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

背景技術：

免疫磁性富集是利用細胞表面抗原能與連接有磁珠的特異性單抗相結合，在外加磁場的作用下，通過抗體與磁珠相連的細胞被吸引而滯留在磁場中，而其它細胞因為不帶磁性，不能在磁場中停留，從而使細胞得以分離。其中，較具代表性的方法是磁性細胞分選系統(tǒng)(magneticactivatedcellsortingsystem,macs)，采用免疫磁珠標定胞膜或胞內的細胞抗原，然后通過外磁場來捕獲被免疫磁珠標記目標細胞。

循環(huán)腫瘤細胞(ctc)是指有原發(fā)腫瘤或腫瘤轉移灶釋放入外周血的腫瘤細胞，在健康人體內極為罕見。根據文獻報道，循環(huán)腫瘤細胞在惡性腫瘤形成早期即可釋放入血。循環(huán)腫瘤細胞由原發(fā)灶釋放進入血液循環(huán)，是惡性腫瘤復發(fā)和轉移的關鍵步驟。因此，ctc檢測被認為是一種新的診斷技術，一項新的預后評價工具、一項有效的惡性腫瘤治療應當的預測指標，在臨床應用中被寄予極高期望。

但是由于ctc細胞在外周血中的含量極少，必須通過富集細胞來提高檢測的靈敏度。ctc富集技術中的一種常用方法就是以免疫磁性富集為核心的技術，目前商業(yè)化的ctc富集和檢測技術，如cellsearch，選用epcam磁珠標記ctc并進行磁性篩選，但是其吸附磁珠的磁鐵被設置在樣品試管外，因此試管內的磁場不均勻，磁場強度隨磁場作用距離增加而衰減顯著，導致遠離磁鐵的一端的磁力幾乎為零，位于該端的目標細胞容易被漏吸而損失。此外被吸附捕獲的細胞需要進一步繁瑣的液體濃縮步驟以及轉移步驟才能用于下一步的分析和研究。

另一種吸附磁珠的方法是采用插入試管內的磁力棒，磁力棒的底面具有磁性，雖然這種方法可以大大提高磁場吸附效率，但是該方法的缺點是吸附完還要將細胞洗脫才能進行下一步的操作。當磁場無聚集平面時，若采用外鞘洗脫的方法，抽離時外鞘周圍的細胞將被完全浪費掉，造成損失及檢測的實效。磁場無聚集平面還將造成局部磁場強度的下降，影響吸附能力。此外，較大的吸附表面將使下一步染色和反應過程中的試劑用量大大增加，從而增加了使用成本。

因此，本領域的技術人員致力于開發(fā)一種裝置簡單，可產生磁場聚集平面，同時可快速、完全、集中吸附磁性粒子的磁分選裝置。

技術實現要素：

為實現上述目的，本發(fā)明提供了一種集中捕獲的磁分選裝置，包括磁芯和屏磁外鞘，所述磁芯為柱狀磁體，磁體的磁極分別位于柱的兩端。柱形磁鐵相較于普通磁體，其磁場強度高且磁場縱深衰減慢，可以顯著提高磁性顆粒捕獲效率，優(yōu)選為圓柱狀，直徑優(yōu)選為5-10mm。

所述屏磁外鞘由軟磁材料制得，包覆所述磁芯，僅露出所述磁芯的一個磁極處的端面。軟磁材料具有屏蔽磁場的功能，同時可聚集磁感線，從而將磁芯的磁場全部導向并聚焦至該端面，該端面即為磁性粒子的捕獲端面。這一設計的優(yōu)點是使磁珠標記細胞(磁性粒子)全部集中吸附在捕獲端面，而不會非特異性吸附在裝置的其他部位。所述屏磁外鞘優(yōu)選為圓管狀，內徑適于緊密地包裹所述磁芯，外徑優(yōu)選為10-15mm。

磁芯和軟磁外鞘組成磁分選裝置的主體結構。

所述磁芯用于提供強磁場，進一步地，所述磁芯由永磁材料、軟磁材料或其組合制得。進一步優(yōu)選為釹鐵硼磁鐵或電磁鐵。

本發(fā)明提供的磁分選裝置還可進一步包括隔離部，所述隔離部由非磁性材料制成，用于隔離磁芯的端面。進一步地，所述隔離部可為套狀的隔離外鞘，一端封口，可直接套于屏磁外鞘露出磁芯的一端。該隔離外鞘具有兩個功能：第一是避免該磁分選裝置與待測樣本的直接接觸，從而減少相互的污染；第二是磁分選裝置在完成吸附操作后，可以將磁芯抽走而捕獲的磁性顆粒不會被磁場帶走，通過漂洗，捕獲的磁性顆粒更加容易從該隔離外鞘上洗脫下來，方便對捕獲的磁性顆粒進行后續(xù)研究，包括單細胞操控，細胞培養(yǎng)等。進一步地，隔離外鞘上還可設置固定部，用于與所述屏蔽外鞘固定連接。該固定部用于方便磁芯、屏蔽外鞘及隔離外鞘之間的相互固定，在液體樣品中執(zhí)行吸附操作時，通常需要對其進行旋轉移動等操作，此部件使磁分選裝置成為一個整體，便于其在液體樣品中的運動，并減少由震蕩、流體阻力等因素帶來的能量損耗。

