转移材料的装置和系统

本发明的领域

本发明涉及一种转移和/或控制液体或者颗粒的装置和系统。 本发明还涉及一种用磁性颗粒来探测生物本体的方法。

本发明的背景技术

近年来，随着实验室技术自动化水平的提高，许多测定、反 应、鉴定过程和合成技术借助于把若干液体样品从一组含液体的 储器中同步地转移到另外的储器中来实现。一般地，这些是若干 组5个、8个、16个、25个、96个、384个或者1536个含液体的 储器。为了同步地转移、加入、收集或者混合存在于该组上的所 有储器内的液体或者颗粒，因此设计了各种多收集器系统。经常 使用的绝大多数是多吸移管(multi-pipetor)，该多吸移管借助 于各自施加真空力或者释放所施加的真空力从一组源储器把液体 同步地收集到一组目标储器中。但是，在所有公知的多吸移管装 置中，能够从储器中收集或者释放液体的每个专用吸移管借助于 真空力连接到所有其它吸移管中，因此储器中的所有样品被立即 收集和释放(Valerio等人分析生化学，197；168-177(1991))。

磁性颗粒用于化学或者生物分子上的多种分离、净化和析出技 术中。在这些技术中，用生物样品中的分子把磁性颗粒偶合到可 以形成特殊结合(即下文的“亲和结合”)的分子上，而该分子 将被析出、净化或者分离。然后，使生物样品与磁性颗粒产生接 触，然后借助于施加磁场，把结合到磁性颗粒上的这些生物分子 析出来。

这种磁性分离技术被用来给细胞分类，从而从溶液中回收抗体 或者酶、使用亲合技术净化蛋白质及从悬浮液中除去不想要的颗 粒，例如，从细胞试液中除去来自体内的癌细胞，而然后把该细 胞试液喷射到病人中(Pourfarzaneh，M等人的“在生化分析方法中 把磁性颗粒应用于固相免疫测定法中”28：267-295(1982))。

为了使用磁性颗粒，已经产生了各种装置从而把磁性颗粒从一 个位置转移到另一个位置上，例如从一个反应容器转移到另一个 反应容器。

US4292920公开了一种借助于生物磁性吸引力把抗原-抗体吸 收材料从一种反应混合体转化成其它的装置。该装置包括一种或 者多种与储器相对应的布置，这种布置可以借助于磁性力来吸引 磁性颗粒。在一个实施例中，该销连接到电磁体上，并且借助于 打开和关闭电磁体，使销各自变成具有磁性或者没有磁性。

US专利5567326公开了一种装置和方法，该装置和方法用来 从它们所悬浮的无磁性实验介质中分离出对磁性敏感的颗粒。该 装置包括若干布置成一组的非磁性销(称作“磁场导引元件”) 和定位成垂直于所述该组的磁体。把磁体放置在该组销上，从而 使该组上的所有销具有磁性，从而把颗粒吸引到它们上，因此收 集了这些颗粒；并移走磁体使销变成非磁性，因此磁性颗粒从这 些销中释放下来。

上面这些装置和设备的缺点在于：磁性销与磁性颗粒直接接 触，因此，如果需要清洗和消毒，那么整个装置或者设备不得不 进行清洗，而该过程费用昂贵并且浪费时间。此外，收集颗粒的 效率不高，因为在这种结构中，由于表面张力的作用，一些颗粒 保留在悬浮液中。

现有技术装置的另外缺点在于：多销装置被用来从若干储器中 收集磁性颗粒，这些来自所有储器中的颗粒不得不以“全部或者 无”的方式立即进行收集，因此不可能只从一组中的一些储器中 有选择地收集颗粒。

采用与反向杂化污点系统相同的方法，磁性颗粒还可用于探测 目的，例如用于检测目的的DNA纯化中。但是，专用的低核苷酸 探头连接到顺磁颗粒上，而不是连接到片状膜上。目标DNA含有 探头的互补序列，并且杂交到探头上，而该探头被附着到小珠 上，然后通过磁力从溶液中移走，从而进行冲洗和收集(Fry等 人，生物技术13(1)124-131(1992))。例如根据Day等人 的教导(生物技术J,278,735-740(1991))可以实现把聚核 苷酸(polyonucleotide)偶合到磁性颗粒上。还可采用抗生蛋白 链菌素-生物技术(Uhlen M，自然，340733-739(1989))来 实现把核酸序列固定在磁性小珠上。

术语

下面术语时常用于整个说明中：

“材料”-容器的内含物，它可以从称作“源容器”(参见下 文)的第一批若干容器中转移到称作“目标容器”(参见下文) 的第二批若干容器中。一般地，“材料”是小量的液体、固体颗 粒(如小珠)，例如含在液体或者磁性颗粒中的液体、固体颗 粒。

“若干容器”-两个或者多个装材料的容器。该若干表示一个 “容器组”(参见下文)，例如，每个若干可以是一组中的一行 或者一列。另外，若干可以是该容器组本身，例如96储器组。

“容器组”-存在于一个结构中的若干空腔，这些空腔用来装 材料。一般地，容器组是储器组。现有技术的储器情况是具有8、 16、25、96、384或者1536的储器布置。

“源容器”-从其中收集材料的若干容器。

“目标容器”-材料释放到其中的若干容器。

“转移”-一种从若干容器(源)中取出和吸住(即收集)材 料及把该材料释放到另外的若干容器(目标)中的操作。

“收集件”-本发明系统的一种元件，它可以从一个容器中如 一个储器收集(在驱动时)和释放(在未驱动时)材料。该系统 包括若干专用的收集件，而每个收集件可以自由地被驱动和释 放。

