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Posted on Mar 6, 2020 3:37:53 AM

为何在研发时监测生物磁性分离过程?

磁性分离器在生命科学领域有着众多的应用。从细胞分选到分子诊断,这项技术适用于几纳升(芯片实验室)到几十升(生产IVD(体外诊断)试剂)的体积。

技术人员依据磁珠悬浮液通常是暗色这一实际情况对实验过程进行控制。在分离过程中,当固相移动至滞留区域,然后缓冲区变为透明。当实验结束时,用肉眼即可清楚分辨,或者当需要更高精度时,可以使用光谱仪。

这些方法的主要局限性在于只能够对最终结果进行分析,向我们显示在给定时间后分离是否完成。以目视进行检验不能提供实验进程中发生情况的信息,如果分离时间是固定的,实验过程比预期快时也无法检测出来。

为何在研发时监测生物磁性分离过程?

对于传统磁性分离器的使用技术人员来说,实时监测并不是项议题,提供这类信息会很难解释。因为磁场和磁梯度是根据磁珠的位置改变的,因此很难分析该过程的动力学的变化。由于悬浮液/磁珠在工作体积不同位点的变化不同,磁性行为也会不同,使得数据难以解释。

然而,当磁性分离系统采用恒定的磁力时,实时监测提供的信息就更加容易进行分析。因为在整个工作体积中外加场模式的贡献是一致的,磁珠动力学直接取决于磁矩和直径(后者影响阻力)。由于分离速度的变化,因温度或成分变化引起的缓冲液浓度变化清晰可见。持续监测也应用可推算的曲线使得优化实验和结果成为可能,可以借此对不同的浓度和磁珠间的相互作用进行研究。

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为什么要监测生物磁性分离生产过程?

当生物磁性分离过程从研发实验室转为生产设备时,质量管理就成为了主要问题。工艺条件的检验是首要问题,但是如果使用同质磁力时这将不是个难题。只要在实验室或者检验阶段对磁力值进行测试过,就可以对生产系统给出类似值,以确保无损耗或无不可逆聚集等问题。

应用恒力系统,分离时间可以为适应新的容器直径进行修改。由于速度与磁力呈正比,距离最远的磁珠到达滞留区的时间t=距离/速度。

但是,在生产过程中,仅使用分离时间涉及核准批次比验证批次更快的风险,因为悬浮液的透明度在分离时间内会被校正。例如,如果磁珠在分离开始之前就已经聚集,则这批次看起来可能是正常的,但是由此生产的产品会在后续步骤中产生质量问题。

当对分离过程进行监测时,情况会变得有所不同。通过实时监测可以检测到的质量问题包括磁珠聚集,浓度错误,磁珠直径和磁荷变化,缓冲液黏度变化(由错误的成分或不同的温度引起)。

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即使生物磁性分离用户没有监测过程的传统,但是在研发和生产水平上来说如此监测也是很重要的。在过去,监测的主要制约因素是对实验进程缺乏控制条件。利用先进的生物磁性分离系统,在整个工作体积中具有恒定的磁力,克服了这一限制,使得我们能够受益于实时监测提供的信息。

Monitoring Biomagnetic Separation processes options and choices

开发和验证生物磁性分离系统的标准方法是在不同的时间对上清液进行取样。通常利用分光光度计对样品进行检测。磁珠浓度的测定是通过选择正确的波长来确定,以避免缓冲液中生物分子的干扰,并将其与校正曲线进行对照。当磁珠数接近于零时,即为选定的分离时间。最近有人提出使用基准频率或其部分谐波的磁敏性作为替代方案。

这些方法的其中一个问题在于涉及采样方法,因为在工作体积中不同位点的浓度不同。如何以及从何处抽取样本是一个具有争议性的问题。

获取关于整个工作体积(在实验室为毫升,生产时为升)的实时信息是检验整个实验过程演变的合适选择。为了在不干扰生物磁性分离过程中实现这一目标,光学测量似乎比磁性技术更为优选。

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初始时悬浮液是不透明的,因为其中的磁珠是均匀分布的(除非磁珠浓度非常低),然而当固相分离,缓冲液会变得透明。通过测量容器中投射的光可以对生物磁性分离的演变过程进行实时测量。当采用恒定的磁力时,磁珠从中心快速地移动,因此测量投射光可以很好地反映过程演化。

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此种方法可用于不同的波长,必要时可使用分光光度计 。它可能会提高精度,然而,系统需要根据磁珠/微粒和悬浮液进行定制。50nm磁微粒与1微米磁珠的正确波长时不一样的。更为简便的办法是,测量白光的透光率,此法已被证实对各种波长和缓冲液均有效。

先进的生物磁性系统应用恒定的磁力,可以简便地对实验过程变化进行光学监测。另外,正如您在后面的章节会了解到的,这些系统使得获取的信息易于解释,并使得运用它来获得关于实验的信息和/或控制其性能变得更为简便。

相关文献:

  • 两个简单的概念,使您更好地理解生物磁性分离过程
  • 如何检测磁珠分离过程中地不一致性?

 

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