磁性萃取課件

磁性萃取姓名：學(xué)號(hào)：時(shí)間：2013.12.26課程：生物分離工程12006-9-14外場(chǎng)強(qiáng)化萃取技術(shù)外場(chǎng)離心力場(chǎng)電場(chǎng)超聲場(chǎng)磁場(chǎng)微波新型萃取分離技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

2006-9-14磁性萃取技術(shù)

1、磁性固相萃取技術(shù)(MSPE)

基于磁性納米材料的使用，利用磁性微球吸附目標(biāo)物2、基于磁泳的分離技術(shù)利用磁場(chǎng)誘導(dǎo)的微粒運(yùn)動(dòng)即磁泳對(duì)磁響應(yīng)性粒子進(jìn)行精細(xì)分離2006-9-14磁性萃取技術(shù)的概念、原理磁性微球：一般由具有超順磁性無機(jī)納米磁性材料（Fe、Co、Ni及其氧化物等）和高分子兩部分組成。超順磁性：當(dāng)磁性的粒徑小于某一臨界尺寸后，在有外加磁場(chǎng)存在時(shí)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的磁性；但當(dāng)外加磁場(chǎng)撤銷后，無剩磁，不再表現(xiàn)出磁性。磁性微球類型：核殼型、混合型、多層型2006-9-14磁性微球特性：具有良好的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)很好的選擇性磁響應(yīng)性物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并且有一定的生物相容性表面改性帶有多種活性的功能基團(tuán)，專一性的分離生物大分子原理：磁球吸附目標(biāo)物，然后通過磁分離器進(jìn)行分離，最后從磁球上把目標(biāo)物洗脫下來，達(dá)到純化目標(biāo)產(chǎn)物的目的。2006-9-143、磁性金屬-有機(jī)框架材料(MOF)超高的比表面積、可控的孔結(jié)構(gòu),在氣體吸附、催化、儲(chǔ)氫、吸附等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。為什么要進(jìn)行磁性粒子的改性?純粹的氧化鐵納米粒子很容易聚集,這可能會(huì)改變其磁性。這些納米大小的金屬氧化物沒有目標(biāo)選擇性,不適合用于復(fù)雜基質(zhì)樣品的萃取,因此：通常需選擇一種合適的涂層對(duì)其進(jìn)行表面改性,以使納米粒子穩(wěn)定并防止其表面氧化。如：十八烷基硅烷(ODS)材料、聚苯乙烯涂層2006-9-14磁性萃取操作步驟含有目標(biāo)物的液體與磁珠混合，培育階段兩者發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)。磁珠目標(biāo)物復(fù)合體被磁分離器分離清洗復(fù)合體表面的雜質(zhì)通過洗脫使目標(biāo)物從復(fù)合體中分離，得到純化的目標(biāo)產(chǎn)物。2006-9-14磁性分流薄層分級(jí)磁性分流薄層分級(jí)(splitflowthinfractionation,SPLITT)

是為分離具有磁響應(yīng)性的大分子、膠體和微粒而發(fā)展起來的新型制備分離純化技術(shù)。載體溶液和樣品溶液分別通過入口a和b

進(jìn)入磁性分離通道。當(dāng)樣品粒子被載流體攜帶通過分離通道時(shí),磁性微粒會(huì)受到外磁場(chǎng)的作用力在分離通道的徑向上發(fā)生磁泳遷移。載液的流速通常高于樣品溶液的流速,以便減小樣品粒子因擴(kuò)散而引起的區(qū)帶擴(kuò)張?？梢愿鶕?jù)粒子的場(chǎng)致流速的差別,對(duì)不同磁化率的粒子進(jìn)行分離。實(shí)例：應(yīng)用這一技術(shù)測(cè)定了不同離子標(biāo)記的紅血細(xì)胞的磁化率。2006-9-14四極磁場(chǎng)磁泳分離四極磁場(chǎng)流動(dòng)分離(quadrupolemagneticflowsorting,QMS)