“驱动状态”(“被驱动”)“释放状态”(“未驱动”)- 专用收集件的性能变化，例如通过施加真空力或者去掉真空力， 这种变化可以使该收集件各自收集或者释放材料。另一个例子 是，借助于把磁场提供件放置在该装置的末端收集端处的第一位 置上来形成驱动状态，借助于把所述磁场提供件移动到远离所述 末端收集端的第二位置上来形成释放状态。在第一位置上，收集 磁性颗粒(材料)，而在第二位置上，磁性颗粒被释放。另一选 择方案是，收集件包括电磁体，当电磁体打开时，收集磁性颗 粒，并且收集件处于驱动状态。当电磁体关掉时，释放磁性颗 粒，并且收集件处于释放状态。

“控制”-磁性颗粒的收集和释放会引起如下结果：把它们从 一个位置转移到另一个位置上，及出于各种目的例如把它们与各 种试剂进行混合、清洗等，使这些颗粒在介质内进行运动。

“磁性颗粒”-各种尺寸大小的颗粒，它包括磁性物质，这种 磁性物质或是磁体即具有“磁性记忆”，或者是这样的一种物 质：它不是磁体，但是可以被吸引到磁体上，即铁磁材料。磁性 颗粒完全或者实质上由磁性物质组成。另一方面，磁性颗粒可以 是包括磁性物质和如琼脂、琼脂糖、非磁性金属、玻璃、硝化纤 维等的其它非磁性物质的合成颗粒。该合成颗粒包括由磁性物质 形成的磁心和由非磁性物质制成的外壳，或者该合成颗粒包括许 多由嵌在非磁性物质内的磁性物质所形成的小颗粒。术语“磁性 颗粒”应当理解为还包含用在文献中的所谓的“磁性小珠”或者 “磁性微珠”。

本发明的总述

称为“系统方面”的本发明第一方面涉及一种系统，该系统把 源容器中的材料转移到目标容器中，因此，来自每个源容器中的 材料被转移到指定的目标容器中，该系统包括若干收集件，这些 收集件允许把材料从许多源容器中同步转移到一个或者多个目标 容器，每个收集件具有驱动状态和释放状态，驱动状态用来取出 和吸住装在源容器内的材料，而在释放状态，释放上步中吸住的 任何材料，可以自由控制每个收集件从驱动状态转移到释放状 态。

源容器和目标容器可以是同一组，例如，源容器可以是96储 器布置中的第一行的12个储器，而指定的目标容器可以是第二 行。另一方面，源容器可以是一组中的所有储器(例如，可以是 96储器布置中的所有96个储器)，而目标容器也可以是另一组容 器中的所有储器。

本发明的系统还可包括控制装置，如计算机和/或计算机控制 的自动装置，该控制装置可以使该系统的每个收集件单独驱动和 释放。

在各种自动实验室过程中(如下面将要解释的那样)，从若干容 器如384-储器布置的一些容器中有选择地收集材料是有效的。借 助于把被驱动或者被释放的专用收集件的x和y轴向参数输入到 计算机/自动装置中，从而确定一些专用的收集件有选择地收集和 释放材料。

如果愿意，那么该系统的专用收集件可拆下地连接到把它们保 持在一起的框架上，因此专用收集件可以拆下来，并且可以分开 使用或者用在其它系统中。例如，在杂化技术或者合成化学的排 序中，该系统的许多装置可以拆下来，并把它们安装到能够形成 较小组专用收集件的较小框架上。这个过程可以重复多次，因 此，每次只有这些用杂化序列收集颗粒的收集件在新的和较小的 组中进行收集和重新布置。

在一些实验室实验和诊断方法中，每个收集件的专门驱动具有 优点，并且总体上讲，允许该过程具有较大弹性。

例如，常常事先准备含有各种试剂的、较大组的储器来实现各 种探测试验，例如，在若干样品中探测传染试剂或者遗传疾病。 较大的实验室中心首先买了这些组的含试剂的储器。但是，常常 地，例如在给定的日期内，要诊断的专用样品的数目可以比存在 于该储器组中的储器数目小。如果使用现有技术中的多吸移管， 由于它的驱动模式(该装置中的、所有的专用吸移管立即被驱 动)是“全部或者无”，因此不是用来检定这些样品的、所有含 有试剂的储器还是借助于收集和转移来控制，实际上这些储器被 污染或者被浪费了。这种过程在若干不同试剂储器中在一天过程 期间重复许多次，这个过程会引起昂贵试剂的巨大浪费。借助于 使用本发明系统，可以设计成只使用一些储器，例如，如果只需 要50个样品要诊断，而该组具有96个储器，那么可以设计成只 从第一批的50个储器中进行收集，而其它的46个储器保持接触 以作以后使用。

本发明系统的另外用途是用于合成化学，例如，制备较短的肽 或者核甙酸序列。今天，最广泛使用的合成化学技术是“混合和 分开”技术，其中，固相非磁性小珠的库被分成两个或者多个部 分，而在这些小珠上可以进行合成作用。把不同化学部分例如氨 基酸加入到每部分中，然后把这两部分重新分库，即又一次结合 在一起(“混合”)、重新分开(“分裂”)，并且又一次把不 同的氨基酸加入到每个专用库中。这些步骤可以一次又一次地重 复。由于在每个步骤中，所合成的不同库的肽被混合、被分开， 并且借助于使用许多延伸步骤把不同的氨基酸加入到每部分上， 因此形成了多种多样的肽的不同组合。例如，如果每次该库被分 成两部分，然后在进行n次混合和分开的步骤之后，可以制备2n 个不同种的合成分子。但是，问题在于：所有的这些不同种类的 肽存在于一种混合物中，并且为了隔开靶肽而需要在这种合成化 学技术上作出较大的努力(Lam等人，自然，354：82-84 (1991)；Jacob等人，Tibtech，12：19-26(1994))。

