專利名稱：細(xì)胞磁標(biāo)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于細(xì)胞磁標(biāo)記和基因磁轉(zhuǎn)染的細(xì)胞磁標(biāo)儀，屬于納米生物技術(shù)及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁性納米材料(主要是顆粒材料,如Fe304、Y -Fe2O3納米顆粒)因其豐富的磁學(xué)特性和良好的生物相容性，在磁共振成像對(duì)比劑、細(xì)胞磁標(biāo)記示蹤、基因轉(zhuǎn)染和磁靶向藥物載體、細(xì)胞與生物分子分離、生物傳感與檢測(cè)、以及磁感應(yīng)腫瘤熱療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。隨著磁性納米顆粒做為磁共振造影劑的臨床應(yīng)用，許多研究者開始采用磁性納米顆粒對(duì)一些干細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞等進(jìn)行磁標(biāo)記，并采用磁共振進(jìn)行示蹤，以研究干·細(xì)胞移植后的遷移分化、腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和浸潤、免疫細(xì)胞的生物分布和靶器官等生物學(xué)行為，以指導(dǎo)臨床治療或奠定基礎(chǔ)。磁性納米顆粒標(biāo)記細(xì)胞的原理是基于培養(yǎng)環(huán)境中磁性納米顆粒對(duì)細(xì)胞的吸附和被細(xì)胞內(nèi)化以及通過胞吞、胞飲等方式進(jìn)入細(xì)胞，并動(dòng)態(tài)累積。標(biāo)記的效率取決于納米顆粒的尺寸、表面包覆分子種類、表面電荷、聚集態(tài)等納米特性，也取決于細(xì)胞種類以及細(xì)胞培養(yǎng)液環(huán)境等。為了提高磁標(biāo)記效率，除了進(jìn)一步提高納米顆粒本身的性能外，另一個(gè)重要的手段是通過利用外磁場(chǎng)對(duì)磁性納米顆粒施加磁場(chǎng)力和機(jī)械擾動(dòng)，以增強(qiáng)納米顆粒與細(xì)胞的相互作用，加速納米顆粒進(jìn)入細(xì)胞?；虻挠行мD(zhuǎn)染和輸送是基因功能研究和腫瘤等疾病治療的關(guān)鍵技術(shù)，一直以來也是制約基因治療成功開展的重要問題?；騻鬟f系統(tǒng)分為病毒載體和非病毒載體。因?yàn)椴《据d體在免疫原性、細(xì)胞毒性、潛在致瘤性等方面的限制，非病毒載體，如陽離子聚合物和脂質(zhì)體的衍生物，獲得了快速的發(fā)展，但是仍然存在著轉(zhuǎn)染效率低、細(xì)胞毒性等問題。無機(jī)納米顆粒因其生物相容性和多功能性已經(jīng)發(fā)展為一類新的基因載體，尤其是磁性納米顆粒，具有磁共振示蹤、磁靶向輸送以及磁場(chǎng)增強(qiáng)的基因轉(zhuǎn)染等功能，在基因傳遞和治療中越來越顯示出重要的作用。與細(xì)胞磁標(biāo)記類似，為了提高負(fù)載基因的磁性納米顆粒轉(zhuǎn)染細(xì)胞的效率，各種磁場(chǎng)，如靜磁場(chǎng)、振蕩的永磁體陣列以及脈沖磁場(chǎng)等，已經(jīng)被用于增強(qiáng)磁性納米顆粒攜帶基因進(jìn)入細(xì)胞。靜磁場(chǎng)是基于放在細(xì)胞培養(yǎng)板下面的永磁鐵(一般是釹鐵硼磁體)對(duì)磁性納米顆粒施加向下的磁力，增強(qiáng)其與貼壁培養(yǎng)細(xì)胞的作用從而提高轉(zhuǎn)染效率；振蕩的永磁體陣列除了如上所述的磁力作用外，還進(jìn)行水平方向的振蕩(可有不同頻率)，從而進(jìn)一步增加磁性納米顆粒與細(xì)胞的作用。脈沖磁場(chǎng)則是由繞制的線圈提供的具有一定波形的磁場(chǎng)，設(shè)計(jì)構(gòu)造較復(fù)雜，成本較高，由于細(xì)胞培養(yǎng)空間的限制和本身熱效應(yīng)問題，形成的磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，在細(xì)胞轉(zhuǎn)染上不如靜磁場(chǎng)。靜磁場(chǎng)雖然能提供較強(qiáng)的磁力作用，但是隨之帶來的問題則是導(dǎo)致磁性納米顆粒過多沉降，覆蓋在貼壁細(xì)胞上，雖然轉(zhuǎn)染效率提高了，但是導(dǎo)致細(xì)胞活性降低和毒性；另一方面，對(duì)于一些懸浮培養(yǎng)的血液腫瘤細(xì)胞以及免疫細(xì)胞等，這種沉降甚至降低細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率。因此，如何進(jìn)一步設(shè)計(jì)構(gòu)造更合理的、適用于細(xì)胞磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染的磁場(chǎng)系統(tǒng)成為迫切的需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前脈沖磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱、靜磁場(chǎng)導(dǎo)致磁性納米顆粒沉降，從而影響磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染效率的技術(shù)問題，本發(fā)明提出將靜磁場(chǎng)上下對(duì)稱放置，提高磁場(chǎng)均一性，以降低磁性納米顆粒沉降，同時(shí)以旋轉(zhuǎn)的方式提供交變的作用，形成空間和時(shí)間上對(duì)磁性納米顆粒的作用，不僅適用于貼壁培養(yǎng)細(xì)胞，亦適用于懸浮培養(yǎng)細(xì)胞。