УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ И/ИЛИ МАКРОМОЛЕКУЛ ИЗ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗЦА

Полезная модель относится к области молекулярной биологии, биотехнологии и биохимии и может быть использована в медицине. Полезная модель представляет собой устройство для выделения и очистки магнитных наночастиц при экстракции и очистке нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) сорбентным методом из различного биологического материала. Устройство используется в комплекте с анализаторами нуклеиновых кислот на основе метода полимеразной цепной реакции в реальном времени.
Известно устройство «Magneticparticleseparatingdevice, and method of separating andpurifying nucleicacid or proteins ingsame» (Магнитное устройство сепарации частиц, патент США №20160368001 А1, 2013 г.), которое состоит из пластины с отверстиями для пробирок и основания с магнитами в виде стержней, расположенными между пробирками. Недостатком является сложность конструкции: для отдаления пробирок от магнитов необходимо выполнить разъединение пластины с пробирками и основания с магнитами. Недостатком также является неравномерное распределение магнитного поля, воздействующего на магнитные частицы в пробирке: магнитные частицы с макромолекулами формируют плотные комки на боковой стенке пробирки, которые удерживают примеси. Такие примеси не могут быть удалены из комков при однократной промывке, что снижает эффективность выполнения анализа.
Известно изобретение «Способ гомогенизации образцов, содержащих магнитные наночастицы при выделении ДНК в процессе автоматической пробоподготовки для ПЦР анализа» (патент РФ №2451747, 2012 г.), с помощью которого происходит адсорбция нуклеиновых кислот на магнитных частицах и их гомогенизация между находящимся внутри пробирки магнитным пестиком, вращающимся вокруг своей оси за счет движения магнитного шарика с внешней стороны пробирки, и внутренней поверхностью пробирки. Недостатком технического решения является то, что магнитные частицы скапливаются в точке исключительно вблизи полюса магнита, образуя комок, при этом магнитный пестик перетирает его только частью своей поверхности, что значительно снижает эффективность выделения нуклеиновых кислот.
Наиболее близким по технической сути является магнитный штатив для пробирок для выделения и очистки нуклеиновых кислот и/или макромолекул из биологического образца (патент RU2697275C1, 2019 г.), содержащий верхнюю пластину с отверстиями для установки пробирок с макромолекулами и магнитными частицами, нижнюю пластину с магнитами и стенки и снабжен держателем пробирок с ручками для переноски, осью с рукояткой и размещенными на оси одним или несколькими кулачками, каждый из которых имеет две или более площадок, для обеспечения непрерывного перемещения нижней пластины с магнитами в вертикальной плоскости и их фиксации в положениях в соответствии с количеством площадок, при этом каждый магнит имеет форму кольца и снабжен оболочкой из коррозионностойкого материала, каждая пробирка располагается внутри кольца соответствующего магнита, держатель пробирок с ручками для переноски расположен на верхней пластине, верхняя пластина и держатель пробирок с ручками выполнены из прозрачного материала, отверстия в верхней пластине снабжены оптическими окнами, держатель пробирок также имеет отверстия и оптические окна, верхняя пластина содержит дополнительные отверстия в зоне отсутствия магнитного поля.
Общим для всех известных аналогов недостатком является неравномерное распределение магнитного поля в пробирках, воздействующих на магнитные частицы. Частицы накапливаются в той части пробирки, где сгенерировано магнитное поле (на дне, на боковой стенке, на боковой стенке в форме плоского кольца). Микрочастицы контактируют с промывочным раствором, с элюирующей жидкостью недостаточно, т.к. их слипание затрудняет этот процесс. Этот недостаток влияет на качество проведения анализа и его эффективность. Так же надосадочная жидкость удаляется из пробирок и промывочные, элюирующий раствор подаются в пробирки, на стенках которых задерживаются магнитные частицы. Это увеличивает число манипуляций обслуживающего персонала и может повлечь увеличение вероятности загрязнения образцов.
Технической задачей является создание устройства, позволяющего осуществить выделение и очистку нуклеиновых кислот и/или макромолекул из биологического образца.