与这个相反，通过本发明系统的使用，可以从一组储器开始， 其中每个储器装有不同的化学部分(chemical moiety)，该不同 的化学部分用作合成单元(如一种氨基酸、一种核酸或者化学部 分)，而该合成单元(building unit)加入到用合成方法所合成的 分子中。公知技术中是这样的，该混合物存在于每个储器中。X 类(氨基酸)的第一合成单元借助于使用本发明系统只加入到该 组中的一半储器中。Y类的第一合成单元可以加入到第二半储器 中。然后，把Z类的第二合成单元加入到含X的肽的一半中和含 Y的肽的一半中，T类的第二合成单元可以加入到其它一半含有X 类和含Y类中。其结果是形成了4种二肽：X-Z、X-T、Y- Z、Y-T。第三合成单元的两个变类每次又可以加入到上面二肽 的一半中，这种二肽把不同肽的数目增加到23(8)。一般地，差 分合成的数目是Ap，其中A是所使用的不同氨基酸的数目，P是 肽的长度。如我们所看到的那样，大量的肽的差分合成借助于每 次把不同的氨基酸加入到伸长的分子的每一半上来形成，因此， 如果每次把新的氨基酸加入到样品的一半中，那么在n次之后， 可以产生2n个差分合成。如果不是把该类分成两个部分，而是把 这些类分成四个部分，那么在n次之后，可以产生4n次差分合 成。但是借助于使用本发明系统，在合成过程的最后，下面这些 是公知的：每个最后合成(即每个多肽)保留在储器中。因此， 在使用本发明系统的同时，差分合成的数目与混合和分开的方法 的一样大，没有必要花费时间把每个种类从其它之间分开来，因 为每种多肽存在于独立的储器中。

根据一个称作“磁性实施例”的实施例，要收集或者释放的材 料是磁性颗粒，并且收集件借助于磁力可以转移磁性颗粒。根据 称作“非磁性实施例”的另一个实施例，收集件可以借助于不是 磁力的力例如真空力来转移材料。

本发明系统中的专用收集件的布置和间隔应该与该组容器(例 如储器)的布置和间隔相一致，从这些容器中可以收集材料和/或 把材料释放到容器中。

例如，在“非磁性方面”，该系统可以设置若干吸移管，每个 吸移管可以独立地施加真空力。例如，这个可以通过下面的方式 来实现：使用小型的、遥控的伺服机构来独立地提升吸移管的每 个活塞；另一方面，提升吸移管的活塞可以通过下面的方式来实 现：使用磁性力或者借助于立即同步地把真空力施加到所有吸移 管上，但是借助于一些专用吸移管中的独立关闭密封装置的驱动 使专用吸移管与真空力隔开，因此它们与通常所施加的真空隔 开。借助于这种布置，这些专用的收集件不可以收集材料。 根据称作“装置方面”的另一个方面，本发明涉及一种专用收 集件，该收集件适合于磁性颗粒的转移和控制。该装置可以独立 使用或者用作本发明系统的一部分。

因此，本发明涉及一种装置，该装置用来控制磁性颗粒，这些 磁性颗粒是一些能被磁力所吸引的颗粒，该装置包括：

一个由不受磁场影响的材料制成的细长件，该细长件具有颗粒 收集端部和带有端部的细长腔，腔的所述端部处于邻近所述颗粒 收集端部的所述细长件的末端部分处；该腔可滑动地容纳磁场提 供件，而该磁场提供件可在第一位置和位于所述腔的最近部分处 的第二位置之间进行移动，在第一位置处，磁场提供件处于所述 的末端部分，因此可以把所述颗粒吸引到所述颗粒收集端上，而 在第二位置处，所述颗粒不会被吸引到所述颗粒收集端部上。

使用磁性颗粒一般是优选的，而在这些磁性颗粒中磁性物质是 铁磁材料，例如颗粒由超顺磁三氧化二铁制成。这些颗粒可以很 好地响应相对较弱的磁场，但是，实质上不具有磁记忆，这就是 说，一旦磁场去掉，它们不会保持磁吸收力。

根据该装置的细长件由不受磁力影响的材料制成，即由非磁性 的非铁磁材料制成，例如塑料、玻璃、如聚丙烯的各种合成聚合 物和类似物制成。

该细长件具有开口端或者关闭端的颗粒收集端，该收集端是这 样的一部分，它与这些颗粒产生接触，并且可以借助于磁力来收 集它们。所述端部最好可以更换，或者由一个可更换的盖来盖 住，从而在与颗粒和反应混合物接触之后，它可以用干净的或者 消毒的端部或者盖来更换。这种结构使得该装置的消毒容易和便 宜。

细长腔在细长件内进行延伸，该细长腔具有开口端或者封闭 端。如果该腔是打开时，那么其开口的尺寸应该不允许场提供件 从那里突出来。所述端部处于所述件的末端部分上并且靠近它的 颗粒收集端部。

该腔容纳可滑动的磁场提供件，该磁场提供件可以全部由磁体 构成；可以由磁性材料和铁磁材料制成，或者由用电磁体使之磁 化的材料制成，但是不具有磁记忆。该件还包括电磁体，该电磁 体具有或者不具有能磁化的芯子。这种磁体可以施加精确的磁 力，从而收集精确数量的磁性颗粒，因此可以进行定量或者半定 量的收集。

可滑动磁场提供件可以在两个位置即第一位置和第二位置之间 进行移动：在第一位置时该件处于该腔的末端，并且邻近所述颗 粒收集端部，而在第二位置时，该件处于该腔末端的外部，并且 远离颗粒收集端部。

在所述第一位置(驱动状态)时，由于磁场提供件邻近所述端 部，因此颗粒被吸引到该端部上，而在所述第二位置上(释放状 态)时，由于该件远离所述端部，颗粒不被吸引到该端部上，或 者释放以前所吸引的颗粒。