本發(fā)明以進(jìn)一步提高磁性納米顆粒對(duì)細(xì)胞磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染的效率為目的，設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種新型的細(xì)胞磁標(biāo)儀，其是一種對(duì)稱旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)系統(tǒng)，即將條形永磁體(釹鐵硼)上下對(duì)稱放置，使得磁場(chǎng)系統(tǒng)變?yōu)殡p層構(gòu)造，中間為細(xì)胞培養(yǎng)板插槽，上下兩層磁場(chǎng)相互作用，可以通過磁力吸引由下磁場(chǎng)帶動(dòng)上磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，強(qiáng)化、均勻了作用磁場(chǎng)，形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在變化的空間和時(shí)間上增強(qiáng)了磁性納米顆粒對(duì)細(xì)胞的作用，解決了目前磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染設(shè)備效率低的難題。具體技術(shù)方案如下一種用于增強(qiáng)磁性納米顆粒對(duì)細(xì)胞磁標(biāo)記和基因磁轉(zhuǎn)染的細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在 于，該細(xì)胞磁標(biāo)儀包括三層結(jié)構(gòu)位于下部的下磁場(chǎng)盒、位于上部的上磁場(chǎng)盒，以及位于上磁場(chǎng)盒和下磁場(chǎng)盒作用空間內(nèi)的中間層，該中間層為細(xì)胞培養(yǎng)板；下磁場(chǎng)盒為驅(qū)動(dòng)和控制部分，磁條固定于轉(zhuǎn)臺(tái)上，由電機(jī)帶動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；上磁場(chǎng)盒為從動(dòng)磁場(chǎng)部分，由固定在轉(zhuǎn)軸上的磁條組成，與下磁場(chǎng)完全對(duì)齊，能在下磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下同步旋轉(zhuǎn)；下磁場(chǎng)盒和上磁場(chǎng)盒中間包括適于放置細(xì)胞培養(yǎng)板的插槽。進(jìn)一步地，下磁場(chǎng)盒的驅(qū)動(dòng)部分為轉(zhuǎn)速可調(diào)電機(jī)，控制部分由單片機(jī)控制電路板、速度傳感器、液晶屏、按鈕組成，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和計(jì)時(shí)功能。進(jìn)一步地，在于采用上下對(duì)稱放置的永磁體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，永磁體為釹鐵硼磁條，磁條長度能覆蓋整個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)板，能提供較強(qiáng)的均一作用磁場(chǎng)空間。進(jìn)一步地,驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)下磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn),下磁場(chǎng)通過磁力作用帶動(dòng)上磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步地，上下磁場(chǎng)中間設(shè)置細(xì)胞培養(yǎng)板插槽，適用于6、24、96孔細(xì)胞培養(yǎng)板放置。進(jìn)一步地，細(xì)胞磁標(biāo)儀采用一體化密封設(shè)計(jì)。進(jìn)一步地，置于細(xì)胞培養(yǎng)箱中的裝置供電使用12V開關(guān)電源，進(jìn)入細(xì)胞培養(yǎng)箱的導(dǎo)線部分采用柔性線路板連接。進(jìn)一步地，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度可調(diào)范圍為100-2000r/min。本發(fā)明具有以下有益效果采用上下對(duì)稱磁場(chǎng)結(jié)構(gòu),下部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)帶動(dòng)上部從動(dòng)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn),形成的作用磁場(chǎng)均勻，每掃描一周即可受到一次相反磁極的作用，保證了細(xì)胞培養(yǎng)板中的磁性納米顆粒受到均一的磁擾動(dòng)，不易沉淀，對(duì)細(xì)胞的作用顯著增強(qiáng)，可有效增強(qiáng)細(xì)胞磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染的效率。由于效率的提高，可以降低磁性納米顆粒標(biāo)記或轉(zhuǎn)染細(xì)胞時(shí)的使用劑量或減小作用時(shí)間，這對(duì)體內(nèi)安全和快速遞送基因特別重要。上下磁場(chǎng)中間插槽設(shè)計(jì)，適用于6、24、96孔細(xì)胞培養(yǎng)板放置，整機(jī)外表平整，適合滅菌消毒。下部電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)帶動(dòng)上部磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使得驅(qū)動(dòng)裝置大為簡化，節(jié)省空間，使設(shè)備更為小型化，便于放置在細(xì)胞培養(yǎng)箱中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。設(shè)備采用1602數(shù)顯，簡潔明了，傻瓜式操作。大范圍轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)(100-2000r/min)，方便的計(jì)時(shí)功能，便于細(xì)胞磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染控制，便于研究不同時(shí)間和旋轉(zhuǎn)速度對(duì)磁性納米顆粒作用細(xì)胞的影響。


