CN100335494C - 用于自由流电泳的分离液自平衡连通收集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于自由流电泳的分离液自平衡连通收集装置，多个样品连通瓶水平地安装在刚性支架上，各个连通瓶通过输入管连通自由流电泳FFE分离室，连通瓶中的收集液通过输出管放出，通过调节旋钮的调节和水平仪的指示来实现刚性支架和连通瓶水平位置的调整。本发明有效地解决了分离室和各管道分离液不稳定和非均匀的流动，为FFE分离室提供高稳定高度均匀的流体动力学环境。本发明可广泛应用于核酸/蛋白质/多肽/细胞/病毒等多种样品的常规FFE分离，可应用于各种在FFE装置进行的样品富集。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于自由流电泳(Free-flow electrophoresis，FFE)分离液自平衡连通收集装置，用于对FFE分离室中的流出液流速进行自动的平衡调节。属于生物化工技术领域。
背景技术
自由流电泳技术为蛋白质高效制备性分离技术，其方法是利用横向电场对在连续流动的电解质溶液中的蛋白质、病毒和细胞进行分离分析。自1970年代以来，FFE已广泛应用于基因、药物、蛋白质、细胞、细胞器和病毒等分离和分析。FFE有很多优点，如理论回收率接近100％，可连续进样进行蛋白质/细胞/病毒等的分离。但仍然存在不少问题。
第一、FFE价格昂贵。在FFE中，关键技术之一为多达96通道以上缓冲液/电解液的稳定输送。传统的方法采用价格昂贵的多道泵来实现缓冲液的输送(邵晓霞.宋金芳.万谦等，生物工程学报，1997，13，218；李钦.李丽.王兆捷等，生物化学与生物物理进展，1998，25，833)。由于在缓冲液输送中无任何缓冲措施，而FFE分离室要求高度稳定均匀的流体动力学环境；因此FFE分离室对多道泵的精确度和稳定性要求极高。对高精度和高稳定性多道泵价格昂贵，这在很大程度上导致FFE成本很高。但如采用一般恒流泵，由于存在明显的压力脉冲等的不稳定因素，因此一般恒流泵很难用于FFE中的高精度和高稳定液体输送。
第二、FFE分离模式单一。在现有的FFE，电泳的分离模式主要为等点聚焦电泳(isoelectric focusing，IEF；T.H.Maugh II，Science 1983，222，259)、点速电泳(isotachophoresis，ITP；W.Thormann，M.A.Firestone，J.E.Sloan，et al.Electrophoresis 1990，11，298)和区带电泳(zone electrophoresis，ZE；S.Hoffstetter-Kuhn，H.Wagner，Electrophoresis 1990，11，457)。因此，在FFE中，电泳的分离模式比较单一。在新近的研究中，我们首次观察到MCRB(移动化学反应界面)-介导的同步富集分离模式(Qin，W H，Cao，C X，Zhang，W，et al.，Electrophoresis，2005，in press)。这种新同步富集分离模式在传统的FFE很难完成有关的应用研究。要完成有关的研究，需要对现行的FFE装置进行改进。
第三、FFE很少用于样品的富集。在最近的研究中，我们首次观察到MCRB-介导的高效富集模式(C.X.Cao，Y.Z.He，M.Li，et al.，Anal.Chem.2002，74，4167；C.X.Cao，W.Zhang，W.H.Qin，et al.，Anal.Chem.2005，77，955)。这种新MCRB-介导的富集模式在传统的FFE很难完成有关的应用研究。要完成相关的应用研究，尚需要对现行的FFE装置进行改进。
发明内容
本发明的目的就是针对以上存在的问题，设计提供一种用于自由流电泳的分离液自平衡连通收集装置，能够使各管的流出液流量均匀一致，最终在FFE分离室中形成稳定均匀的流体动力学环境，能够在自由流电泳中完成MCRB-介导的同步富集分离新模式和MCRB-介导的高效富集新浓缩模式。
为实现上述目的，本发明设计的用于自由流电泳的分离液自平衡连通收集装置由多个样品连通瓶、多个三通管、多根输入管、多根输出管、刚性支架、水平仪、调节旋纽和收集瓶组成，多个连通瓶水平地安装在刚性支架上，各个连通瓶通过输入管连通FFE分离室，连通瓶中的收集液通过输出管放出到收集瓶，通过调节旋纽的调节和水平仪的指示来实现刚性支架和多个连通瓶水平位置的调整。
本发明的具体结构为：刚性支架上设置上固定孔和下固定孔，多个连通瓶通过上固定孔和下固定孔水平地安装在刚性支架的上层，刚性支架的下层安放多个收集瓶与连通瓶一一对应，在每个连通瓶的最低位置安装三通管，三通管的另外两接口再分别连通输入管和输出管，输入管连通FFE分离室，输出管则连通收集瓶。刚性支架的下层中央设置水平仪，刚性支架底部四角各设置一个调节旋纽，刚性支架水平位置通过调节旋纽调整实现，水平状态由水平仪指示。