技術(shù)是在分流薄層分離技術(shù)上發(fā)展出來的一種連續(xù)磁泳分離技術(shù)。由于其樣品處理的高通量特點(diǎn),這一技術(shù)在細(xì)胞分選方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。結(jié)構(gòu)：4個(gè)雙曲型的永磁鐵,在這4個(gè)永磁鐵的中心位置有一個(gè)與其同心的空心圓筒,其內(nèi)部有一個(gè)與圓筒同心且長度相同的實(shí)心圓柱棒,在圓筒與圓柱之間存在與它們同心的兩個(gè)短圓筒,分別位于進(jìn)口和出口位置。操作：樣品溶液和載液分別通過進(jìn)口a和b進(jìn)入磁性分離器。具有不同磁化率的樣品組分在磁場(chǎng)作用下獲得不同的場(chǎng)致流速,因此分別通過出口a和b流進(jìn)兩個(gè)組分收集器。2006-9-14微芯片磁泳分離結(jié)構(gòu)：微芯片磁泳裝置的核心部件為一矩形中空的平板微芯片分離室,兩端均勻分布著許多液體進(jìn)口和出口通道,分離室的上方放置一塊永磁鐵(圖4)。操作：樣品溶液從進(jìn)口通道連續(xù)進(jìn)入分離室,沿著x軸方向做層流流動(dòng)；樣品中的非磁性組分將在與樣品進(jìn)口相對(duì)應(yīng)的出口處離開分離室；磁性組分由于受到與x方向垂直的y方向上磁性作用力而產(chǎn)生y方向上的運(yùn)動(dòng)；2006-9-14與常規(guī)的固相萃取(SPE)柱填料相比：納米粒子的比表面積大、擴(kuò)散距離短,只需使用少量的吸附劑和較短的平衡時(shí)間就能實(shí)現(xiàn)萃取分離,因此具有較高的萃取能力和萃取效率；經(jīng)功能化修飾,磁性吸附劑有望實(shí)現(xiàn)對(duì)分析物的選擇性萃取。磁性吸附劑經(jīng)適當(dāng)?shù)臐櫹粗罂梢匝h(huán)使用；MSPE僅通過施加一個(gè)外部磁場(chǎng)即可實(shí)現(xiàn)相分離,因此操作簡(jiǎn)單、省時(shí)快速、無需離心過濾等繁瑣操作,避免了傳統(tǒng)SPE吸附劑需裝柱和樣品上樣等耗時(shí)問題；在處理生物、環(huán)境樣品時(shí)不會(huì)存在SPE中遇到的柱堵塞的問題；2006-9-14應(yīng)用前景：磁性材料的應(yīng)用為痕量分析物的預(yù)富集打開了一扇新窗,磁性納米材料越來越多地應(yīng)用于環(huán)境分析和藥物分析中。磁性粒子表面修飾的不足：使用表面活性劑涂層修飾的最大缺點(diǎn)是在洗分析物時(shí),表面活性劑膠束被破壞,這將引起解吸溶劑中含有高濃度的表面活性劑,從而可能會(huì)干擾質(zhì)譜、紫外或熒光檢測(cè);磁性高分子聚合物、和磁性分子印跡材料制備較繁瑣,吸附萃取的選擇性、重現(xiàn)性還不盡如人意。因此：開發(fā)研究物理化學(xué)穩(wěn)定性高、使用壽命長、吸附容量大、萃取效率高、選擇性好的新型磁性納米材料已成為目前國內(nèi)外磁分離技術(shù)研究的重要課題。2006-9-141.2免疫磁珠技術(shù)免疫磁珠(immunomagneticbead,IMB)技術(shù)原理：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(cè)和分離技術(shù)。免疫磁球可以看作是親合層析技術(shù)中的微型配基載體。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，在磁場(chǎng)中具有與其它組分不同的磁響應(yīng)性，此復(fù)合物在外加磁場(chǎng)的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，從而達(dá)到分離抗原的目的。2006-9-14操作步驟圖示2006-9-14三、免疫磁性微球的應(yīng)用1、用于細(xì)胞分離和提純使用IMB進(jìn)行分離細(xì)胞有兩種方式；直接從細(xì)胞混合液中分離出靶細(xì)胞的方法，稱為陽性分離；用免疫磁珠去除無關(guān)細(xì)胞，使靶細(xì)胞得以純化的方法稱為陰性分離。