圖I為細(xì)胞磁標(biāo)儀的正視圖。圖2為細(xì)胞磁標(biāo)儀的立體示意圖。圖3為細(xì)胞磁標(biāo)儀的內(nèi)部設(shè)計(jì)構(gòu)造示意圖。圖中I為上磁場(chǎng)盒，2為下磁場(chǎng)盒，3為培養(yǎng)板插槽，4為開機(jī)鍵，5為設(shè)置鍵，6為大調(diào)節(jié)鍵，7為小調(diào)節(jié)鍵，8為轉(zhuǎn)速顯示，9為時(shí)間顯示，10為可調(diào)電機(jī)，11為磁條，12為轉(zhuǎn)臺(tái)，13為上轉(zhuǎn)臺(tái)固定支架，14為下電機(jī)固定支架，15為單片機(jī)控制電路板，16為速度傳感器，17為連接導(dǎo)線。
具體實(shí)施例方式本專利設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種新型的細(xì)胞磁標(biāo)儀，利用對(duì)稱旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)系統(tǒng)，強(qiáng)化、均勻了 作用磁場(chǎng)，同時(shí)形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在變化的空間和時(shí)間上增強(qiáng)了磁性納米顆粒對(duì)細(xì)胞的作用，從而有效提聞了細(xì)胞磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染的效率。具體實(shí)施方案是整機(jī)采用一體化外殼設(shè)計(jì)，使用塑料材質(zhì)，無電磁效應(yīng)，密封性好，外殼的一體化密封設(shè)計(jì)便于采用紫外輻照及酒精擦拭等方式進(jìn)行消毒滅菌，以符合細(xì)胞培養(yǎng)無菌要求。整機(jī)分為三層結(jié)構(gòu)，如附圖1、2和3所示。圖I和圖2分別為細(xì)胞磁標(biāo)儀的正視圖和立體示意圖。圖中I為上磁場(chǎng)盒，2為下磁場(chǎng)盒，3為培養(yǎng)板插槽，4為開機(jī)鍵，5為設(shè)置鍵，6，7為大小調(diào)節(jié)鍵，8為轉(zhuǎn)速顯示，9為時(shí)間顯示。圖3為細(xì)胞磁標(biāo)儀的內(nèi)部設(shè)計(jì)構(gòu)造示意圖。圖中I為上磁場(chǎng)盒，2為下磁場(chǎng)盒，3為培養(yǎng)板插槽，4為開機(jī)鍵，5為設(shè)置鍵，6，7為大小調(diào)節(jié)鍵，8為轉(zhuǎn)速顯示，9為時(shí)間顯示，10為可調(diào)電機(jī)，11為磁條，12為轉(zhuǎn)臺(tái)，13為上轉(zhuǎn)臺(tái)固定支架，14為下電機(jī)固定支架，15為單片機(jī)控制電路板，16為速度傳感器，17為連接導(dǎo)線。下磁場(chǎng)盒為細(xì)胞磁標(biāo)儀的驅(qū)動(dòng)和控制部分驅(qū)動(dòng)部分為轉(zhuǎn)速可調(diào)電機(jī)，磁條固定于轉(zhuǎn)臺(tái)上，由電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；控制部分由單片機(jī)控制電路板、速度傳感器、液晶屏、按鈕組成，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)(100-2000r/min)和計(jì)時(shí)功能。電源輸入、速度傳感器輸入、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)輸出、鍵盤及顯示屏輸出集成在控制電路板上。上磁場(chǎng)盒為從動(dòng)磁場(chǎng)部分，由固定在轉(zhuǎn)軸上的磁條組成，與下磁場(chǎng)完全對(duì)齊，能在下磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下同步旋轉(zhuǎn)。中間層處于上下磁場(chǎng)作用的空間內(nèi)，為適合細(xì)胞培養(yǎng)板放置的插槽式結(jié)構(gòu)，適用于6孔板、24孔板和96孔板，方便不同的細(xì)胞培養(yǎng)需要。采用上下對(duì)稱旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，上下磁場(chǎng)采用條形釹鐵硼磁條，對(duì)稱放置，磁條長度能覆蓋整個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)板。下磁場(chǎng)通過磁力作用帶動(dòng)上磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，一方面提供了均一的作用磁場(chǎng)空間，并以時(shí)空周期性變化的方式作用于培養(yǎng)板各孔中的磁性納米顆粒，進(jìn)而與細(xì)胞作用，另一方面，上磁場(chǎng)無需電極驅(qū)動(dòng)，節(jié)省了空間和能耗，使設(shè)備更加小型化，便于放置在細(xì)胞培養(yǎng)箱中工作。液晶顯示分為速度顯示和計(jì)時(shí)顯示。按鈕包括開機(jī)鍵、設(shè)置鍵和大小調(diào)節(jié)鍵，能對(duì)旋轉(zhuǎn)速度和計(jì)時(shí)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)節(jié)。細(xì)胞磁標(biāo)儀供電使用12V開關(guān)電源，進(jìn)入細(xì)胞培養(yǎng)箱的導(dǎo)線部分采用柔性線路板連接。
