在隔膜刺穿针中保护的电磁采样装置的制作方法

在隔膜刺穿针中保护的电磁采样装置
1.相关申请
2.该申请要求于2020年3月2日提交的美国临时申请no.62/984,192的优先权，该美国临时申请的内容通过引用全部纳入本文。


背景技术：

3.本教导总体涉及可以用在基于磁性颗粒的采样技术中的电磁装置。
4.带橡胶帽的真空采血管和其它类似的管/小瓶被广泛用于各个领域，特别是临床实验室中。样品可以通过针刺穿橡胶帽装入并进入此类容器中而无需打开容器，从而减少潜在的生物危害、样品污染和溶剂蒸发。
5.固相微萃取(spme)装置已经被开发出来，它可以在一个步骤中执行采样、样品制备和提取，从而大大简化了样品分析。这种spme装置可以包括被保护在针内的纤维，针可以用来刺穿密封容器的隔膜。一旦针插入到容器中，则纤维可以被进一步推下去，以浸入样品中，用于提取一种或多种感兴趣的分析物。在提取过程之后，纤维被拉回到保护针中，并从样品小瓶移除。
6.尽管spme装置已被证明在提取和转移样品方面是成功的，但它们表现出某些缺点。例如，传统的spme纤维的结合能力受到其小表面积的限制。尽管当采用具有较大表面积的spme膜时，可以获得提取效率的显著增强，但spme膜与橡胶刺穿针的整合是困难的。


技术实现要素：

7.公开了一种电磁采样装置，该装置包括具有从近端延伸到远端的空心壳体的针以及包括电磁线圈和金属芯的电磁体，所述金属芯的至少一部分延伸穿过针的所述空心壳体并被配置为在延伸位置与收缩位置之间转变，金属芯的远端在延伸位置中延伸超出针的空心壳体的远端，金属芯的远端在收缩位置中被置于针的壳体内。电磁线圈的激活可以使金属芯磁化。这种激活可以在收缩和延伸位置中实现。
8.该电磁采样装置进一步包括凸缘，该凸缘耦接到所述金属芯，用于使金属芯在延伸位置与收缩位置之间移动。在一些实施例中，针的壳体在其远端被配置用于刺穿用于密封容器的隔膜。
9.在一些实施例中，电磁体被置于针的空心壳体外部。
10.当金属芯经由电磁线圈的激活而被磁化时，金属芯可以被配置为收集放置在容器中的多个磁性颗粒。在一些实施例中，针的空心壳体基本上是圆柱形的。举例来说，在一些实施例中，这样的空心圆柱形壳体可以具有等于或大于约0.5mm的内径。举例来说，空心圆柱形壳体的内径可以在约0.5mm至约10mm的范围内。
11.在一些实施例中，针的壳体包括磁性屏蔽材料，诸如铁磁金属或mumetal。在一些实施例中，金属芯可以由硅钢或铁氧体中的任何一种形成。
12.在一些实施例中，在延伸位置中，金属芯的远端延伸超出针的壳体的远端达约1mm至约100mm的范围内的长度。
13.在相关方面，公开了一种使用根据本教导的电磁采样装置从颗粒容器收集磁性颗粒并将所收集的磁性颗粒转移到由隔膜密封的容器的方法。这样的方法可以包括至少将针的远端插入到包含多个磁性颗粒的容器内。通常情况下，在金属芯处于收缩位置的情况下，针的远端插入到容器中。随后，金属芯可以从收缩位置转变到延伸位置，以使得金属芯的远端将靠近磁性颗粒。电磁线圈可以被激活，以使金属芯磁化，并且至少一些磁性颗粒可以经由磁化的金属芯被捕获。然后，金属芯和相关联的收集的磁性颗粒可以从延伸位置转变到收缩位置中，并且针和捕获的金属颗粒可以被从颗粒容器移除。
14.然后，针可以用来刺穿其中放置了一种或多种目标分析物的密封容器的隔膜，并且至少针的远端可以插入到密封容器中。金属芯可以从收缩位置转变到延伸位置，并且电磁体可以被停用，以便将捕获的磁性颗粒释放到其中放置了(一种或多种)目标分析物的容器中。在一些实施例中，磁性颗粒被功能化，例如，被涂覆，以便捕获目标分析物。举例来说，在一些实施例中，磁性颗粒可以被表现出与目标分析物的特异性结合的抗体进行功能化。在其它实施例中，磁性颗粒可以被c18、抗体或任何其它合适的部分(moiety)进行功能化。
