CZ201140A3 - Dvojdimenzionální zpusob izolace a analýzy látek z biologických vzorku - Google Patents

Dvojdimenzionální zpusob izolace a analýzy látek z biologických vzorku Download PDF

Info

Publication number
CZ201140A3
CZ201140A3 CZ20110040A CZ201140A CZ201140A3 CZ 201140 A3 CZ201140 A3 CZ 201140A3 CZ 20110040 A CZ20110040 A CZ 20110040A CZ 201140 A CZ201140 A CZ 201140A CZ 201140 A3 CZ201140 A3 CZ 201140A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
chip
analysis
magnetizable particles
substances
isolation
Prior art date
Application number
CZ20110040A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ303383B6 (cs
Inventor
Kizek@René
Adam@Vojtech
Húska@Dalibor
Ryvolová@Markéta
Hubálek@Jaromír
Provazník@Ivo
Original Assignee
Vysoké ucení technické v Brne
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoké ucení technické v Brne filed Critical Vysoké ucení technické v Brne
Priority to CZ20110040A priority Critical patent/CZ303383B6/cs
Publication of CZ201140A3 publication Critical patent/CZ201140A3/cs
Publication of CZ303383B6 publication Critical patent/CZ303383B6/cs

Links

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Predmetem rešení je zpusob izolace a analýzy látek z biologických vzorku pomocí povrchove modifikovaných magnetizovatelných cástic a cipové kapilární elektroforézy. Metoda je založena na manipulaci s magnetizovanými cásticemi prímo v elektroforetickém rezervoáru cipu pro kapilární elektroforézu, kdy se pusobením vnejšího magnetického pole z biologického vzorku izoluje požadovaný analyt, který se následne separuje, identifikuje a kvantifikuje pomocí cipové kapilární elektroforézy.