權(quán)利要求
1.一種用于增強(qiáng)磁性納米顆粒對(duì)細(xì)胞磁標(biāo)記和基因磁轉(zhuǎn)染的細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于，該細(xì)胞磁標(biāo)儀包括三層結(jié)構(gòu)位于下部的下磁場(chǎng)盒、位于上部的上磁場(chǎng)盒，以及位于上磁場(chǎng)盒和下磁場(chǎng)盒作用空間內(nèi)的中間層，該中間層為細(xì)胞培養(yǎng)板；下磁場(chǎng)盒為驅(qū)動(dòng)和控制部分，磁條固定于轉(zhuǎn)臺(tái)上，由電機(jī)帶動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；上磁場(chǎng)盒為從動(dòng)磁場(chǎng)部分，由固定在轉(zhuǎn)軸上的磁條組成，與下磁場(chǎng)完全對(duì)齊，能在下磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下同步旋轉(zhuǎn)；下磁場(chǎng)盒和上磁場(chǎng)盒中間包括適于放置細(xì)胞培養(yǎng)板的插槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于下磁場(chǎng)盒的驅(qū)動(dòng)部分為轉(zhuǎn)速可調(diào)電機(jī)，控制部分由單片機(jī)控制電路板、速度傳感器、液晶屏、按鈕組成，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和計(jì)時(shí)功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于采用上下對(duì)稱放置的永磁體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，所述永磁體為釹鐵硼磁條，磁條長度能覆蓋整個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)板，能提供較強(qiáng)的均一作用磁場(chǎng)空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)下磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，下磁場(chǎng)通過磁力作用帶動(dòng)上磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于上下磁場(chǎng)中間設(shè)置細(xì)胞培養(yǎng)板插槽，適用于6、24、96孔細(xì)胞培養(yǎng)板放置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于細(xì)胞磁標(biāo)儀采用一體化密封設(shè)計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要5所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于置于細(xì)胞培養(yǎng)箱中的裝置供電使用12V開關(guān)電源，進(jìn)入細(xì)胞培養(yǎng)箱的導(dǎo)線部分采用柔性線路板連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種細(xì)胞磁標(biāo)儀，其特征在于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度可調(diào)范圍為100-2000r/mino
全文摘要
本發(fā)明以進(jìn)一步提高磁性納米顆粒對(duì)細(xì)胞磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染的效率為目的，設(shè)計(jì)構(gòu)建了一種新型的細(xì)胞磁標(biāo)儀，其是一種對(duì)稱旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)系統(tǒng)，即將條形永磁體(釹鐵硼)上下對(duì)稱放置，使得磁場(chǎng)系統(tǒng)變?yōu)殡p層構(gòu)造，中間為細(xì)胞培養(yǎng)板插槽，上下兩層磁場(chǎng)相互作用，可以通過磁力吸引由下磁場(chǎng)帶動(dòng)上磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，強(qiáng)化、均勻了作用磁場(chǎng)，形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在變化的空間和時(shí)間上增強(qiáng)了磁性納米顆粒對(duì)細(xì)胞的作用，解決了目前磁標(biāo)記和磁轉(zhuǎn)染設(shè)備效率低的難題。
文檔編號(hào)C12M1/42GK102911865SQ201210448748
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者張宇, 韓國志, 蔡奕康, 王建國, 龐峰飛 申請(qǐng)人:南京東納生物科技有限公司