磁性萃取課件

磁性萃取姓名：學(xué)號：時間：2013.12.26課程：生物分離工程12006-9-14外場強化萃取技術(shù)外場離心力場電場超聲場磁場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物2、基于磁泳的分離技術(shù)利用磁場誘導(dǎo)的微粒運動即磁泳對磁響應(yīng)性粒子進行精細分離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：當磁性的粒徑小于某一臨界尺寸后，在有外加磁場存在時，表現(xiàn)出較強的磁性；但當外加磁場撤銷后，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，專一性的分離生物大分子原理：磁球吸附目標物，然后通過磁分離器進行分離，最后從磁球上把目標物洗脫下來，達到純化目標產(chǎn)物的目的。2006-9-143、磁性金屬-有機框架材料(MOF)超高的比表面積、可控的孔結(jié)構(gòu),在氣體吸附、催化、儲氫、吸附等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。為什么要進行磁性粒子的改性?純粹的氧化鐵納米粒子很容易聚集,這可能會改變其磁性。這些納米大小的金屬氧化物沒有目標選擇性,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其進行表面改性,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)通過洗脫使目標物從復(fù)合體中分離，得到純化的目標產(chǎn)物。2006-9-14磁性分流薄層分級磁性分流薄層分級(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

進入磁性分離通道。當樣品粒子被載流體攜帶通過分離通道時,磁性微粒會受到外磁場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散而引起的區(qū)帶擴張?？梢愿鶕?jù)粒子的場致流速的差別,對不同磁化率的粒子進行分離。實例：應(yīng)用這一技術(shù)測定了不同離子標記的紅血細胞的磁化率。2006-9-14四極磁場磁泳分離四極磁場流動分離(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,這一技術(shù)在細胞分選方面具有明顯的優(yōu)勢。結(jié)構(gòu)：4個雙曲型的永磁鐵,在這4個永磁鐵的中心位置有一個與其同心的空心圓筒,其內(nèi)部有一個與圓筒同心且長度相同的實心圓柱棒,在圓筒與圓柱之間存在與它們同心的兩個短圓筒,分別位于進口和出口位置。操作：樣品溶液和載液分別通過進口a和b進入磁性分離器。具有不同磁化率的樣品組分在磁場作用下獲得不同的場致流速,因此分別通過出口a和b流進兩個組分收集器。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：樣品溶液從進口通道連續(xù)進入分離室,沿著x軸方向做層流流動；樣品中的非磁性組分將在與樣品進口相對應(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方向上的運動；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、擴散距離短,只需使用少量的吸附劑和較短的平衡時間就能實現(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,磁性吸附劑有望實現(xiàn)對分析物的選擇性萃取。磁性吸附劑經(jīng)適當?shù)臐櫹粗罂梢匝h(huán)使用；MSPE僅通過施加一個外部磁場即可實現(xiàn)相分離,因此操作簡單、省時快速、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問題；在處理生物、環(huán)境樣品時不會存在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是在洗分析物時,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,從而可能會干擾質(zhì)譜、紫外或熒光檢測;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)合物在外加磁場的作用下發(fā)生定向移動，從而達到分離抗原的目的。2006-9-14操作步驟圖示2006-9-14三、免疫磁性微球的應(yīng)用1、用于細胞分離和提純使用IMB進行分離細胞有兩種方式；直接從細胞混合液中分離出靶細胞的方法，稱為陽性分離；用免疫磁珠去除無關(guān)細胞，使靶細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胞如紅細胞、外周血嗜酸/堿性粒細胞，神經(jīng)干細胞、造血細胞、T淋巴細胞、γδT淋巴細胞，人類關(guān)節(jié)滑膜細胞，樹突狀細胞，內(nèi)皮細胞、及多種腫瘤細胞等。2、體外細胞擴增樹突狀細胞(Dendriticcells，DC)、造血干、祖細胞等細胞在科研及臨床上都具有巨大的應(yīng)用價值，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胞，限制了該領(lǐng)域的發(fā)展。體外擴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增的細胞，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增的最佳細胞因子組合和移植的最佳時機。2006-9-143、免疫檢測免疫磁性微球可以簡單快速地從血液或者骨髓中富集、清除癌細胞，廣泛地應(yīng)用于疾病檢測、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胞進行無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷。免疫磁珠分離技術(shù)用在微生物檢測方面能準確快速地檢測出樣品中的ColiO157，這對于食品衛(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)檢測方面的應(yīng)用，可以簡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。在高梯度磁場下,用免疫磁珠法分離靜脈或腹腔血中T、B淋巴細胞，并利用分離的淋巴細胞進行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胞接觸，服用這種制劑后，在體外適當部位用一適宜強度的磁鐵，將磁性微球引導(dǎo)到體內(nèi)特定靶區(qū)，提高了殺傷癌細胞的效果。很多研究者使用不同的方法制成了針對不同癌細胞的免疫磁性微球，作為靶向釋藥系統(tǒng)的載體并在實驗中證實這種釋藥載體具有良好的功效。2006-9-14IMB技術(shù)優(yōu)缺點優(yōu)點:分離速度快、效率高、可重復(fù)性好、操作簡單，不需要昂貴的儀器設(shè)備