Description

Vynález se týká způsobu selektivní izolace biomolekul ze složitých biologických vzorků pomocí magnetizovatelných částic v kombinaci s rychlou a jednoduchou analýzou pomocí kapilární elektroforézy.
Dosavadní stav techniky
Komplexnost biologických vzorků je základním problémem ztěžujícím stanovení vybraných analytů. Každému stanovení musí předcházet určitá forma extrakčního, separačního nebo izolačního procesu. Metody co nejjednodušší detekce biologicky významných látek z velmi malých objemů vzorku jsou obecně velmi důležité.
Extrakce případně izolace minoritních složek komplikované směsi vede k výrazným ztrátám v objemu vzorku a tento jev představuje významný problém především u vzorků, jejichž získání ve větších objemech může být komplikované (mozkomíšní mok, nádorové výpotky aj.). Současný trend vede k intenzivnímu tlaku na rychlost, jednoduchost a komplexnost analytických metod. S tím souvisí také snaha o miniaturizaci analytických přístrojů, které by umožnily přenositelnost těchto zařízení a jejich použití mimo laboratoř, tedy přímo v místě odběru vzorku (např. v přírodě nebo u lůžka pacienta). Analýza in šitu urychluje celý analytický proces a snižuje celkové náklady na analýzu.
Podstata vynálezu
Výše uvedené požadavky jsou do značné míry splněny způsobem izolace a analýzy biologicky významných látek podle tohoto vynálezu.
Podstatou vynálezu je dvojdimenzionální způsob izolace a analýzy látek z biologických vzorků, kdy se analyzované látky před zahájením analýzy kapilární clektroforézou izolují pomocí povrchově modifikovaných magnetizovatelných částic (jedna dimenze) v elektroforetickém rezervoáru čipu kapilární elektroforézy, poté se v elektroforetickém
T
-Lrezervoáru čipu pro kapilární elektroforézu působením vnějšího magnetického pole separují od modifikovaných magnetizovatelných částic a teprve pak se provede druhá separace a analýza látek pomocí standardní kapilární elektroforézy v čipovém uspořádání (druhá dimenze).
Izolace pomocí povrchově modifikovaných magnetických částic se provádí přímo v elektroforetickém rezervoáru čipu pro kapilární elektroforézu působením vnějšího magnetického pole, které je realizováno pomocí stacionárního magnetu nebo elektromagnetu. Při tomto způsobu je možné využít velmi malého objemu snadno dostupného vzorku, jako jsou veškeré typy tělních tekutin (krev, krevní sérum, mozkomíšní mok, pot, moč, nádorové výpotky).
Způsob podle vynálezu integruje proces izolace látek pomocí magnetizovatelných částic s povrchem selektivně modifikovaným pro studovaný analyt a identifikaci analyzovaných látek pomocí kapilární gelové elektroforézy v^ mikrofluidním uspořádání. Magnetizovatelné částice s povrchem selektivně modifikovaným pro záchyt proteinů, nukleových kyselin nebo dalších analytů, umístěné do rezervoáru komerčního mikrofluidního čipu specifického pro určitý analyt slouží jako extrakční fáze s velkým povrchem, a tím také s vysokou extrakční kapacitou. Kapilární elektroforéza optimalizovaná pro analýzu specifického analytu následně poskytuje informace nejen o koncentraci sledované látky, ale například i čistotě, velikosti molekul a dalších parametrech.
Ve výhodném uspořádání se využívá komerčně dodávaného elektroforetického čipu, v jehož rezervoáru je prováděna izolace sledované látky (nukleové kyseliny, proteinu) pomocí modifikovaných magnetizovatelných částic. Pro manipulaci s magnetizovatelnými částicemi se ve výhodném uspořádání používá vnějšího magnetického pole, jehož zdroj je umístěn pod elektroforetickým čipem. Alternativní možností je využití tubulámího magnetu vkládaného do rezervoáru elektroforetického čipu. Magnetické pole lze realizovat buď pomocí stacionárního magnetu požadované velikosti, nebo elektromagnetu. Po ukončení promývacích procesů spojených s izolací je možné „odpadní (neboli použité) magnetické částice v rezervoáru ponechat, protože nedochází k jejich migraci separacním kanálem a tím rušení procesu stanovení, případně je lze odstranit pomocí zmíněného tubulámího magnetu.
Pojem „povrchově modifikované magnetizovatelné částice zahrnuje částice vyrobené z magnetických materiálů (např. Fe2O3, Fe3O4 aj.) o rozměrech v řádu nano- nebo mikrometrů modifikované látkou schopnou interagovat s analytem (např. protilátka, oligonukleotidová komplementární sekvence, aj.).