Технический результат - повышение эффективности работы устройства при его использовании, что достигается тем, что известное устройство, содержащее верхнюю и нижнюю пластины и снабженное держателем пробирок с ручками для переноски, расположенным на верхней пластине, держатель пробирок имеет отверстия и оптические окна, дополнительно имеет неподвижно закрепленные на нижней пластине вертикальные стойки, оснащенные фиксаторами для ограничения движения по ним в вертикальной плоскости верхней пластины, на стойках жестко фиксированы две горизонтальные оси, с горизонтальными осями связана движущаяся по ним направляющая с жестко закрепленными на ней магнитами в форме стержней, каждый магнит снабжен жестко закрепленной на нем защитной крышкой из пластикового коррозионностойкого материала, держатель пробирок выполнен из отдельных сегментов, имеющих один ряд отверстий для пробирок.
Отделение магнитных частиц от раствора в устройстве осуществляется посредством одновременного введения внутрь пробирок, расположенных в одном ряду, магнитных стержней при движении верхней пластины с пробирками вверх и фиксировании ее в этом положении посредством фиксаторов. Наконечник стержня состоит из магнита и жестко фиксированной на внешней поверхности магнитного стрежня защитной крышки из пластикового коррозионностойкого материала. Изготовление магнита в виде стержня значительно упрощает процесс его изготовления по сравнению с прототипом. Поперечное сечение магнита для упрощения изготовления и снижения стоимости может быть круглым или прямоугольным. Внутри пробирки магнит создает постоянное электромагнитное поле. К внешней поверхности защитной крышки под действием магнитного поля, сформированного магнитным стержнем, налипают магнитные микрочастицы. При этом улучшаются условия дальнейшей промывки для удаления нежелательных примесей, и достигается повышение чистоты макромолекул, поскольку магнитные частицы не образуют плотный комок. Наличие защитной крышки предотвращает коррозию магнита, вызванную непосредственным контактом его с раствором. Защитная крышка выполняется из пластика, что уменьшает стоимость, облегчает процесс ее изготовления. Форма крышки - коническая, что позволяет ускорить слив жидкости при выводе стержней из объема раствора в пробирке.
Магнитные частицы можно перемещать с помощью магнита из лунки (пробирки) одного ряда в лунку (пробирку) в соседнем ряду, содержащую раствор, без использования ручного труда, т.к. магниты жестко закреплены на подвижной направляющей и имеют возможность перемещаться плоскопараллельно. Движение верхней пластины с расположенным на ней держателем пробирок ограничивается фиксаторами таким образом, чтобы магниты располагались коаксиально лункам (пробиркам) определенного ряда. Так последовательно магнитные частицы, задерживаемые на поверхностях магнитных стержней, расположенные в одном ряду, проходят стадии промывки и элюирования. Проводится обработка одновременно всех магнитных частиц, расположенных на магнитных стрежнях, что сокращает время выделения и очистки нуклеиновых кислот и/или макромолекул из биологического образца.
Держатель пробирок выполнен в виде отдельных сегментов. В каждом сегменте выполнен один ряд отверстий с оптическими окнами. Пробирки, расположенные в определенном сегменте, заполняются одинаковым раствором (промывочный, элюирующий) и над ними совершаются единовременно одинаковые операции (извлечение нуклеиновых кислот, промывка, элюирование), что сокращает риск возможной ошибки обслуживающего персонала. Отверстия держателя пробирок имеют оптические окна для того, чтобы иметь возможность исключить испарение жидкости из пробирок до начала анализа.
Предлагаемое устройство изображено на чертеже (фиг. 1 - общий вид в разрезе, фиг. 2. - вид сверху).