该颗粒收集端部的尺寸应该适合专用于该装置，例如在该装置 用来从储器中收集颗粒的地方，它应该是标准吸移管的端部尺寸 大小。

根据一个方案，该端部具有锥形侧和截头端。截头端是优选 的，因为它确保了磁性颗粒不以大的结团吸引到该端部上，因为 这种大的结团容易从该端部上释放下来，因此转移所有的颗粒是 困难的。该截头端还使磁性颗粒的定量收集或者半定量收集更加 容易。根据另一个方案，该端部的侧边根本上不是锥形的，并且 刚好平行于形成圆柱形的端部。

该端部的材料或者盖住该端部的活动盖的材料应该是这样的类 型和结构：可以避免由于附着力或者吸收力而产生的颗粒维持， 即无孔材料。如所示出的那样，无论该端部是可更换的，或者该 端部具有可更换的盖(例如与自动吸移管的塑料端部相同)。端 部或者可更换盖的一个例子是由聚丙烯制成。

磁场提供件最好是细长的。

根据最佳实施例，磁场提供件的主体是细长的磁杆，该杆的端 部可以是锥形或者圆柱形的，并且由铁磁材料如铁或者磁体制 成。铁的锥形端的用途是聚集由磁杆所产生的磁场。

磁场提供件可以人工地设置在两个位置之间，为此该磁场提供 件应该安装有把手。

另一方面且最好地，例如，借助于计算机控制的机械装置，或 者借助于计算机控制的气动泵的帮助，磁场提供件可以自动地移 动。该件还可以借助使用电磁体来移动，即当电磁体接通时，就 会把该件吸引到所述第二位置上，在电磁体断开时，不会吸引该 件，因此，当该装置安装成垂直于容器时，它就会由于重力的作 用而落到所述第一位置上。

根据磁性实施例的本发明系统可以包括若干本发明的专用装 置。该系统可以包括任何数目的装置如5个、8个、96个等。 (最好是多个96个或者5、8、或者12个)，从而，同时控制磁 性颗粒，例如，同时把存在于一组反应容器中的磁性颗粒转移到 别一组中。

构成本发明系统的专用装置的磁场提供件可以相互连接，因此 它们可以人工地或者自动地全部一起移动。但是，最好独立地实 现构成该系统的每个专用装置的移动，因此可以使在该系统中移 动一些装置或者收集件，而与此同时不移动其它的装置或者收集 件成为可能。这种布置可以从一组反应容器中的一些储器中收集 磁性颗粒，同时不从其它储器中收集磁性颗粒。从具体的储器中 有选择地进行收集有利于各种实验室过程如杂化排序(SBH)或 者合成化学的排序。

根据本发明的另一个实施例，磁场提供件固定于细长件内部。 该磁场提供件可以连接到电磁体上，或者包括一个电磁体。借助 于电磁体的接通或者断开，使该件磁化或者非磁化，并且磁性颗 粒各自吸引到颗粒收集端或者从颗粒收集端进行释放，而不需要 在细长件内进行任何运动。这种装置还可以是本发明系统的一部 分，即每个收集件的电磁体可以独立地与其它电磁体接通或者断 开，因此每个收集件各自被驱动或者被释放。

根据另一方面，在“探测方面”本发明涉及一种在样品中探测 具有荧光标记的生物本体的方法，该方法包括：

(ⅰ)提供各自可以结合到所述的生物本体上的磁性颗粒；

(ⅱ)在可以进行所述专用结合的条件下，使磁性颗粒与所述 生物本体进行接触；

(ⅲ)借助于磁力使磁性颗粒聚集成簇，从而使荧光发射集中 成末端斑点；

(ⅳ)读取所述的荧光发射，读取在样品中表示存在生物本体 的控制电平。

本发明的方法用来探测任何形式的生物本体，而这些生物本体 (entitv)的形式可以变成存在于生物组织中的分子、分子的合成 物或者细胞中的任何形式。这些例子是蛋白质、肽、氨基酸序 列、核酸序列、激素、酶、受体、配体、多糖和类似物及在实验 室中可以生产出来的分子，这些分子与从自然源中得到的生物分 子相同，如实验室所生产的合成肽、借助于实验室如通过PCR方 法合成的低核苷酸、抗体和类似物。术语生物本体还涉及细胞、 病毒、质粒和各种细胞器如线粒体、denucleos等。

该样品可以是任何种类的液体介质，该液体介质含有要探测的 生物本体。该样品可以从生物源中得到，或者可以是实验室控制 的产物，如是核酸序列的PCR放大的产物。要分离的生物本体是 载有荧光标记的那种类型。在合成过程中，荧光标记可以加入到 实验室所产生的生物本体中。例如，当使用PCR来合成核酸序列 时，一些用在合成作用中的原子核类可以支承荧光标记。另一个 例子是在机器中合成的氨基酸序列，这些氨基酸序列在被合成的 同时，使用一些荧光标记的氨基酸合成单元。

另一方面，借助于使生物本体与载有所述标记的其它分子进行 反应，从而使生物本体可以载有荧光标记。例如，在生物本体是 蛋白质的地方，它可以与载有荧光标记的抗体进行反应。在生物 本体是受体的地方，它可以与载有荧光标记和类似物的配体进行 接触。

根据本发明方法的这些颗粒容易逐一地结合到生物本体上。这 种特殊结合一般通过把该对形成组的一个肢体连接到磁性颗粒上 来实现，而该对形成组的另一肢体是要探测的生物本体。例如， 如果要探测的生物本体是核酸序列，那么磁性颗粒应该载有互补 序列，在生物本体是蛋白质的地方，磁性颗粒应该载有专用的抗 体，在生物本体载有生物素或者链霉抗生物素部分的地方处，那 么磁性颗粒应该各自载有链霉抗生物素或者生物素的互补部分。 一对形成组的其它例子是受体和它的配体、酶和它的底物、凝集 素和它的专用糖蛋白等。磁性颗粒支承与生物本体一起形成一对 形成组的分子，这个事实确保了两者之间形成特殊结合。