免疫磁珠技術(shù)可用來分離人類各種細(xì)胞如紅細(xì)胞、外周血嗜酸/堿性粒細(xì)胞，神經(jīng)干細(xì)胞、造血細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、γδT淋巴細(xì)胞，人類關(guān)節(jié)滑膜細(xì)胞，樹突狀細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞、及多種腫瘤細(xì)胞等。2、體外細(xì)胞擴(kuò)增樹突狀細(xì)胞(Dendriticcells，DC)、造血干、祖細(xì)胞等細(xì)胞在科研及臨床上都具有巨大的應(yīng)用價(jià)值，但是在體內(nèi)含量較少而且分布廣泛，難以獲得大量高純度的細(xì)胞，限制了該領(lǐng)域的發(fā)展。體外擴(kuò)增輔以免疫磁珠技術(shù)有望解決這一難題。在這一過程中，用免疫磁性微球分離純化出待擴(kuò)增的細(xì)胞，用特定的因子組合培養(yǎng)，許多研究者用這樣的方法尋找擴(kuò)增的最佳細(xì)胞因子組合和移植的最佳時(shí)機(jī)。2006-9-143、免疫檢測(cè)免疫磁性微球可以簡(jiǎn)單快速地從血液或者骨髓中富集、清除癌細(xì)胞，廣泛地應(yīng)用于疾病檢測(cè)、癌癥治療和自身骨髓移植中，還被用于從母體外周血中分離胎兒細(xì)胞進(jìn)行無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷。免疫磁珠分離技術(shù)用在微生物檢測(cè)方面能準(zhǔn)確快速地檢測(cè)出樣品中的ColiO157，這對(duì)于食品衛(wèi)生和預(yù)防疾病的傳播具有重要的意義。PCR技術(shù)與免疫磁珠技術(shù)結(jié)合在分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)診斷學(xué)等方面有非常重要的作用，這方面的研究在醫(yī)學(xué)檢測(cè)方面的應(yīng)用，可以簡(jiǎn)便快速地診斷膀胱癌、乳腺癌、前列腺癌、腹膜胃癌、上皮腫瘤細(xì)胞等，使免疫磁性分離技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。4、在核酸與基因工程上的應(yīng)用免疫磁球可以看作是親合層析技術(shù)中的微型配基裁體，借助親合素-生物素（Biotin-Avidin）系統(tǒng)免疫磁球可與非蛋白質(zhì)結(jié)合，生物素和親合素間有著高度的親和力，兩者的結(jié)合迅速、專一、穩(wěn)定，在分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、免疫組織化學(xué)等領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越廣泛，與生物磁珠技術(shù)結(jié)合后，更是產(chǎn)生了誘人的發(fā)展前景，并廣泛地應(yīng)用于分離純化RNA、mRNA、核酸片段等及相關(guān)研究。2006-9-145、用于分型免疫磁珠法可被應(yīng)用于臨床器官移植供受者的快速選配。在高梯度磁場(chǎng)下,用免疫磁珠法分離靜脈或腹腔血中T、B淋巴細(xì)胞，并利用分離的淋巴細(xì)胞進(jìn)行HLA-ⅠⅡ類抗原分型。如采用磁珠技術(shù)和單抗試劑建立起可在1.5h完成HLA-ⅠⅡ類抗原一類分型的新方法，還可應(yīng)用免疫磁珠分離技術(shù)進(jìn)行腎移植供受體的HLA分型、探討血液病患者反復(fù)血小板輸注的治療效果與HLA之間的相關(guān)性。6、

用作靶向釋藥系統(tǒng)的載體免疫磁性微球作為靶向釋藥系統(tǒng)的載體可使免疫磁性微球上的抗癌藥物更易與癌細(xì)胞接觸，服用這種制劑后，在體外適當(dāng)部位用一適宜強(qiáng)度的磁鐵，將磁性微球引導(dǎo)到體內(nèi)特定靶區(qū)，提高了殺傷癌細(xì)胞的效果。很多研究者使用不同的方法制成了針對(duì)不同癌細(xì)胞的免疫磁性微球，作為靶向釋藥系統(tǒng)的載體并在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)這種釋藥載體具有良好的功效。2006-9-14IMB技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):分離速度快、效率高、可重復(fù)性好、操作簡(jiǎn)單，不需要昂貴的儀器設(shè)備