.X
Pojem „rezervoár elektroforetického čipu“ pojmenovává prostor na elektroforetickém čipu, který je určen k nanášení roztoků. Jde o miniaturní nádobku, která je součástí plastového pláště čipu a vymezuje vstupy do jednotlivých kanálů v čipu.
Pojem „tubulámí magnet pojmenovává magnet tyčinkovítého tvaru o rozměrech vhodných pro vsunutí do rezervoáru elektroforetického čipu.
Pojem „elektromagnet“ pojmenovává magnet tyčinkovítého tvaru o rozměrech vhodných pro vsunutí do rezervoáru elektroforetického čipu, jehož magnetické vlastnosti jsou ovládány pomocí průchodu elektrického proudu.
Základní postup izolace biomolekul pomocí magnetizovatelných částic je uveden na obr. /. l< Ve zkumavce (a) je homogenát vzorku, do kterého byly přidány magnetizovatelné částice. Při procesu zvaném hybridizace (interakce dvou vláken nukleových kyselin), konjugace (proteinprotein interakce) či dalších fyzikálně-chemických interakcích (adsorpce, iontová interakce) dochází k navázání konkrétních biomolekul (DNA, RNA, proteiny) na specificky modifikovaný povrch magnetizovatelných částic (b), který je upraven podle druhu izolovaných molekul. Například pro izolaci nukleové kyseliny je povrch magnetizovatelných částic modifikován řetězcem komplementárním k hledané sekvenci nebo řetězcem tvořeným repetitivní sekvencí (oligo dT, oligo G apod.). Při izolaci proteinů se používá modifikace streptavidinem, avidinem, neutravidinem, proteiny G, A, polymemími sloučeninami nebo například protilátkami (monoklonální, polyklonální). Konjugované složky při hybridizaci bývají pro výslednou detekci biologické interakce značené; nej častěji technologicky využívané způsoby značení zahrnují streptavidin-biotin nebo avidin-biotin, neutravidin-biotin apod. Poté následuje promytí magnetizovatelných částic s již navázanými molekulami, při kterém se odstraní ostatní interferující látky (c). Oddělení izolovaných biomolekul od magnetizovatelných částic se docílí zvýšením teploty (d), změnou iontové síly, změnou složení elučního roztoku či dalšími fyzikálně-chemickými změnami prostředí, ve kterém hybridizace probíhá (e). Po oddělení izolovaných biomolekul se magnetizovatelné částice přitáhnou magnetem a cílové biomolekuly se odpipetují do nové zkumavky (f). Takto separované biomolekuly jsou připraveny pro další analýzu.
Předmětem vynálezu je spojení principu izolace biomolekul pomocí magnetizovatelných částic se separací a následnou analýzou pomocí čipové kapilární elektroforézy (obr. 2). Schematické znázornění komerčně dodávaného čipu je uvedeno v části (A). K tomuto čipu je připojen magnet, umožňující práci s magnetizovatelnými částicemi přímo v čipu (A), (B). Obrázek (C) ukazuje princip separace pomocí magnetizovatelných částic, homogenát s cílovými biomolekulami, interakci částic s cílovou skupinou biomolekul, promytí a odstranění
A
- ' S .
interferujících látek, denaturaci a následnou separaci ve spojení s detekcí cílových biomolekul pomocí čipové kapilární elektroforézy.
Možnosti manipulace s magnetickými částicemi v jamce elektroforetického čipu jsou znázorněny na obr. 3. Částice je možné přidržet na dně jamky pomocí planámího magnetu umístěného pod čipem (obr. 3A), případně lze částice z jamky vyjmout pomocí tenkého tubulámího magnetického mechanismu (obr. 3B, 3C). Přesná manipulace s čipem podél os x a y, stejně jako manipulace s magnetickým separátorem vose z, je v ideálním případě zajištěna pomocí 3D mikromanipulátoru. Realizace magnetického separátoru je možná pomocí permanentního magnetu o vhodném tvaru a rozměrech nebo pomocí elektromagnetu.
Kapilární elektroforéza pomocí jakéhokoli čipu poskytuje informace nejen o koncentraci sledované látky, ale násobí separační potenciál předkládaného patentu o druhou dimenzi, tzn. izolované molekuly pomocí magnetických částic jsou dále rozlišeny dle velikosti a stanovena jejich koncentrace podle určení daného čipu. Způsob podle vynálezu umožňuje rozšířit možnosti běžně dostupných čipů kapilární elektroforézy na efektivní, snadnou a rychlou izolaci a analýzu látek z velmi malých objemů biologických vzorků i mimo laboratoř bez nutnosti specializovaných separačních kanálů s magnety.