根据本发明的方法，在可以进行所述的特殊结合的条件下，磁性 颗粒和含有生物本体的样品接触。例如，在该对形成组是互补的 核酸序列的地方处，这些条件应该是这样的：它允许进行特殊的 杂化，例如稍稍升高温度，在该温度时，只有互补序列进行杂 化，同时非互补序列继续逐渐冷却。在这个步骤中，可以进行各 种冲洗和清洗过程，从而省去了非特殊的结合。

现在利用磁力使磁性颗粒聚集成簇。一般借助于把具有相对较 窄端部的磁场提供件放置在装有磁性颗粒的容器内来实现这个。 所述端部的磁力线可以引起磁性颗粒聚集成簇，如果这些磁性颗 粒结合到载有荧光标记的生物本体上，所述的聚集成簇使得荧光 发射集中为末端的斑点。

根据优选模式，在驱动状态时，利用本发明的装置来实现所述 聚集成簇。在这种状态时，该装置的窄端可以以相对较大的结团 形成颗粒的聚集成簇。

本方法的最后步骤是借助于合适的仪器读出标记的荧光发射。 例如，该仪器可以探测荧光标记所产生的输送发射波的波长的变 化。当然，这种精确波长变化依赖于所使用的荧光标记。

借助于使用本发明的方法，由支承生物本体的荧光发射所产生 的调解的荧光信号集中成末端的斑点，因此增加了“信号和声 音”比，并且使探测更容易。

本发明的方法特别有利于下面将要解释的后PCT探测。

现在，参照一些非限制性的例子和附图来解释本发明。

附图的简短说明

图1A和1B是本发明装置处于第一位置(1A)和第二位置 (1B)的示意图；

图2是根据磁性实施例的本发明系统的示意图；

图3A和3B是根据非磁性实施例的该系统的示意图；

图4A和4B是借助于气动力在第一位置4A和第二位置4B进 行工作的该装置的示意图；

图5和图6是使用磁性小珠进行后PCR探测的流程图；

图7表示载有荧光标记的PCR放大的产品(集中在磁性颗粒 上)。

具体实施例的描述

现在参照图1，图1示出了本发明的装置70。

该装置包括细长件73，细长件73由非磁性材料即聚丙烯制 成，并且连接带有锥形侧部和圆头端的颗粒收集端74。所述端部 74由活动的盖69盖住，因此可以保持样品无菌。磁场提供件71 在细长件内可以滑动，磁场提供件71具有用磁性材料制成的部分 72和用相同磁体或者例如铁的铁磁材料制成的锥形端78。端部78 的用途是把部分72所产生的磁力线集中到最佳位置。

滑动件71可在两个位置之间进行运动：在图1A所示的第一位 置中，磁体72的端部78邻近颗粒收集端74，因此颗粒76被吸引 到所述端部74的截头端上。构成这种装置是可能的，从而拾起了 控制数量的颗粒，同时保持一些颗粒。在第二个位置(图1B)， 磁场提供件的磁体72的端部78远离端部74，因此颗粒76从所述 端部释放到反应容器77中。磁场提供件71安装有把手75，从而 可以人工地从第一位置(1A)移动到第二位置(1B)。

也可以自动地实现这种移动，例如使用电磁体来实现这种移 动。这种自动移动还可以由计算机控制。

使磁体79非常接近容器77的端部可能有利于磁性颗粒76从 端部74中释放下来。磁体79可以非常接近容器，但是，最好只 在件71移动到图1B所示出的第二位置上时，它才接近容器的底 部。件71远离颗粒和磁体79移向颗粒的同步运动与振动器一起 产生了容器77内的重悬浮，例如在液体中漂洗磁性颗粒时、或者 当把它们与各种反应物进行混合时、或者把结合分子冲洗到液体 中时，这种重悬浮是有利的。从图1A中的位置转移到图1B中的 位置是为了转移磁性颗粒，或者只是为了漂洗/混合磁性颗粒。

现在参照图2，图2示出了根据磁性实施例的本发明系统80。 该系统由若干如图1所公开的若干个专用装置(收集件)组成， 这里表示具有8个这种装置81的情况。对其它结构而言，这种装 置的数目是可以改变的，并且它可以包括以5×5规格的25个装 置、以标准的8×12规格的96个装置等等。每个专用装置包括磁 场提供件83，该提供件83可以处于降低的位置上，因此可以收集 磁性颗粒，或者可以处于升高的位置上，因此不能收集磁性颗 粒，或者释放以前收集的磁性颗粒。

专用装置81在系统80中的间隔与一组储器82中的间隔和各 个储器的布置相一致。在具体情况下，储器的排列是一组为8个 储器，而在标准的微标准液板的8×12、96-储器规格中，这8个 储器的一组是一行。

为了有利于磁性颗粒的释放，当件81升高时，与该组的这些 储器相对应的一组磁体84可以放置在储器82的下方。换句话 说，一个平磁体横跨该组储器的整个区域。

每个专用装置81分别连接到控制元件85中。控制元件85可 以使该系统中的一些装置81内的一些场提供件83升高，同时把 其它的场提供件83保持在下部位置上，因此只是从该组82中的 一些储器中收集磁性颗粒，同时其它的磁性颗粒保留在该储器 中。该控制可以借助于中心计算机所控制的独立机械机构来实 现，但是，该控制最好借助于打开和关闭每个都连接到件83上的 单个电磁体来实现，因此打开电磁体可以吸住件83并且把它拉上 去，因此释放磁性颗粒(或者不吸附它们)，关闭专用的电磁体 时，由于重力作用，件83落下，因此可以使磁性颗粒吸收到每个 装置81的颗粒收集端上。