Устройство содержит верхнюю пластину 1, нижнюю пластину 2, держатель пробирок 3 с ручками 4 для переноски, расположенный на верхней пластине 1, держатель пробирок 3 имеет отверстия 5 и оптические окна 6, на нижней пластине 2 неподвижно закреплены вертикальные стойки 7, оснащенные фиксаторами 8 для ограничения движения по ним в вертикальной плоскости верхней пластины 1, на стойках 7 жестко фиксированы две горизонтальные оси 9, с горизонтальными осями 9 связана движущаяся по ним направляющая 10 с жестко закрепленными на ней магнитами 11 в форме стержней, каждый магнит 11 снабжен жестко закрепленной на нем защитной крышкой 12 из пластикового коррозионностойкого материала, держатель пробирок 3 выполнен из отдельных сегментов 13, включающих в себя один ряд отверстий 5.
Устройство работает следующим образом. После лизиса (разрушения клеток) при реализации метода полимеразной цепной реакции в реальном времени макромолекулы находятся в пробирках в виде раствора вместе с примесями. Перед установкой в устройство в пробирки с раствором добавляются магнитные микрочастицы. Магнитные микрочастицы используются в качестве твердой фазы в различных методиках для связывания биоматериала. В отверстия 5 отдельного сегмента 13 держателя пробирок 3 вставляют пробирки с раствором и магнитными частицами. Сегмент 13 размещают на верхней пластине 1 в крайнем правом положении. Еще один сегмент 13 держателя пробирок 3 заполняется пробирками с промывочным раствором и размещают на верхней пластине 1 рядом с сегментом 13 с пробирками с анализируемым раствором и микрочастицами. Согласно выбранной методике выделения и очистки нуклеиновых кислот остальные сегменты 13 держателя пробирок 3 заполняют пробирками с требуемым раствором (элюирующий, промывочный) или оставляют пустыми. Чтобы избежать испарения раствора пробирки до начала проведения анализа закрывают оптическими окнами 6. Направляющая 10 с жестко закрепленными на ней магнитами 11 в форме стержней в начале работы расположена в крайнем правом положении на горизонтальных осях 9 таким образом, что магниты 11 располагаются коаксиально пробиркам с анализируемым раствором, расположенным в сегменте 13. На магниты 11 надевают защитные крышки 12 из коррозионностойкого материала. Верхняя пластина 1 перемещается вверх по стойкам 7 и задерживается фиксаторами 8 в крайнем верхнем положении, при этом магниты 11 расположены внутри пробирок с анализируемым раствором и магнитными частицами. К внешней поверхности защитной крышки 12 под действием магнитного поля, сформированного магнитным стержнем 11, налипают магнитные микрочастицы. Проводится обработка одновременно всех пробирок, расположенных в данном сегменте 13. Верхняя пластина 1 перемещается вниз по вертикальным стойкам 7 и задерживается фиксаторами 8 в крайнем нижнем положении. Направляющая 10 перемещается по осям 9 в горизонтальном направлении влево и останавливается таким образом, что магниты с удерживаемыми на них магнитными частицами располагаются коаксиально пробиркам в следующем сегменте 13 держателя пробирок 3. Таким образом, магнитные частицы из одной пробирки можно перемещать с помощью магнита из пробирки одного ряда в пробирку в соседнем ряду, содержащую другой раствор. После серии промывок и элюирования сегмент 13 держателя пробирок 3 с пробирками, содержащими элюирующую жидкость и макромалекулы образца, посредством ручек 4 для переноски снимают с верхней пластины 1 и перемещают для дальнейшего анализа. После выделения и очистки нуклеиновых кислот защитные крышки 12 снимают вместе с магнитными частицами и выбрасывают, новые крышки берут для нового выделения и очистки нуклеиновых кислот и/или макромолекул из биологического образца. Направление и скорость движения направляющей 10 по горизонтальным осям 9 и время выстоя могут быть реализованы в автоматическом программируемом режиме. Траектория и скорость движения верхней пластины 1 в вертикальном направлении могут быть также реализованы в автоматическом программируемом режиме.
Положительный эффект - предлагаемое устройство обеспечивает увеличение эффективности процессов выделения и очистки нуклеиновых кислот и/или макромолекул из биологического образца, уменьшение числа манипуляций обслуживающего персонала.