CZ303383B6 - 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
CZ303383B6
CZ303383B6 CZ20110040A CZ201140A CZ303383B6 CZ 303383 B6 CZ303383 B6 CZ 303383B6 CZ 20110040 A CZ20110040 A CZ 20110040A CZ 201140 A CZ201140 A CZ 201140A CZ 303383 B6 CZ303383 B6 CZ 303383B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
chip
analysis
capillary electrophoresis
substances
magnetizable particles
Prior art date
Application number
CZ20110040A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ201140A3 (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 magnetizovatelnými 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

Dvojdimenzionální způsob izolace a analýzy látek z biologických vzorků
Oblast techniky
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 vzorkuje 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 obec ně 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 elektroforézou izolují pomocí povrchově modifikovaných magnetizovatelných Částic (jedna dimenze) 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 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, velikost molekul a dalších parametrech.
Ve výhodném uspořádání se využívá komerčně dodávaného elektroťoretického 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 eletroforetickým čipem. Alternativní možností je využití tubulárního magnetu vkládaného do rezervoáru elektroťoretického čipu. Magnetické pole lze realizovat buď pomocí stacionárního magnetu požadované velikosti, nebo elektromagnetu. Po ukončení promývacíeh procesů spojených s izolací je možné „odpadní“ (nebo použité) magnetické částice v rezervoáru ponechat, protože nedochází k jejich migraci separačním kanálem, a tím rušení procesu stanovení, případně je lze odstranit pomocí z míněného tubulárního magnetu.
Pojem „povrchově modifikované magnetizovatelné částice“ zahrnuje Částic vyrobené z magnetických materiálů (např, Fe2O3, Fe,O4 aj.) o rozměrech v řádu nano- nebo mikrometrů modifikované látkou schopnou interagovat sanalytem (např. protilátka, oligonukleotidová komplementární sekvence, aj.).
Pojem „rezervoár elektroťoretického 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 „tubulární magnet“ pojmenovává magnet tyčinko vitého tvaru o rozměrech vhodných pro vsunutí do rezervoáru elektroťoretického čipu.
Pojem „elektromagnet“ pojmenovává magnet tyčinkovitého tvaru o rozměrech vhodných pro vsunutí do rezervoáru elektroťoretického čipu, jehož magnetické vlastnosti jsou ovládány pomocí průchodu elektrického proudu.
Základní postup izolace biomolekul pomocí magnetizovatelných částic je uveden na obr. 1. Ve zkumavce (a) je homogenát vzorku, do kterého byly přidány magnetizovatelné částice. Při procesu zvaném hybridizace (interakce dvou vláken nukleových kyselin), konjugace (protein-protein interakce) či dalších fyzíkálně-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, neutravídinem, proteiny G, A, polymemími sloučeninami nebo například protilátkami (monoklonální, polyklonální). Konjugované složky při hybridizaci bývají pro výslednou detekci biologické interakce značené; nejčastěji technologicky využívané způsoby značení zahrnují streptavidin-biotin nebo avidin— biotin, neutravidin-biotin apod. Poté následuje promytí magnetizovatelných částic sjiž 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 interferujících látek, denaturaci a následnou separaci ve spojení s detekcí cílových biomolekul pomocí čipové kapilární elektroforézy.
-2CZ 303383 Β6
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. 3 A), případně lze částice z jamky vyjmout pomocí tenkého tubulámího magnetického mechanismu (obr. 3B, 3C). Přesná manipulace s čipem podél osxay, stejně jako manipulace s magnetickým separátorem v ose 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 sčipovou 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.
Příklady provedení 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 μ 1 promývacího roztoku (50 mM HEPES), roztok se pipetou Sx promíchal, přiložil k magnetu a promývací roztok se odsál.
HBV olígonukleotid značený biotinem se rozpustil v 2 M NaCl roztoku na výslednou koncentraci 5 pg/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 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 oligonukleotídem se přidalo 110 μΐ hybridizačního roztoku (100 mM Na^HPCh, 100 mM NaPhPO^ 0,5 M NaCl a 0,15 M Tris-báze s upraveným pH = 7,5.
Vlastni 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 napi petovaným i vzorky se překryl parafilmem a umístil do termostatu a třepal se 10 min pri 600 rpm a teplotě 25 °C. Čip se pak umístil na 30 až 60 s na magnet (viz obr. 2A), 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 pří 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.

