بخشی از مقاله
چکیده:
در میان انواع روش های جداسازی یکی از روشهای بسیار کارآمد و رایج جهت جداسازی مواد، بهرهگیری از خاصیت جذب مواد مغناطیسی در حضور میدان مغناطیسی است. امروزه بر این مبنا و با پیشرفت علم و توسعه فناوری نانو، فناوری-های نوینی توسعه یافته اند که از جذب هستههای مغناطیسی انواع نانوسامانههای مغناطیسی برای اهداف مختلف جداسازی، دارورسانی و تشخیص بهره میبرند. در این راستا جداسازی مغناطیسی بر مبنای برهمکنش بین نیروهای مغناطیسی در برابر نیروهای درون ذرهای، هیدرودینامیک و گرانشی، در انواع دستگاههای میکرو و ماکرو عملیاتی شده است. این نوع از جداسازی به دلیل عدم وجود مراحل فشرده، هزینههای کمتر مواد، اتوماسیون ساده، خلوص بالا و کاهش زمان فرایند در مقایسه با سایر روشهای جداسازی به ویژه در انواع جداسازیهای زیستی نظیر جداسازی سلولها، ویروسها، پروتئین ها و نوکلئیک اسیدها مشهور و متداول است. در این مقاله به بررسی اصول کلی جداسازی مغناطیسی، عوامل موثر در فرآیند جداسازی مغناطیسی، انواع سیستمهای جداکننده مغناطیسی و کاربرد آنها به ویژه در زمینه علوم زیستی پرداخته شده است.
واژگان کلیدی: جداسازی مغناطیسی، جداکننده مغناطیسی، کاربرد جداسازی مغناطیسی، جداسازی زیستی
مقدمه
کشف خاصیت مغناطیسی به زمانهای بسیار قبل برمیگردد. خواص مواد مغناطیسی اوایل قرن ششم قبل از میلاد شناسایی شد اما دستگاهی که با استفاده از آهنربا مواد را انتقال دهد و شرایط جداسازی مواد مغناطیسی را از غیرمغناطیسی فراهم آورد تا اواخر قرن هجده به عنوان یک پدیده نادر باقی ماند. تا اینکه در دهه 1950 جداسازیهای مغناطیسی و استفاده از ذرات مغناطیسی به عنوان مقدمه سیستمهای جداسازی مغناطیسی گرادیان بالا مطرح شد - . - Yavuz et al, 2009 تحقیقات انجامشده بر روی دستگاههای جداسازی مغناطیسی اولیه وسیع است تا جایی که تنها بالغبر 300 اختراع مختلف در ایالات متحده آمریکا در این زمینه ثبت شده است . - Owings, 2011 -
معرفی سیستمهای جداسازی مغناطیسی گرادیان بالا و استفاده از ذرات مغناطیسی در دهه 1950 بیشتر افزایش یافت اما تا سال 1970 استفاده از جاذبهای مغناطیسی انتخابی برای جذب زیستمولکولهای ارزشمند صورت نگرفت. اولین گزارش از جداسازی مغناطیسی سلول-های زنده بدون استفاده از جاذبهای مغناطیسی، به سال 1975 بر میگردد که در آن از خواص مغناطیسی ذاتی سلول-های قرمز خون برای جداسازی آنها از سلولهای سفید استفاده شد. تنها دو سال بعد یعنی در سال 1977، Molday و همکارانش استفاده از میکروذرات مغناطیسی متصل شده با آنتیبادیها را برای جداسازی سلولهای قرمز خون و سلول-های لنفاوی گزارش دادند . - Borlido et al,2013 -
از دهه 1980 تکنیکهای جداسازی مغناطیسی کاربردهای بالقوه-ای در زمینههای علوم زیستی یافتند. این ایده شامل استفاده از اجزا بیوشیمیایی مغناطیسی برچسبزده شده برای تصفیه و استخراج زیست مولکولهای هدف با استفاده از گرادیان بالای میدان مغناطیسی خارجی بود. به دلیل داشتن ویژگیهایی که آن ها را در شرایط عملیاتی ملایم بسیار مفید میسازد، ذرات مغناطیسی با پوشش های زیست فعال نقش عمدهای در آمادهسازی، جداسازی و ردیابی مولکولهای زیستی - نظیر DNA و پروتئینها - در زمینه بیوشیمی و تشخیص در زیست پزشکی، ایفا می کنند.