15.在一些实施例中，执行磁性颗粒的混合以促进这些颗粒对目标分析物的捕获。这种混合可以例如经由ac混合装置来实现。在一些实施例中，可以将rf源耦接到电磁采样装置，以将ac信号施加到其金属芯，以促进磁性颗粒的三维(3d)混合。在一些这样的实施例中，ac信号的频率可以在约1hz至约400hz的范围内。由ac信号生成的场强可以是例如在50至200mt之间的范围内，例如在约20至100mt的范围内。
16.然后，金属芯可以收缩，以将磁性颗粒与附着到其的目标分析物一起带入针的壳体中。然后，针可以从目标容器移除，以提取磁性颗粒和相关联的附着的目标分析物。在一些实施例中，针的远端可以插入到质谱仪的开放端口采样接口中，并且可以经由金属芯从收缩位置转变到延伸位置中并停用电磁体来将磁性颗粒释放到质谱仪中。在一些实施例中，在将被分析物附着的磁性颗粒引入到开放端口采样接口之前，对这样的磁性颗粒进行清洗。
17.在一些实施例中，当opp中的连续液体流将分析物从磁性颗粒(珠子)洗出时，电磁体保持通电。在一些实施例中，磁性颗粒可以被释放到opp接口中，并且可以使用电磁混合器来混合opp采样端口中的释放颗粒。举例来说，可以采用美国公布的申请2018/0369831的教导用于磁性颗粒的这种混合，该申请在此通过引用全部纳入。可替代地，可以采用美国公布的申请2020/0043712的教导用于提供磁性颗粒的这种混合，该申请在此也通过引用全部纳入。可替代地，在一些实施例中，磁性颗粒可以进入opp接口，并且它们行进到排出口，或者可以在下游的某个地方被捕捉/收集。
18.通过参考以下结合相关联的附图的详细描述，可以获得对本教导的各方面的进一步理解，这些附图将在下面简要描述。
附图说明
19.图1a和图1b示意性地描绘了根据本教导的实施例的电磁装置，
20.图2描绘了插入到包含多个磁性颗粒的容器中的根据本教导的电磁装置，
21.图3a描绘了图2的电磁装置，其中磁芯与附着到其的磁性颗粒一起处于收缩位置，其中针的远端被用于刺穿其中放置了一种或多种目标分析物的密封容器的隔膜，
22.图3b示出了图3a的电磁装置，其中磁芯和附着的磁性颗粒收缩到针的壳体中，
23.图4是描绘用于从容器提取磁性颗粒并将提取的磁性颗粒转移到另一个容器的根据实施例的方法中的各个步骤的流程图，
24.图5是可以用于搅拌和混合多个磁性颗粒的流体混合系统的示意图。
具体实施方式
25.本发明总体涉及一种电磁采样装置，它包括保护针和电磁体，该电磁体包括电磁线圈和可磁化的金属芯，该金属芯至少部分地延伸穿过保护针的空心壳体。该金属芯可以在延伸位置与收缩位置之间转变，以允许将磁性颗粒从一个容器转移到另一个容器。在一些实施例中，该电磁采样装置可以用于将附着到多个磁性颗粒的分析物引入到质谱仪的输入端口中。
26.图1a和图1b示意性地描绘了根据实施例的电磁采样装置100，它包括针102，针102的特征是从近端(pe)延伸到远端(de)的空心圆柱形壳体。在一些实施例中，针的远端被配置为刺穿密封容器的隔膜，如下面将更详细讨论的。
27.电磁采样装置100进一步包括电磁体104，该电磁体104具有电磁线圈106和可磁化的金属芯108，当线圈被激活时，金属芯108可以被电磁线圈磁化。金属芯108从针的壳体的近端到其远端延伸穿过针的壳体的空心外壳。附着到金属芯的凸缘110允许将可磁化的金属芯从收缩位置转变到延伸位置中，金属芯的远端在收缩位置中位于针的壳体内(图1a)，金属芯的远端在延伸位置中延伸超出针的壳体的远端(图1b)。如下面更详细讨论的，一旦被磁化，在延伸位置中，金属芯可以收集放置在颗粒容器中的磁性颗粒，然后可以将磁性颗粒转移到包含一种或多种感兴趣的分析物的另一个容器中。在一些实施例中，金属芯是由机械致动器转变的。在一些实施例中，电磁线圈的激活可以与金属芯的位置相联系。例如，在一个实施例中，当金属芯处于延伸位置中时，电磁线圈被通电，而当金属芯处于收缩位置中时，电磁线圈被断电。