Přehled obrázků na výkresech
Obr. 1: Postup izolace biomolekul pomocí magnetizovatelných částic
Obr.2: Izolace biomolekul pomocí magnetizovatelných částic ve spojení s čipovou kapilární elektroforézou
Obr.3: Možnosti manipulace s magnetickými částicemi
Vynález bude podrobněji popsán pomocí příkladu provedení a přiložených obrázků. Uvedený příklad není omezující z hlediska dalších možných provedení v rozsahu patentových nároků.
•5“J
Přiklaďprovedení vynálezu
Příklad 1:
Izolace oligonukleotidů specifických pro virus žloutenky typu B
Streptavidinem modifikované magnetické částice byly konjugovány s biotinem značeným oligonukleotidem (HBV) komplementárním k hledanému oligonukleotidu specifickému pro virus žloutenky typu B.
Příprava magnetizovatelných částic k hybridizaci mimo čip v mikrozkumavce
Magnetizovatelné částice v nativním roztoku se odebraly v objemu 110 μΐ, umístily se do mikrozkumavky, mikrozkumavka se přiložila k magnetu a nativní roztok se odsál. Přidalo se 200 μΐ promývacího roztoku (50 mM HEPES), roztok se pipetou 5x promíchal, přiložil k magnetu a promývací roztok se odsál.
HBV oligonukleotid značený biotinem se rozpustil v 2 M NaCl roztoku na výslednou koncentraci 5 μg/ml a přidal se k promytým částicím. Mikrozkumavka se vložila do termostatu a třepala se 30 min při 1100 rpm a teplotě 25 °C. Pak se přenesla na magnet, 2 M roztok NaCl s HBV oligonukleotidem se odsál a 3x promyl 50 mM roztokem HEPES, po posledním promytí se roztok odstranil, takže v mikrozkumavce zůstaly pouze HBV oligonukleotidem modifikované magnetizovatelné částice.
K promytým modifikovaným magnetizovatelným částicím v mikrozkumavce s HBV oligonukleotidem se přidalo 110 μΐ hybridizačního roztoku (100 mM Na2HPO4, 100 mM NaH2PO4, 0,5 M NaCl a 0,15 M Tris-basjfc s upraveným pH = 7,5.
Plas tni izolace a analýza cílových molekul na čipu
Do každé z 11 jamek na čipu, určených pro vzorky, se napipetovalo 6 μΐ připravených částic na hybridizaci a do každé jamky se napipetovalo maximálně 5 μΐ vzorku. Vzorek s magnetizovatelnými částicemi se pipetou 5x promíchal.
Celý čip s napipetovanými vzorky se překryl parafilmem a umístil do termostatu a třepal se 10 min při 600 rpm a teplotě 25 °C. Cip se pak umístil na 30 - 60 s na magnet (viz. Gjbr. 2 A), až se magnetizovatelné částice přitáhly k magnetu, opatrně se odsál roztok nad částicemi a přidalo se 10 μΐ promývacího roztoku (50 mM HEPES). Poté se čip odstranil z dosahu magnetu a vzorek s promývacím roztokem v jednotlivých jamkách se 5x promíchal pipetou. Promývání se třikrát zopakovalo, při posledním promytí se promývací roztok odsál a čip se ponechal na magnetu.
Do jednotlivých jamek se přidalo 10 μΐ 50 mM HEPES, čip se překryl parafinem, umístil na termostat a třepal se 10 min při 600 rpm a teplotě 85 °C. Po uvolnění vzorku z magnetických částic (eluci) se čip okamžitě umístil na magnet a led. Analýza vzorků pomocí kapilární čipové elektroforézy se provedla podle návodu dodávaného k vlastnímu čipu a kapilární čipové elektroforéze a spustila se analýza. Pomocí streptavidinem modifikovaných magnetických částic se takto přímo v elektroforetickém čipu izoloval hledaný biotinem značený HBV oligonukleotid, který se následně analyzoval kapilární elektroforézou. Pomocí softwaru dodávaného k čipu se vyhodnotily vzorky a získala se informace o množství oligonukleotidů specifických pro virus žloutenky typu B, jejich čistotě a také velikosti oligonukleotidového fragmentu.
Průmyslová využitelnost
Dvojdimenzionální způsob izolace a analýzy látek v čipovém uspořádání kapilární elektroforézy umožňuje současně izolaci biologicky významných molekul z biologických vzorků i analýzu na jednom zařízení. Při tomto způsobu izolace analytu pomocí povrchově modifikovaných magnetizovatelných částic nevznikají ztráty odebraného biologického vzorku. Způsob podle vynálezu umožňuje rozšířit možnosti běžně dostupných čipů kapilární elektroforézy na efektivní, snadnou a rychlou izolaci a analýzu látek z velmi malých objemů biologických vzorků i mimo laboratoř bez nutnosti specializovaných separačních kanálů s magnety.
6Z
Λ'Κ- —tyCL ~7 7
Upravené patentové národy