از آنجا که کاربرد مغناطیس در مقایسه با روشهای مرسوم مزایای ذاتی بسیار زیاد و قابل توجهی از جمله هزینه های کمتر مواد، حذف مراحل فشرده کار، اتوماسیون ساده، خلوص بالا و کاهش زمان فرآیند دارد، امروزه استفاده از ذرات مغناطیسی برای جداسازی سلولها، روشی بسیار متداول است. برای مثال، کاربرد ذرات مغناطیسی به عنوان ابزار نمونهبرداری بسیار کارآمد در شناسایی و حذف سلولهای سرطانی در گردش از محیط خون اثبات شده است . - Sinha, 2008-Moeser et al, 2004 - در سال 2000 امکانپذیری جداسازی مغناطیسی مستقیم سلولهای قرمز و سفید خون مورد بررسی قرار گرفت . - Takayasu et al, 2000 - در سالهای 2003 تا 2013 از جداسازی مغناطیسی در زمینههای جداسازی پروتئینها، نوکلئیک اسیدها، سلولها، DNA، آنزیمها و اجزا زیست فعال استفاده شده است.
در این میان، بیشترین مقالات منتشر شده مربوط به سالهای 2012و 2013 میباشد . - He et al, 2014 - تا کنون از میدان مغناطیسی و دستگاه های جداسازی مغناطیسی در موارد بسیاری نظیر حذف فلزات سنگین از آب و پساب، بازیافت نانوذرات مغناطیسی، خالص سازی بیوسورفکتانت و ... استفاده شده است - عموعابدینی، 1388،1387 ،1392،. - 1391 و امروزه استفاده از جداسازی مغناطیسی در بیوتکنولوژی و جداسازی و خالص سازی محدوده وسیعی از زیست مولکولها نظر تعداد بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است . - Rmadan et al, 2004 - در جدول 1 روند پیشرفت جداسازی مغناطیسی در گذر زمان مرور شده است.
اصول کلی جداسازی مغناطیسی
در ابتدا جداسازی مغناطیسی به جداسازی مواد با خاصیت مغناطیسی زیاد محدود شده بود. از آنجا که تمام مواد توسط آهنربا جذب و یا دفع میشوند، محققین و مخترعین اقدام به توسعه این فرآیند، برای جداسازی انواع مواد با اعمال نیروی مغناطیسی نمودند. جهت جداسازی مواد مغناطیسی باید این مواد توسط دستگاه جداساز مغناطیسی جذب شوند. اصل عملیاتی دستگاههای جداسازی مغناطیسی برهمکنش بین نیروهای مغناطیسی و مقایسه با نیروهای درونذرهای، هیدرودینامیک و گرانشی در جداکنندههای مغناطیسی است. در جداکنندههای مغناطیسی شاری از میدان مغناطیسی را به مخلوطی از ذرات اعمال میکنند تا ذرات بر اساس قابلیت مغناطیسپذیری خود در جهات مختلف حرکت کرده و جداسازی شوند. اگر خاصیت مغناطیسی مواد از مقدار مورد نیاز کمتر باشد، با افزایش شدت میدان مغناطیسی این چالش مرتفع میگردد. بدین ترتیب محققین و مخترعین راهکارهای متنوعی برای توسعه این فناوری به کار میبرند تا فرآیند جداسازی مغناطیسی را بهینه سازند. توسعه فناوری جداسازی مغناطیسیگرادیان بالا، استفاده از نانوذرات مغناطیسی دارای خاصیت اشباع مغناطیسی بالا و زیست عملگرا کردن آنها از جمله تلاشهای صورت گرفته در این حوزه است.