28.如下面更详细讨论的，在许多实施例中，磁性颗粒被功能化，例如，涂覆有可以与一种或多种分析物特异性结合的抗体，以允许它们被提取，例如，从容器中被提取。此外，在一些实施例中，经由磁性颗粒提取的目标分析物可以被引入到质谱仪的开放端口接口中。
29.如下文更详细讨论的，针的远端的形状和大小被设计为允许其穿透密封容器的隔膜。如上所述，在本实施例中，针102具有空心的壳体，该壳体基本上是圆柱形的，并且其内径等于或大于约0.5mm。举例来说，在一些实施例中，针的壳体的内径可以在约0.5mm至约10mm的范围内。一般来说，选择针的壳体的内径是为了确保它可以容纳金属芯(以及由金属芯收集的磁性颗粒，如下文更多讨论的)，并进一步允许使用针刺穿密封容器的隔膜。该针可以具有各种不同的长度。举例来说，针的长度(即其近端与远端之间的距离)可以在约0.5cm至约20cm的范围内。
30.一般来说，旨在被接纳在针的壳体内的金属芯的部分的直径被选择为允许其以相对于针的内壁有足够的间隙插入针的壳体中，这样当金属芯从延伸位置转变到收缩位置时，由针的远端收集的磁性颗粒可以被带入针的壳体中。举例来说，在一些实施例中，金属芯(或至少其用于插入针的壳体中的一部分)的直径可以在约0.1mm至约10mm的范围内，例如，在约0.3mm至约5mm的范围内。金属芯在延伸位置中延伸超出针的壳体的远端的部分的
长度可以是例如在约1mm至约10mm的范围内。
31.针可以由各种不同的材料形成。在本实施例中，针由磁性屏蔽材料形成。使用磁性屏蔽材料来形成针可以有利地抑制并且优选地防止磁性颗粒被捕捉在针的外表面上。这种磁性屏蔽材料的一些合适的示例包括但不限于铁磁金属或mumetal(具有高磁导率的镍铁软铁磁合金)。
32.在这个实施例中，电磁线圈106被置于针的外面。在一些实施例中，电磁线圈组件可以具有例如在约0.1至约100mm的范围内、例如约20mm的外径。
33.继续参考图1a、图1b和图2、图3a和图3b以及图4的流程图，以上电磁采样装置100可以用于收集包含在颗粒容器中的磁性颗粒(此处也称为磁珠)，并将这些颗粒转移到包含一种或多种感兴趣的分析物的另一个容器。磁性颗粒可以例如由磁性金属、诸如磁性合金形成。举例来说，在一些实施例中，磁性颗粒可以具有带有金属涂层的二氧化硅芯，或者可以具有金属芯。在一些实施例中，磁性颗粒的外表面可以例如用抗体或c18进行功能化，以允许磁性颗粒与一种或多种感兴趣的分析物结合。
34.例如，在一种使用根据本教导的电磁采样装置将磁性颗粒从一个容器转移到另一个容器的方法中，至少针102的远端被插入到其中放置了多个磁性颗粒202的颗粒容器200中。如上所述，磁性颗粒可以被功能化以收集一种或多种感兴趣的分析物。
35.通常情况下，将针插入到颗粒容器时，可磁化的金属芯108在针的壳体内处于收缩位置，但在其它情况下，针可以在可磁化的金属芯处于延伸位置时插入到颗粒容器中。然后，可磁化的金属芯108可以使用凸缘110从其收缩位置转变到其延伸位置，这样金属芯的远端就在磁性颗粒附近，如图2中所示。电磁线圈106可以被激活(在将金属芯从收缩位置转变到延伸位置之前或之后)，以使金属芯磁化。然后，被磁化的金属芯的远端可以吸引磁性颗粒，以便收集这些颗粒中的至少一部分，如图2中示意性地示出的。
36.然后，金属芯的远端和附着到其的磁性颗粒可以收缩到针的保护壳体中，并且针可以从颗粒容器移除。电磁线圈保持通电，以确保磁性颗粒继续保持附着到金属芯的磁化的远端。在许多实施例中，磁场强度的最大值在金属芯的尖端，通常大部分的磁性颗粒都被捕捉在那里。为了定量地将磁性颗粒分装出来，在一些实施例中，磁性颗粒悬浮在溶液中，并且可以预搅拌(例如，经由机械摇动)或用电磁混合器。
37.然后，针的远端可以用来刺穿密封容器300的隔膜302，容器300中放置了包含至少一种感兴趣的分析物305的样品304，如图3a中示意性地示出的。例如，分析物可以分散在介质306内，诸如液体内。一旦插入到密封容器300中，金属芯108可以从收缩位置转变到延伸位置中，以便将金属芯的远端带到分析物304附近，如图3b中所示。然后，电磁线圈可以停用，以便使金属芯消磁，从而将捕获的磁性颗粒释放到容器300中。