框架86把所有的专用装置81安装为一个元件。所有系统80 可以升高，并且可以从一个储器布置82转移到另一个储器布置 中，从而进行磁性颗粒的沉淀，或者转移到隔板中，从而形成磁 性颗粒印记。

专用装置81可以从该系统中分离出来，因此它们可单独地用 作一个装置，或者借助于插入到框架内的合适位置中而安装到另 外的系统上。例如，第二、第三和第五个装置可以从框架86上拆 下来，并安装到新的较小框架上。这种布置在杂化排序(SBH) 的过程中是有利的，这里应该形成越来越小的多组磁性颗粒来决 定核酸序列。

图3A示出了根据非磁性实施例的、本发明的另外一个系统 90。该系统包括8个专用吸移管(pipetor)93，而该吸移管93借 助于磁力可以收集较小量的液体。每个吸移管具有把手94，当把 手94升高时，在端部96内产生了真空力，该真空力可以把液体 97吸入到该端部。当把手94处于下部位置时，不能吸入液体 97，或者以前吸入的液体从端部96中释放下来。专用吸移管93 的间隔和布置与容器组92内的专用储器的间隔和布置相一致。每 个吸移管93的驱动(借助于提升把手94)和释放(借助于降低把 手94)借助于如计算机的控制机构95来独立控制。该把手可以独 立地由弹簧机构来驱动。另一方面，把手本身可以由铁磁材料来 制成，并且借助于电磁体来提升，因此，尽管吸移管所产生的作 用在要转移的材料上的力是真空力，但是可以借助于用电磁体的 端部升高把手来形成所述真空。

图3B示出了基本上与图3A一样的系统，其中每个相同的元 件用与图3A中相同的数字加上撇号(′)来表示。借助于控制装 置95′升高整个吸移管(不是活塞)并使它们超出容器96′，从而 使专用吸移管94′释放。

本发明的另一种装置100表示在图4A和4B中，同时该装置 借助于磁力来收集磁性颗粒，借助于真空压力把收集件从一个状 态转移成另一个状态，即借助于气动力来驱动。装置100包括磁 体109，磁体109可以在装置100的内腔中滑动。在图4A中，磁 体109与平的聚丙烯末端110的内壁接触。当磁体与这个端部处 于接触时(图4A)，磁性颗粒111由磁力收集到该端部上。磁体 借助于来自铁制成的环108的磁力来固定。施加真空力时，空气 通过开口106来移入，从而强迫活塞105向上移动。活塞105通 过连接器107连接到磁体109上。因此，施加真空力时(图 4B)，磁体从所示出的下端位置(图4A)移动到它的上部位置 上。由于上部铁环104施加了磁力，因此磁体保持在上部位置上 (图4B)。在图4B所示出的这种位置上，磁性颗粒111不被收 集或者被释放回到容器中。当通过上部进入口103把空气压力从 活塞中释放出去时，磁体又移动到图4A所示出的位置上，并且颗 粒被重新收集。101是O形环，该O形环在施加真空力时用来密 封上部进入口。102是装置100的上部罩子。

超声振动器可以任意地连接到96-储器的微板(microplate) 上，这许可磁性颗粒在储器内重悬浮。

例1用本发明的装置来收集和转移磁性颗粒

A．材料和工具

所使用的磁性颗粒的悬浮液是1mg/ml和2mg/ml(BioBead Merck)。96-储器微板的磁板通过PerSeptive Bio-系统来制 造，并且与96-储器聚丙烯微板一起使用。本发明的磁性装置 (BioBead Merck)具有直径为4mm和长度为20mm的圆柱形磁 体(NdFeB-N40/Ni from Magma)。用作活动端部的聚丙烯端部 具有不同厚度30μ、50μ和90μ(微米)的平端部。用来计算颗粒 的显微镜载片是Bright-line Hemacytometer。显微镜是Bx60. Olympus。所使用的缓冲剂是1xSSC。

B．实验过程

聚丙烯板上的三个储器装有0.1ml、0.15ml和0.2ml缓冲剂， 三个邻近储器装有0.1ml、0.15ml和0.2ml的1mg/ml磁性颗粒悬 浮物(浆液悬浮物)。带有90微米平端部的聚丙烯端部附着在本 发明的磁性装置的端侧上。

该装置安装在装有悬浮液(0.1ml)的1号储器的上方(磁体 接触90微米平端部的内侧)，并且这样移动以致它稍稍地接触悬 浮液表面一会儿。磁性颗粒移向端部并且产生“珠粒”，而该 “珠粒”由一串磁性颗粒组成。其结果是，悬浮物变得透明了。 接下来，从储器中取出该装置，并且把微板放置在平的磁体上， 从而有利于这些颗粒从所收集到的磁性颗粒的该装置的重悬浮中 释放到储器中。

