專利名稱：細胞磁標儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于細胞磁標記和基因磁轉染的細胞磁標儀，屬于納米生物技術及生物醫學領域。
背景技術：
磁性納米材料(主要是顆粒材料,如Fe304、Y -Fe2O3納米顆粒)因其豐富的磁學特性和良好的生物相容性，在磁共振成像對比劑、細胞磁標記示蹤、基因轉染和磁靶向藥物載體、細胞與生物分子分離、生物傳感與檢測、以及磁感應腫瘤熱療等生物醫學領域有廣泛的應用。隨著磁性納米顆粒做為磁共振造影劑的臨床應用，許多研究者開始采用磁性納米顆粒對一些干細胞、腫瘤細胞、免疫細胞等進行磁標記，并采用磁共振進行示蹤，以研究干·細胞移植后的遷移分化、腫瘤細胞的轉移和浸潤、免疫細胞的生物分布和靶器官等生物學行為，以指導臨床治療或奠定基礎。磁性納米顆粒標記細胞的原理是基于培養環境中磁性納米顆粒對細胞的吸附和被細胞內化以及通過胞吞、胞飲等方式進入細胞，并動態累積。標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、聚集態等納米特性，也取決于細胞種類以及細胞培養液環境等。為了提高磁標記效率，除了進一步提高納米顆粒本身的性能外，另一個重要的手段是通過利用外磁場對磁性納米顆粒施加磁場力和機械擾動，以增強納米顆粒與細胞的相互作用，加速納米顆粒進入細胞。基因的有效轉染和輸送是基因功能研究和腫瘤等疾病治療的關鍵技術，一直以來也是制約基因治療成功開展的重要問題。基因傳遞系統分為病毒載體和非病毒載體。因為病毒載體在免疫原性、細胞毒性、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體的衍生物，獲得了快速的發展，但是仍然存在著轉染效率低、細胞毒性等問題。無機納米顆粒因其生物相容性和多功能性已經發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增強的基因轉染等功能，在基因傳遞和治療中越來越顯示出重要的作用。與細胞磁標記類似，為了提高負載基因的磁性納米顆粒轉染細胞的效率，各種磁場，如靜磁場、振蕩的永磁體陣列以及脈沖磁場等，已經被用于增強磁性納米顆粒攜帶基因進入細胞。靜磁場是基于放在細胞培養板下面的永磁鐵(一般是釹鐵硼磁體)對磁性納米顆粒施加向下的磁力，增強其與貼壁培養細胞的作用從而提高轉染效率；振蕩的永磁體陣列除了如上所述的磁力作用外，還進行水平方向的振蕩(可有不同頻率)，從而進一步增加磁性納米顆粒與細胞的作用。脈沖磁場則是由繞制的線圈提供的具有一定波形的磁場，設計構造較復雜，成本較高，由于細胞培養空間的限制和本身熱效應問題，形成的磁場強度較弱，在細胞轉染上不如靜磁場。靜磁場雖然能提供較強的磁力作用，但是隨之帶來的問題則是導致磁性納米顆粒過多沉降，覆蓋在貼壁細胞上，雖然轉染效率提高了，但是導致細胞活性降低和毒性；另一方面，對于一些懸浮培養的血液腫瘤細胞以及免疫細胞等，這種沉降甚至降低細胞轉染效率。因此，如何進一步設計構造更合理的、適用于細胞磁標記和磁轉染的磁場系統成為迫切的需求。

發明內容
針對目前脈沖磁場強度較弱、靜磁場導致磁性納米顆粒沉降，從而影響磁標記和磁轉染效率的技術問題，本發明提出將靜磁場上下對稱放置，提高磁場均一性，以降低磁性納米顆粒沉降，同時以旋轉的方式提供交變的作用，形成空間和時間上對磁性納米顆粒的作用，不僅適用于貼壁培養細胞，亦適用于懸浮培養細胞。本發明以進一步提高磁性納米顆粒對細胞磁標記和磁轉染的效率為目的，設計構建了一種新型的細胞磁標儀，其是一種對稱旋轉磁場系統，即將條形永磁體(釹鐵硼)上下對稱放置，使得磁場系統變為雙層構造，中間為細胞培養板插槽，上下兩層磁場相互作用，可以通過磁力吸引由下磁場帶動上磁場轉動，強化、均勻了作用磁場，形成的旋轉磁場在變化的空間和時間上增強了磁性納米顆粒對細胞的作用，解決了目前磁標記和磁轉染設備效率低的難題。