38.在一些实施例中，可以对释放的功能化的磁性颗粒进行操纵，以促进样品中(一种或多种)目标分析物的捕获。举例来说，可以使用功能化的释放的颗粒的ac混合来促进释放的颗粒对(一种或多种)目标分析物的捕获。例如，题为“electromagnetic assemblies for processing fluid”的公布的pct申请no.pct/ib2018/050399公开了可以在本教导的一些实施例中采用的用于混合流体的方法和系统，该申请在此通过引用全部纳入。该公布总体上公开了一种流体处理系统，该系统包括具有多个磁性结构的磁性组件，这些磁性结构被配置为在流体容器内生成磁场梯度。磁性结构可以形成为多个电磁体，这些电磁体可以由
控制器单独致动，其中每个电磁体可以在容器内生成磁场。更具体地说，本文复制为图5的该公布的图2描绘了这样一种流体处理磁性组件204，该组件包括上磁性结构245a和下磁性结构245b，其中每个磁性结构包括四个电磁体210，电磁体包括线圈形式的导电线212。电磁体210a-d的内端与中心轴线间隔开来，以便在其间接纳液体容器。ac信号可以施加到各个电磁体210a-d，以使得磁场梯度随时间改变，从而使流体因流体容器内的磁性颗粒的对应移动而经历混合。
39.此外，在一些实施例中，如图3b中示意性地示出的，rf源400可以耦接到金属芯108，以向其施加rf信号，以增强磁性颗粒的三维混合，例如，经由混合其中分散有分析物的介质。颗粒的混合可以有利地增强它们捕获(一种或多种)感兴趣的分析物的能力。
40.在捕获(一种或多种)感兴趣的分析物之后，可以用电磁采样装置100从密封容器移除磁性颗粒。特别是，电磁线圈106可以重新通电以使金属芯磁化，并且磁化的金属芯可以被用来捕获磁性颗粒，例如，通过将颗粒捕捉在金属芯的远端处。金属芯连同捕获的磁性颗粒可以收缩到保护针的壳体中，并且针可以从密封容器移除。
41.在一些实施例中，磁性颗粒可以包括至少两组颗粒，它们被不同地功能化，以便捕获不同类型的分析物。例如，在一些这样的实施例中，一组磁性颗粒可以被功能化，以捕获蛋白质，而另一组磁性颗粒可以被功能化，以捕获脂类。在这种情况下，可以使用上面讨论的方法独立执行使用不同的磁性颗粒对样品内的不同分析物的顺序提取。在这样的实施例中，一种分析物的提取不会对另一种分析物的提取产生不利的影响。
42.在一些实施例中，可以采用功能化的磁性颗粒对感兴趣的分析物进行预处理。举例来说，可以将胰蛋白酶涂覆的磁性颗粒引入到样品中，以分解一种或多种感兴趣的分析物。然后可以移除胰蛋白酶涂覆的磁性颗粒，并可以将c18功能化的磁性颗粒引入到样品中，例如，以提取肽类。
43.在一些实施例中，采样装置可以机械地连接到操纵器。操纵器可以被配置为将采样装置操作性地定位在样品上方，从而使远端在处于延伸位置时延伸以接触第一容器中的样品，并在处于收缩位置时将远端收缩以远离样品。在一些实施例中，操纵器可以包括机械臂。在一些实施例中，操纵器可以进一步配置为并可操作为在从第一容器捕获磁性颗粒之后将采样装置定位在第二容器上方。第二容器可以包含液体(例如，溶剂)，该液体可以用来清洗远端和其中包含的任何磁性颗粒。在一些实施例中，操纵器被进一步配置为并可操作为将采样装置定位在开口端口采样接口的开口端对面，以便当处于延伸位置时，远端延伸并浸入在开口端口采样接口的开口端处流动的溶剂中，并在收缩到收缩位置中时从溶剂中收缩。
44.根据本教导的电磁采样装置提供了许多优点。例如，这样的装置可以提供更高的表面积来捕获磁性颗粒，从而提高提取效率。此外，这样的电磁采样装置可以与上文讨论的rf频率混合进行整合。
45.本领域的普通技术人员会明白，在不偏离本发明的范围的情况下，可以对以上实施例进行各种改变。