为了使磁力能把圆柱形磁体移动到第二位置上(磁体远离颗粒 收集端的地方)，把铁杆放置在该装置内部。

然后，把装置放置在装有0.1ml缓冲剂的储器上方，因此平端 部稍稍地接触缓冲剂。在不超过1分钟的时间内，借助于平磁体 磁场把颗粒向下移动到缓冲剂内。

用滴管混合在第1号储器内剩下来的颗粒，从均匀的溶液中取 出0.05ml的样品，并把该样品放置在计算细胞的玻片上。其结果 表示在下面的表1中：

                    表1 标号 端部厚度 浆液浓度 浆液容积 缓冲剂容 积 剩余在10-4ml 的m.p        在10-4ml浮 液中的m.p 装置的 效率％  1  30μ  1mg/ml  100μl  150μl  200μl  100μl  150μl  200μl     0.2     1     0.8     1000  99.98  99.90  99.92  2  50μ  1mg/ml  100μl  150μl  200μl  100μl  150μl  200μl     0.8     3     5.4     1000  99.92  99.70  99.46  3  90μ  1mg/ml  100μl  150μl  200μl  l00μl  150μl  200μl     16.7     5     7.2     1000  99.33  99.50  99.28  4  30μ  2mg/ml  100μl  150μl  200μl  100μl  150μl  200μl     0.4     3.33     3     2000  99.98  99.83  99.85  5  50μ  2mg/ml  100μl  150μl  200μl  100μl  150μl  200μl     1.8     3.4     0.4     2000  99.91  99.83  99.98  6  90μ  2mg/ml  l00μl  150μl  200μl  100μl  150μl  200μl     5.33     12.4     6.4     2000  99.73  99.38  99.68

为了测量磁性颗粒，因此在显微镜下进行计算。磁性装置的效 率可以根据下面公式来计算：％产品=100％*(收集之后剩余在 50μl中的m.p)/(50μl浆液悬浮液中的m.p)

装置的效率=100％-％产品(转化的m.p.的效率装置％)。

上面的实验在下面条件下进行重复：

-采用0.15ml和0.2ml的悬浮液

-采用30和50微米厚端部及

-采用2mg/ml的颗粒悬浮液

例子2借助于合成化学使用本发明系统来形成肽库(peptide library)

材料

1．装有四种不同氨基酸的四聚丙烯96-储器微滴度板 (Nunc，Denmark)，这四种氨基酸示意性地表示为(A、B、C、 D)，在每储器200ml的总容积中，这四种氨基酸借助于特丁基羟 基碳酰(Boc)基(每个板含有接近每储器16pmol的氨基酸)和 双环已基碳二亚氨在氨基端堵住。

2．96-储器微滴度板具有磁性颗粒悬浮物，每储器中200μl (200μg颗粒)。这些颗粒用作肽合成物的固相，而该肽合成物 是根据Merrifield方法形成的。

3．96-储器微滴度板具有在二氯乙烷中50％的三氟乙酸，每 储器中200μl。

4．96-储器微滴度板具有二异丙基乙基胺，每储器中200μl。

5．96-储器具有每储器200μlHF。

6．96磁性装置(或者销)的系统与96-储器规格相一致。这 是Bio磁性独有组合系统(或者组合销装置)。

实验过程

步骤1

1．通过羧基端已经把第一份氨基酸(20pmol/mg磁性颗粒) 约束到磁性颗粒上，并且氨基组用保护基来保护(堵住)。96销 的系统用来从64储器中同步收集磁性颗粒，并且把它们转移到具 有50％的三氟乙酸的二氯甲烷溶液的板上。在损失最小量的其它 保护基的情况下，Boc基完全被拆下来了。

2．96销的系统用来从所有的64储器中收集颗粒，并且用二异 丙基乙胺把它们转移到板上。这种叔胺中和了α-胺盐(步骤1中 形成的)，然后，结合氨基酸的自由胺准备与第二个Boc-氨基酸 偶合。

其结果是所形成的64储器全部含有相同的氨基酸。 64储器

步骤2

3．96销的系统用来从16个储器中收集颗粒，并且把它们转移 到含有氨基酸A的板上的16储器中。第二组颗粒从16个储器中 转移到含有氨基酸B的板上的16个储器中。把第三组颗粒转移到 含有氨基酸C的板上的16个储器中。把第4组的颗粒转移到含有 氨基酸D的板上的16个储器中。在这四个板的每一个上，二环已 基碳二亚胺驱动偶合反应。其结果是，不同二肽的四组中的每一 组含有16个二肽。其结果是，形成了由16个储器所组成的4个 不同组。  A 16储器 B  C D

4．通过96销的系统(装置)收集来自所有64个储器(四 组)的磁性颗粒，并且把它们转移到含有三氟乙酸的二氯甲烷溶 液的板上。

5．用96销的系统来收集来自64个储器中的磁性颗粒，并且 把它们转移到含有二异丙基乙胺的板上的64个储器内。

步骤3

6．把每组的16个储器分成四个小组(每个小组有四个储 器)。使用96销的系统，把来自每个小组中的磁性颗粒转移到具 有不同氨基酸的板上。把一个小组转移到氨基酸A中，把第二小 组转移到氨基酸B中，把第三小组转移到氨基酸C中，把第四小 组转移到氨基酸D中。实事上，96销的系统同步收集四个小组， 而这四个小组中的每一个与不同组的16个弯头(参见第三号)相 对应。其结果是，在四个储器的每组中具有16个不同的三肽。     A     B     A     B     4个储器     D     C     D     A     B     A     B     C     D     C     D

步骤4

7．重复步骤4和5

8．每个小组具有四个储器，而这四个储器具有相同的三肽。 96销的系统从16个储器(每个储器来自不同小组)同步地收集颗 粒，并且把它们转移到含有氨基酸A的板上。来自其它16个储器 (来自不同小组的每个储器)的颗粒通过96销系统来收集，并且 把它们转移到含有氨基酸B的板上。对其它的32个储器进行同样 的操作，从而把它们转移到含有氨基酸C和D的板上。其结果 是，64个不同的四肽结合到磁性颗粒中。     A     B     A     B     C     D     C     D   储器

9．如果需要，肽可以与颗粒分开。这可以通过把颗粒转移到含 有强无水酸HF中来实现。然后，收集这些颗粒，从而把肽留在溶 液中。

总结

在这种混合和分解的方法中，最后的肽库(peptide libraries) 是混合库。例子3的新方法允许形成有序库，在这些库中每个肽的 位置是公知的。在检测混合库中的未知肽时，有序库可以节省工作 和时间。