Claims (3)

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. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že magnetické pole je realizováno pomocí stacionárního magnetu nebo elektromagnetu.
-4CZ 303383 B6
3. Způsob podle nároků la 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 CZ201140A3 (cs) 2012-08-22
CZ303383B6 true 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)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ2008494A3 (cs) * 2006-01-19 2008-11-26 Hadidy@Mohamed Roshdy Soliman El Biocip dva v jednom
US20090218222A1 (en) * 2003-06-09 2009-09-03 Andreas Manz Free flow electrophoresis microchip, system and method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090218222A1 (en) * 2003-06-09 2009-09-03 Andreas Manz Free flow electrophoresis microchip, system and method
CZ2008494A3 (cs) * 2006-01-19 2008-11-26 Hadidy@Mohamed Roshdy Soliman El Biocip dva v jednom

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dapeng Wu, Jianhua Qin, Bingcheng Lin : Electrophoretic separations on microfluidic chips : Journal of Chromatography A, 1184 (2008), str. 542-559 *
Nicole Pamme, Jan C.T. Eijkel, Andreas Manz : On-chip free-flow magnetophoresis: Separation and detection of mixtures of magnetic particles in continuous flow, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 307 (2006), str. 237-244 *
Sandrine Bronzeau, Nicole Pamme : Simultaneous bioassays in a microfluidic channel on plugs of different magnetic particles, Analytica Chimica Acta 609 (2008), str. 105-112 *

Also Published As

Publication number Publication date
CZ201140A3 (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
EP0885958B1 (en) Method for treating biopolymers, microorganisms or materials by using more than one type of magnetic particles
Serra et al. The power of solid supports in multiphase and droplet-based microfluidics: towards clinical applications
US9103843B2 (en) Device and methods for detecting analytes in saliva
CN110167674B (zh) 用于隔离散液体中的物质的系统和方法
JP6684868B2 (ja) 核酸の精製のための1工程法
CN109416312A (zh) 利用表面附着结构的流动池,以及相关的系统和方法
JP2011522219A (ja) マイクロ流体チップ装置およびその使用
WO2007085980A1 (en) Device for analyzing fluids
JP2022509369A (ja) 粒子捕捉システムおよび方法
WO2010041230A2 (en) Microfluidic integrated device for sample processing
CN205570357U (zh) 一种提取及检测生物样本的装置
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
CN110609146B (zh) 自动分析装置
EP2805164B1 (en) Determining a presence of target molecules in a body fluid comprising cells
US20120077184A1 (en) Electromagnetic multiplex assay biosensor
KR101928333B1 (ko) 복수개의 금속 나노 태그를 이용한 복수개의 타겟의 동시 분석 방법
CZ303383B6 (cs) Dvojdimenzionální zpusob izolace a analýzy látek z biologických vzorku
US20220090166A1 (en) Preparation methods and apparatus adapted to filter small nucleic acids from biological samples
CZ23748U1 (cs) Sestava pro selektivní izolaci a analýzu látek z biologických vzorků
WO2022159717A1 (en) Method for enhancing signals associated with electrophoretically separated analytes using post-electrophoresis treatment
JP3691786B2 (ja) 核酸を分析する装置、およびそれを用いた核酸を分析する方法
CN105973682A (zh) 样本分离装置及分离方法、生物芯片及其应用方法
WO2022248979A1 (en) Enzyme-conjugated magnetic beads suspended in internal standard buffer

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