具體技術方案如下一種用于增強磁性納米顆粒對細胞磁標記和基因磁轉染的細胞磁標儀，其特征在 于，該細胞磁標儀包括三層結構位于下部的下磁場盒、位于上部的上磁場盒，以及位于上磁場盒和下磁場盒作用空間內的中間層，該中間層為細胞培養板；下磁場盒為驅動和控制部分，磁條固定于轉臺上，由電機帶動產生旋轉磁場；上磁場盒為從動磁場部分，由固定在轉軸上的磁條組成，與下磁場完全對齊，能在下磁場驅動下同步旋轉；下磁場盒和上磁場盒中間包括適于放置細胞培養板的插槽。進一步地，下磁場盒的驅動部分為轉速可調電機，控制部分由單片機控制電路板、速度傳感器、液晶屏、按鈕組成，可實現轉速調節和計時功能。進一步地，在于采用上下對稱放置的永磁體產生旋轉磁場，永磁體為釹鐵硼磁條，磁條長度能覆蓋整個細胞培養板，能提供較強的均一作用磁場空間。進一步地,驅動電機帶動下磁場旋轉,下磁場通過磁力作用帶動上磁場同步旋轉。進一步地，上下磁場中間設置細胞培養板插槽，適用于6、24、96孔細胞培養板放置。進一步地，細胞磁標儀采用一體化密封設計。進一步地，置于細胞培養箱中的裝置供電使用12V開關電源，進入細胞培養箱的導線部分采用柔性線路板連接。進一步地，旋轉磁場速度可調范圍為100-2000r/min。本發明具有以下有益效果采用上下對稱磁場結構,下部旋轉磁場帶動上部從動磁場同步旋轉,形成的作用磁場均勻，每掃描一周即可受到一次相反磁極的作用，保證了細胞培養板中的磁性納米顆粒受到均一的磁擾動，不易沉淀，對細胞的作用顯著增強，可有效增強細胞磁標記和磁轉染的效率。由于效率的提高，可以降低磁性納米顆粒標記或轉染細胞時的使用劑量或減小作用時間，這對體內安全和快速遞送基因特別重要。上下磁場中間插槽設計，適用于6、24、96孔細胞培養板放置，整機外表平整，適合滅菌消毒。下部電機驅動的旋轉磁場帶動上部磁場同步轉動，使得驅動裝置大為簡化，節省空間，使設備更為小型化，便于放置在細胞培養箱中進行實驗。設備采用1602數顯，簡潔明了，傻瓜式操作。大范圍轉速調節(100-2000r/min)，方便的計時功能，便于細胞磁標記和磁轉染控制，便于研究不同時間和旋轉速度對磁性納米顆粒作用細胞的影響。


圖I為細胞磁標儀的正視圖。圖2為細胞磁標儀的立體示意圖。圖3為細胞磁標儀的內部設計構造示意圖。圖中I為上磁場盒，2為下磁場盒，3為培養板插槽，4為開機鍵，5為設置鍵，6為大調節鍵，7為小調節鍵，8為轉速顯示，9為時間顯示，10為可調電機，11為磁條，12為轉臺，13為上轉臺固定支架，14為下電機固定支架，15為單片機控制電路板，16為速度傳感器，17為連接導線。
具體實施例方式本專利設計構建了一種新型的細胞磁標儀，利用對稱旋轉磁場系統，強化、均勻了 作用磁場，同時形成的旋轉磁場在變化的空間和時間上增強了磁性納米顆粒對細胞的作用，從而有效提聞了細胞磁標記和磁轉染的效率。具體實施方案是整機采用一體化外殼設計，使用塑料材質，無電磁效應，密封性好，外殼的一體化密封設計便于采用紫外輻照及酒精擦拭等方式進行消毒滅菌，以符合細胞培養無菌要求。整機分為三層結構，如附圖1、2和3所示。圖I和圖2分別為細胞磁標儀的正視圖和立體示意圖。圖中I為上磁場盒，2為下磁場盒，3為培養板插槽，4為開機鍵，5為設置鍵，6，7為大小調節鍵，8為轉速顯示，9為時間顯示。圖3為細胞磁標儀的內部設計構造示意圖。圖中I為上磁場盒，2為下磁場盒，3為培養板插槽，4為開機鍵，5為設置鍵，6，7為大小調節鍵，8為轉速顯示，9為時間顯示，10為可調電機，11為磁條，12為轉臺，13為上轉臺固定支架，14為下電機固定支架，15為單片機控制電路板，16為速度傳感器，17為連接導線。