)明磁分選裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該磁分選裝置包括圓柱形插桿1，在插桿1的底端設(shè)置有磁芯2，該磁芯的內(nèi)部包裹有磁體，該磁體由永磁鐵21與包裹其外的軟磁材料22構(gòu)成(圖3)，永磁鐵21僅露出部分的側(cè)表面對(duì)應(yīng)于插桿1上的磁場(chǎng)透射窗(圖2中的長(zhǎng)方形區(qū)域)用于目標(biāo)含磁顆粒的捕獲，該透射窗可以為鏤空設(shè)計(jì)或采用透明的透磁材料制成，如玻璃；插桿1除磁場(chǎng)透射窗以外的區(qū)域，可采用透明、半透明或不透明材料制成。

此外該磁分選裝置還包括外鞘3(圖4)，該外鞘3像筆套一樣套在插桿1的外部，可拆卸。所述外鞘3上對(duì)應(yīng)于磁芯的磁場(chǎng)透射窗的位置處設(shè)置有捕獲觀察窗4，該捕獲觀察窗4的材料為玻璃，磁場(chǎng)可透過(guò)該捕獲觀察窗4吸附液體樣品中的目標(biāo)含磁顆粒，除捕獲觀察窗4以外的外鞘1的材料為透明、半透明或不透明材料，磁芯緊貼捕獲觀察窗，被捕獲的目標(biāo)含磁顆粒聚集于捕獲觀察窗4的位置，以便后續(xù)進(jìn)一步的觀察研究。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不唯一，任何可利用本發(fā)明的技術(shù)原理和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施目的的結(jié)構(gòu)都是可行的，如磁芯內(nèi)永磁體的大小、體積和磁場(chǎng)分布方式，軟磁材料的選型等。

實(shí)施例2

圖5所示為本發(fā)明磁分選裝置的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該磁分選裝置包括圓柱形的插桿1，插桿1的底端具有磁芯2，該磁芯內(nèi)設(shè)置有四塊正方體或長(zhǎng)方體的小磁體，每塊磁體都是由軟磁材料包裹五個(gè)外表面的永磁鐵構(gòu)成，未包裹的一面對(duì)應(yīng)于磁芯的磁場(chǎng)透射窗及外鞘3上的捕獲觀察窗4，且相鄰的兩塊永磁鐵的磁極一致(如圖6a中為N-S-N-S-N-S-N-S)或相反(如圖6b中為N-S-S-N-N-S-S-N)；此外該插桿1的靠近上端位置具有凸起5，可作為卡位部件，使裝置能方便地懸掛在支撐架上。本發(fā)明的磁體排列方式不唯一，任何可以滿足磁性要求的排列方式都是可行的。

實(shí)施例3

圖7所示為本發(fā)明磁分選裝置的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中插桿1的底端連接有磁芯2，插桿1的上端11為粗圓柱形，可便于握持，插桿1的中段12為細(xì)圓柱狀，當(dāng)該裝置插入液體樣品中時(shí)，此種設(shè)計(jì)可減少液體的溢出。

圖8所示為本實(shí)施例套有外鞘3時(shí)的磁芯2示意圖，圖9和圖10分別為磁芯2和外鞘3分開(kāi)后的示意圖，從圖9中可見(jiàn)，磁芯2具有容納槽23，該容納槽內(nèi)安裝有磁體，容納槽23上設(shè)置有磁場(chǎng)透射窗，磁體由永磁鐵21和其表面包裹的軟磁材料22組成，永磁鐵21面對(duì)磁場(chǎng)透射窗的一面未被包裹，磁場(chǎng)從這一面向外發(fā)出進(jìn)入液體樣品中，永磁鐵與軟磁材料的這種組合可以最大限度的將磁體原本放射性分布的磁場(chǎng)全部偏轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)透射窗而不損耗磁場(chǎng)強(qiáng)度。從圖10和圖11中可見(jiàn)，外鞘3的外形類似膠囊形狀，但是其對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)透射窗的面及其對(duì)面均為平面，該兩個(gè)平面上均設(shè)置有觀察窗4，為玻璃材質(zhì)，其中對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)透射窗的觀察窗4為捕獲觀察窗，用于集中捕獲目標(biāo)含磁顆粒，另一面的觀察窗4用于為觀察提供透光，以便于下游分析中的直接觀察。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供了一種用上述磁分選裝置分選特定稀有細(xì)胞的方法，包括步驟：

1)在預(yù)處理過(guò)的血液樣品中加入免疫磁珠，結(jié)合目標(biāo)稀有細(xì)胞；

2)將帶有外鞘的磁分選裝置插入上述血液樣品中；

3)通過(guò)插桿帶動(dòng)整個(gè)所述磁分選裝置，使所述磁芯在樣品中緩慢而輕柔地旋轉(zhuǎn)(包括公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn))及上下移動(dòng)來(lái)充分吸附結(jié)合有免疫磁珠的目標(biāo)稀有細(xì)胞；

4)將吸附完成的磁分選裝置取出，先插入緩沖液中，通過(guò)緩慢而輕柔地旋轉(zhuǎn)及上下移動(dòng)來(lái)清洗多余的雜質(zhì)，然后插入細(xì)胞染色液中，通過(guò)緩慢而輕柔地旋轉(zhuǎn)及上下移動(dòng)來(lái)確保充分染色；

5)將染色完成的磁分選裝置移入后續(xù)細(xì)胞計(jì)數(shù)或分析的裝置中，將外鞘上的觀察窗對(duì)準(zhǔn)計(jì)數(shù)或分析裝置的光路，抽出插桿僅留下外鞘以供計(jì)數(shù)或分析研究。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。