隔離部還可以為設置于捕獲端面外側的片狀的非磁性材料，該片狀材料可拆卸，因此，在完成吸附染色等步驟后，可直接將吸附了磁性顆粒的薄片取下置于熒光顯微鏡下觀察計數。

之前的磁分選裝置中，由于不存在軟磁材料包覆磁體的結構，捕獲的磁性顆粒并非存在于單獨某個平面上，而是分布于整個或部分磁體周圍，當磁性顆粒為稀有細胞如癌細胞時，需要進一步通過染色液或抗體溶液與吸附物進行反應，對于分布范圍廣的磁分選裝置，需要的染色液和抗體溶液量也大大增加，從而使成本急劇上升。因此，結合本發(fā)明的磁分選裝置，由于軟磁材料包覆磁體結構的存在，磁性顆粒如細胞將被濃縮在磁分選裝置捕獲端面，大大減少了檢測成本。此外，本磁分選裝置還可直接通過倒置顯微鏡進行觀察，操作簡單方便，大大節(jié)約了檢測時間。

進一步地，所述端面外側設置有片狀的非磁性材料。在完成吸附過程后，磁性粒子直接吸附于該非磁性薄片表面，可直接將該非磁性薄片從磁芯和屏磁外鞘上取下，置于倒置顯微鏡進行觀察。

本發(fā)明提供的磁分選裝置還可包括插桿，所述插桿被設置于所述磁芯或屏磁外鞘的一端，用于所述磁芯及屏磁外鞘的拿取和抽插。

本發(fā)明還提供了包含磁芯和屏蔽外鞘的分選裝置的分選方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)將所述磁分選裝置插入含有目標磁性顆粒的液體樣品中；

2)將所述裝置在樣品中旋轉和/或上下移動來充分吸附目標磁性顆粒，從而完成對目標磁性顆粒的分選。

優(yōu)選地，所述磁分選裝置在樣品中的運動由機械帶動。

優(yōu)選地，所述目標磁性顆粒的吸附過程中使用機械裝置攪拌液體樣品。

本發(fā)明還涉及以上磁分選裝置在稀有細胞捕獲中的應用。

本發(fā)明提供的磁分選裝置具有以下有益技術效果：

1、采用插入樣品中吸附的方式，通過旋轉、上下移動達到均勻吸附的目的，避免了現有技術中采用樣品外磁鐵而產生不均勻磁場和磁場強度嚴重衰減的問題；

2、本發(fā)明通過磁芯、屏蔽外鞘和隔離外鞘的設計將磁性粒子全部集中吸附于捕獲端面，減少了目標物質的損失；

3、本發(fā)明的磁芯部分采用軟體材料包裹的方式，穩(wěn)定提高了捕獲端面磁場的強度，具有更好的吸附效果；

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

以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個較佳實施例的裝置結構示意圖。

附圖標記：11、磁芯，12、屏磁外鞘，13、隔離外鞘

圖2是圖1中實施例的安裝后的結構示意圖。

附圖標記：21、磁芯，22、屏磁外鞘，23、隔離外鞘，24、夾具，25、試管

圖3是圖1中實施例的磁分選裝置與市售磁棒的捕獲效率對比圖。

圖4是本發(fā)明的另一個較佳實施例的裝置結構示意圖。

附圖標記：31、磁芯，32、屏磁外鞘，33、隔離薄片，34、插桿

圖5是圖1中實施例用于腫瘤細胞捕獲時不同數量腫瘤細胞對應的細胞捕獲率。

圖6是圖1中實施例表面捕獲的熒光標記的腫瘤細胞的光學顯微鏡照片。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，本實施例中的磁分選裝置包括磁芯11、屏磁外鞘12、隔離外鞘13。其中磁芯11為直徑為8mm，長33mm的圓柱狀釹鐵硼磁鐵，外部包覆有內徑8mm，外徑12mm的硅鋼管，即屏蔽外鞘12。硅鋼管外側包覆塑料的隔離外鞘13，隔離外鞘長66mm；硅鋼管一端與磁鐵對齊，露出磁鐵的下端面。

由于硅鋼管作為軟磁材料具有極高的磁導率，因此當將硅鋼管覆蓋于釹鐵硼磁鐵周圍時，外圍的本發(fā)散的磁感線將聚集于軟磁材料內部，外部磁場強度幾乎為0，而起到磁屏蔽的作用，因此軟磁材料的周圍無法吸附磁性粒子。由于原本發(fā)散的磁感線發(fā)生偏轉被聚集于軟磁材料內部，可通過設計軟磁材料的形狀，使得外部的磁感線偏轉至某一平面內富集，進一步將磁性粒子濃縮在此平面內。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全部偏轉向露出的端面，同時提高了聚集處的磁場強度，本實施例中的結構即可實現此種功能，用于富集磁性粒子的捕獲平面即為露出磁鐵的下端面。