Claims (3)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Dvojdimenzionální způsob izolace a analýzy látek z biologických vzorků, vyznačující se tím, že analyzované látky se před zahájením analýzy kapilární elektroforézou izolují pomocí povrchově modifikovaných magnetizovatelných částic v elektroforetickém rezervoáru čipu kapilární elektroforézy, poté se v elektroforetickém rezervoáru čipu pro kapilární elektroforézu působením vnějšího magnetického pole separují od modifikovaných magnetizovatelných částic a teprve pak se provede druhá separace látek a analýza pomocí standardní kapilární elektroforézy v čipovém uspořádání.
  2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že magnetické pole je realizováno pomocí stacionárního magnetu nebo elektromagnetu.
  3. 3. Způsob podle nároků 1 až 2, vyznačující se tím, že magnetizovatelné částice jsou paramagnetické mikro- nebo nanočástice.
CZ20110040A 2011-01-27 2011-01-27 Dvojdimenzionální zpusob izolace a analýzy látek z biologických vzorku CZ303383B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20110040A CZ303383B6 (cs) 2011-01-27 2011-01-27 Dvojdimenzionální zpusob izolace a analýzy látek z biologických vzorku

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20110040A CZ303383B6 (cs) 2011-01-27 2011-01-27 Dvojdimenzionální zpusob izolace a analýzy látek z biologických vzorku

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ201140A3 true CZ201140A3 (cs) 2012-08-22
CZ303383B6 CZ303383B6 (cs) 2012-08-22

Family

ID=46671075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20110040A CZ303383B6 (cs) 2011-01-27 2011-01-27 Dvojdimenzionální zpusob izolace a analýzy látek z biologických vzorku

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ303383B6 (cs)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0313197D0 (en) * 2003-06-09 2003-07-16 Imp College Innovations Ltd Free flow electrophoresis microchip, system and method
US20100147688A1 (en) * 2006-01-19 2010-06-17 Mohamed Roshdy Soliman El Hadidy 2-in-1 biochip

Also Published As

Publication number Publication date
CZ303383B6 (cs) 2012-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6649419B1 (en) Method and apparatus for protein manipulation
CN101010592B (zh) 将磁性粒子与流体分离、混合和浓缩的设备和方法及其在提纯方法中的用途
JP5595382B2 (ja) 唾液内の検体を検出する装置及び方法
CN110167674B (zh) 用于隔离散液体中的物质的系统和方法
CN109416312A (zh) 利用表面附着结构的流动池,以及相关的系统和方法
JP6684868B2 (ja) 核酸の精製のための1工程法
Nevídalová et al. Capillary electrophoresis–based immunoassay and aptamer assay: A review
CN205570357U (zh) 一种提取及检测生物样本的装置
JP2022509369A (ja) 粒子捕捉システムおよび方法
WO2010041230A2 (en) Microfluidic integrated device for sample processing
CN110168376A (zh) 磁珠-核酸适配体-多靶分子同时检测的方法及试剂盒
EP2051809A1 (en) Analyte manipulation and detection
US20210220827A1 (en) Systems and methods for nucleic acid purification using flow cells with actuated surface-attached structures
CN110609146B (zh) 自动分析装置
CN110023758B (zh) 用于从体液样本中分离分析物的设备、系统、方法和套件
WO2013108168A2 (en) Determining a presence of target molecules in a body fluid comprising cells
CZ201140A3 (cs) Dvojdimenzionální zpusob izolace a analýzy látek z biologických vzorku
CZ23748U1 (cs) Sestava pro selektivní izolaci a analýzu látek z biologických vzorků
Gaffrey et al. Internal Standard for Quantification
CA2998812C (en) Flow cells utilizing surface-attached structures, and related systems and methods
IL301032A (en) System, kit, method and process for sample handling
CN105713898A (zh) 超敏微量目标物质自动提取/检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20121112

MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20190127