例子3-后PCR检测

实现本发明的检测方法的示意性流程图示出在图5和6中。

A．材料

Ⅰ模型

人氨氯吡嗪眯的外显子6的152bp的PCR片段-敏感型上皮钠 通道β亚基基因。

Ⅱ低核苷酸

a．E1：生物素-10dt-aagcaacccctctaaacacag，它用作模型放 大的正引物，

b．E2：生物素-10dt-aggcgtgcaccaccttcccac，它用作模型放 大的逆引物，

c．C1：生物素-10dt-cctgaaccgctctatacacag，对E1的控制

d．C2：在没有结合低核苷酸的情况下，控制苯乙烯、二乙烯 交联共聚物抗生蛋白链菌素(BioBeads Streptavidin)。

所有低核苷酸在BTG Israel合成。

Ⅲ磁性颗粒

来自Merck的苯乙烯、二乙烯交联共聚物抗生蛋白链菌素 (BioBeads Streptavidin)10mg/ml具有400pmol/1mg全容量或者 20pmol/50μg的生物低核苷酸(biotinylated oligonucleotide)的结 合能力。

B．实验过程

Ⅳ把低核苷酸偶合到苯乙烯、二乙烯交联共聚物(BioBeads) 中：

把300μg/ml低核苷酸溶解在20mM、PH为8.0的Tris-HCl缓 冲剂中，并且稀释在结合缓冲剂中(Dynal，2M NaCl，1Mm EDTA，10mM Tris-HCl pH7.5)，并加入到100μg磁性颗粒 (m.p)中。该偶合反应在37℃下进行30分钟的连续摇动。50μg 的磁性颗粒与0.1pmole的低核苷酸进行偶合。

Ⅴ PCR产品/模型的荧光标签

来自Boehringer Mannheim的AMCA-6-dUTP(氨基-甲基 香豆素-6-2＇-脱氧尿苷-5＇-三磷酸盐)被用来把模型DNA标 记为PCR。通过PAGE进一步分析PCR产品，从而证实放大系 数。1-20μl的PCR产品用在不同的杂化反应中。

Ⅵ在磁性颗粒(M.P.)上进行杂化反应

30μg的磁性颗粒在45℃下在8μl的杂化缓冲剂中预杂化20分 钟，其中杂化缓冲剂含有：5xSSC PH7(Sambrook，Fritsch &Maniatis的分子无性繁殖：1989 2/E库的说明书)和0.25SDS。 在磁性颗粒上把2μl荧光PCR产品杂化到稳定低核苷酸中，这个 是在60℃下进行5分钟、15分钟、45分钟和60分钟。接下来进行 杂化：轻轻地倒上层清液，并用冲洗的缓冲剂来冲洗颗粒：一次是 在55℃下用含有0.2％SDS的、5xSSC的缓冲剂，二次是在55℃下 用含有0.2％SDS的、1xSSC的缓冲剂，及一次是在65℃下用 1xSSC的缓冲剂。在实验结束时，磁性颗粒以1μg/μl的浓度重悬浮 在1xSSC的缓冲剂中，然后在荧光显微镜下分析1.0μl。

C．结果

(ⅰ)荧光显微镜的观测：

使用BX60 Olympus显微镜来确定磁性颗粒上的表面荧光，该 显微镜具有100W的汞灯、330-385mm的励磁过滤器、DM400二 向色的镜子、BA420紫外吸收滤光镜。

(ⅱ)温度对杂化的影响

在42℃和55℃的低温下进行杂化、接着在4℃下进行冲洗不会 产生充分的特殊结合。在60℃下进行杂化可以成功地得到荧光正信 号。在比杂化本身的温度还高的温度下冲洗颗粒实际上可以进一步 减少非特殊结合的背景。

(ⅲ)稳定低核苷酸的浓度对磁性颗粒的影响

我们的观测表明，当磁性颗粒以100％的结合能力 (20pmol/50μg颗粒)或者50％的结合能力(10pmol/50μg颗粒) 偶合到低核苷酸时；不能成功地进行杂化反应。我们观测到绝对没 有荧光标记颗粒，或者没有观测到颗粒上的荧光。我们认为这是由 于颗粒上的结合低核苷酸产生了位阻现象。当结合低核苷酸的数量 减少到1pmol/50μg颗粒和0.1pmol/50μg颗粒时，可以观测到荧光 标记磁性颗粒的数目明显增加。即使采用0.1pmol/50μg的颗粒， 这种影响更加明显。

(ⅳ)多(T)间隔基对杂化的影响

在没有间隔基(连接臂)的情况下所结合的低核苷酸产生了负 面结果。但是，使用10(dT)的键可以对模型DNA产生充分的结 合。

(ⅴ)磁浓度的影响

杂化(0.25％SDS)过程中SDS的存在和随后的冲洗 (0.2％SDS)改善了特殊结合条件。

(ⅵ)磁浓度的影响

正荧光信号意味着部分磁性颗粒是荧光的，而其它的是黑色的/ 棕色的。有时，如果荧光颗粒的数目与黑色颗粒相比较小，那么最 好通过磁力作用来集中颗粒。集中的颗粒可以得到较强的荧光信号 (与分散的颗粒相比)。下面是磁性颗粒集中的CCD镜头像片。 在图7中，上部像片是数千颗粒在60℃下特殊杂化60分钟之后所 发出的兰色荧光。控制1(Con1)和控制2(Con2)没有产生发 射，因为没有产生非特殊结合。在第2页中，用可见的传递光分析 相同样品从而得到这些集中物的图像。

参考资料

多核甙酸在磁性颗粒上的固定，Philip J.R.Day，Pargat S.Flora， John E.Fox and Matthew R.Walker，Biochem.J.278:735-740， (1991)。