此外，塑料隔離外鞘保證了磁性粒子不直接與磁芯接觸，該隔離外鞘可拆卸可更換，避免了直接接觸帶來的污染，同時在洗脫步驟時無磁力干擾，便于吸附物的洗脫。對于本實施例，由于為逐層包覆的結構，屏蔽外鞘的管壁外側無磁場，因此無法吸附磁性粒子，實際使用時，磁性粒子將聚集于塑料隔離外鞘下端，當撤走磁芯時，磁性粒子如無表面吸附作用或剩磁作用將直接由于重力作用落下，即使存在上述干擾作用力，僅需簡單的清洗即可將底部的磁性粒子洗脫，操作簡單方便。

塑料隔離外鞘上部還設置有固定部，用于將塑料隔離外鞘固定于屏蔽外鞘上，從而，當執(zhí)行吸附操作時，由于夾具與屏蔽外鞘固定，使用時僅需施加作用力于夾具即可使整個磁分選裝置在樣品中旋轉或上下移動，從而完成對目標磁性顆粒的分選步驟。

如圖2所示，本實施例的磁分選裝置包括磁芯21、屏蔽外鞘22及隔離外鞘23，該裝置可安裝在夾具24上，便于通過機械裝置驅動其在溶液中移動和旋轉。此外，可將該實施例的磁分選裝置連同夾具置于試管25中保存。夾具以及試管的形狀均可根據實際的機械裝置進行尺寸、形狀上的調整。

圖3給出了該磁分選裝置設計與現有市場上銷售的類似磁棒的對腫瘤細胞的捕獲效能比較。目前市場上銷售的用于磁珠捕獲實驗的磁棒其組成部分為：磁芯和塑料外鞘。與本發(fā)明的區(qū)別是沒有屏磁外鞘。因此目前市售的磁棒其磁場是不可控，會產生非特異性捕獲。其次，通過細胞摻入實驗的驗證，我們發(fā)現，在同樣捕獲時間內，市售磁棒的捕獲效能顯著低于本發(fā)明。

實施例2

如圖4所示，本實施例中的磁分選裝置包括磁芯31、屏蔽外鞘32、隔離薄片33及插桿34。磁芯31為直徑為6mm，長22mm的圓柱狀釹鐵硼磁鐵，外部包覆有內徑6mm，外徑10mm的硅鋼管，即屏蔽外鞘32。屏蔽外鞘的下端與磁芯下端面平齊，隔離薄33片為玻璃薄片，固定在下端面處。屏蔽外鞘上部與插桿34固定連接，可通過插桿抽拔或旋轉整個裝置。

實際使用時，待磁性顆粒吸附完成時，磁性顆粒將聚集于捕獲平面上，即隔離薄片的下端面上，此時可將磁分選裝置倒置后直接將隔離薄片取下，置于顯微鏡上觀察，由于使用透明的玻璃薄片，便于使用透射模式進行觀察。

實施例3

本實施例使用實施例1中給出的磁分選裝置進行skbr-3細胞摻入實驗。

在健康人全血中摻入預先熒光標記好的skbr-3腫瘤細胞系，數量分別為20個，60個，150個細胞。使用實施例1中的磁分選裝置在血液中吸附1小時，顯微鏡下觀察被磁性捕獲的細胞，如圖5所示，平均細胞捕獲率分別為96.57％，98.13％，99.39％。

圖6給出了磁分選裝置捕獲的細胞的顯微鏡照片。其中左圖為10倍顯微鏡下捕獲的細胞，右圖是左圖中左邊細胞在20倍鏡頭下的放大照片。

實施例4

本實施例提供了一種使用圖1中的磁分選裝置分選特定稀有細胞的方法，包括步驟：

1)在預處理過的血液樣品中加入免疫磁珠，結合目標稀有細胞；

2)將帶有隔離外鞘的磁分選裝置插入上述血液樣品中；

3)通過夾具帶動整個磁分選裝置，使裝置在樣品中緩慢而輕柔地旋轉(包括公轉和自轉)及上下移動來充分吸附結合有免疫磁珠的目標稀有細胞；

4)將吸附完成的磁分選裝置取出，先插入緩沖液中，通過緩慢而輕柔地旋轉及上下移動來清洗多余的雜質，然后插入細胞染色液中，通過緩慢而輕柔地旋轉及上下移動來確保充分染色；

5)將染色完成的磁分選裝置移入后續(xù)細胞計數或分析的裝置中，將塑料隔離外鞘底部對準計數或分析裝置的光路，抽出內部磁芯及屏蔽外鞘僅留下塑料隔離外鞘以供計數或分析研究。

以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據本發(fā)明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發(fā)明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。