下磁場盒為細胞磁標儀的驅動和控制部分驅動部分為轉速可調電機，磁條固定于轉臺上，由電機帶動轉臺轉動，進而產生旋轉磁場；控制部分由單片機控制電路板、速度傳感器、液晶屏、按鈕組成，可實現轉速調節(100-2000r/min)和計時功能。電源輸入、速度傳感器輸入、驅動馬達輸出、鍵盤及顯示屏輸出集成在控制電路板上。上磁場盒為從動磁場部分，由固定在轉軸上的磁條組成，與下磁場完全對齊，能在下磁場驅動下同步旋轉。中間層處于上下磁場作用的空間內，為適合細胞培養板放置的插槽式結構，適用于6孔板、24孔板和96孔板，方便不同的細胞培養需要。采用上下對稱旋轉磁場的結構設計，上下磁場采用條形釹鐵硼磁條，對稱放置，磁條長度能覆蓋整個細胞培養板。下磁場通過磁力作用帶動上磁場旋轉，一方面提供了均一的作用磁場空間，并以時空周期性變化的方式作用于培養板各孔中的磁性納米顆粒，進而與細胞作用，另一方面，上磁場無需電極驅動，節省了空間和能耗，使設備更加小型化，便于放置在細胞培養箱中工作。液晶顯示分為速度顯示和計時顯示。按鈕包括開機鍵、設置鍵和大小調節鍵，能對旋轉速度和計時進行設置和調節。細胞磁標儀供電使用12V開關電源，進入細胞培養箱的導線部分采用柔性線路板連接。
權利要求
1.一種用于增強磁性納米顆粒對細胞磁標記和基因磁轉染的細胞磁標儀，其特征在于，該細胞磁標儀包括三層結構位于下部的下磁場盒、位于上部的上磁場盒，以及位于上磁場盒和下磁場盒作用空間內的中間層，該中間層為細胞培養板；下磁場盒為驅動和控制部分，磁條固定于轉臺上，由電機帶動產生旋轉磁場；上磁場盒為從動磁場部分，由固定在轉軸上的磁條組成，與下磁場完全對齊，能在下磁場驅動下同步旋轉；下磁場盒和上磁場盒中間包括適于放置細胞培養板的插槽。
2.根據權利要求I所述的一種細胞磁標儀，其特征在于下磁場盒的驅動部分為轉速可調電機，控制部分由單片機控制電路板、速度傳感器、液晶屏、按鈕組成，可實現轉速調節和計時功能。
3.根據權利要求I所述的一種細胞磁標儀，其特征在于采用上下對稱放置的永磁體產生旋轉磁場。
4.根據權利要求3所述的一種細胞磁標儀，所述永磁體為釹鐵硼磁條，磁條長度能覆蓋整個細胞培養板，能提供較強的均一作用磁場空間。
5.根據權利要求I所述的一種細胞磁標儀，其特征在于驅動電機帶動下磁場旋轉，下磁場通過磁力作用帶動上磁場同步旋轉。
6.根據權利要求I所述的一種細胞磁標儀，其特征在于上下磁場中間設置細胞培養板插槽，適用于6、24、96孔細胞培養板放置。
7.根據權利要求I所述的一種細胞磁標儀，其特征在于細胞磁標儀采用一體化密封設計。
8.根據權利要5所述的一種細胞磁標儀，其特征在于置于細胞培養箱中的裝置供電使用12V開關電源，進入細胞培養箱的導線部分采用柔性線路板連接。
9.根據權利要求2所述的一種細胞磁標儀，其特征在于旋轉磁場速度可調范圍為100-2000r/mino
全文摘要
本發明以進一步提高磁性納米顆粒對細胞磁標記和磁轉染的效率為目的，設計構建了一種新型的細胞磁標儀，其是一種對稱旋轉磁場系統，即將條形永磁體(釹鐵硼)上下對稱放置，使得磁場系統變為雙層構造，中間為細胞培養板插槽，上下兩層磁場相互作用，可以通過磁力吸引由下磁場帶動上磁場轉動，強化、均勻了作用磁場，形成的旋轉磁場在變化的空間和時間上增強了磁性納米顆粒對細胞的作用，解決了目前磁標記和磁轉染設備效率低的難題。
文檔編號C12M1/42GK102911865SQ201210448748
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月12日 優先權日2012年11月12日
發明者張宇, 韓國志, 蔡奕康, 王建國, 龐峰飛 申請人:南京東納生物科技有限公司