每个连通瓶的瓶盖上开有气压平衡孔，连通瓶上刻有体积刻度。
本发明中采用的三通管内设有可90度旋转的三通阀。
装置工作时，关闭所有的输出管，开启FFE的输液泵。由于多个连通瓶通过三通管和输入管与FFE分离室连通，刚性支架上所有的连通瓶形状大小相同并在同一高度(即同一水平位置)，以及重力所致的连通瓶液面的自平衡效应；因此所有连通瓶中的液面随FFE输液泵的不断输送会同步上升。这种同步上升所致的结果是所有输入管中的液体以相同的速度流通，最终形成FFE分离室中的流体稳定均匀地向前推动，为FFE分离形成非常稳定均匀的流体动力学环境。
本发明有以下优点和效果。第一、本发明能够使FFE的分离室使用一般的液体输送泵，有效地消除了传统FFE分离室对高精度高稳定多道泵的依赖。
第二、极大地降低了FFE整个系统的制作成本。在传统的FFE中，多道泵为FFE系统最重要的一部分。由于多道泵价格昂贵，传统FFE系统价格很高。这严重限制了FFE的广泛应用。本发明采用简易的流体输送和自平衡系统，极大的降低了FFE系统的成本。
第三、新FFE具有很高流体动力学的稳定性。实验室大量的实验数据表明，采用本发明以及缓冲分流复合器，以及一般的液体输送泵，在FFE分离室中形成非常稳定均匀的流线，即稳定均匀的流体动力学环境。
本发明可应用于常规FFE分离时电解质/或缓冲液/或样品液的稳定输送。本发明具有以下意义：1)、在很大程度上降低了FFE的制造成本，促进FFE在蛋白质/细胞/病毒等制备性分离纯化中；2)、能够在FFE中进行更多的分离模式，包括MCRB-介导的同步富集分离模式；3)、拓展FFE在样品富集中的应用，包括MCRB-介导的蛋白质等样品富集。
附图说明
图1为本发明中连通瓶结构及其连通的示意图。
图1中，1为连通瓶，2为三通管，3为输入管，4为输出管，8为连通瓶盖，9为气压平衡孔，10为连通瓶的体积刻度。
图2为本发明中三通管的结构及其连通的示意图。
在图2中，2为三通管，11为三通管内的三通阀。
图3为本发明刚性支架部分的结构示意图。
在图3中，5为刚性支架，6为水平仪，7为调节旋纽，12为上固定孔，13为下固定孔。
图4为本发明装置整体结构示意图。
图4中，1为连通瓶，2为三通管，3为输入管，4为输出管，5为刚性支架，6为水平仪，7为调节旋纽，12为上固定孔，13为下固定孔，14为收集瓶。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明装置的整体结构如图4所示，多个连通瓶1水平地安装在刚性支架5的上层，由刚性支架5上的上固定孔12、下固定孔13固定，刚性支架5的下层安放多个收集瓶14与连通瓶1一一对应，每个连通瓶1下部连接三通管2的上接口，三通管2的水平接口连接输入管3并通过输入管3连通FFE分离室，三通管2的下接口连接输出管4并通过输出管4连通收集瓶14。刚性支架5下层中央设置水平仪6，用以指示刚性支架5和连通瓶1的水平位置。刚性支架5底部四角各设置一个调节旋纽7，用以调节刚性支架5和连通瓶1的水平位置。
本发明装置中连通瓶的结构及其与三通管的连接关系如图1所示，连通瓶盖8上开有气压平衡孔9，连通瓶上刻有体积刻度10，连通瓶1的下端连接一个三通管2，三通管2的另两个端口分别连接输入管3和输出管4。
本发明装置中采用的三通管2内设有可90度旋转的三通阀，如图2所示，三通管2上接口连通连通瓶1，三通管2水平接口连通输入管3，三通管2下接口连通输出管4，三通管2内的三通阀11可90度旋转，旋转的结果是三通管2上接口与水平接口连通、或与下接口连通，或三接口互不相通。
图3为本发明中刚性支架的结构及其与相关部件的连接示意图。如图3所示，刚性支架5上开设多个上固定孔12和对应的下固定孔13，多个连通瓶1通过上固定孔12和下固定孔13水平地固定安装在刚性支架5的上层，刚性支架5下层中央设置水平仪6，刚性支架5底部四角各设置一个调节旋纽7。
工作时，关闭所有的输出管4，开启FFE的输液泵。由于多个连通瓶1通过三通管2和输入管3与FFE分离室连通，刚性支架5上所有的连通瓶1形状大小相同并在同一高度(即同一水平位置)，以及重力所致的连通瓶1液面的自平衡效应，因此所有连通瓶1中的液面随FFE输液泵的不断输送会同步上升。这种同步上升所致的结果是所有输入管3中的液体以相同的速度流通，最终形成FFE分离室中的流体稳定均匀地向前推动，为FFE分离形成非常稳定均匀的流体动力学环境。
实施例1：小体积自平衡连通收集装置。本装置的连通瓶1和收集瓶14的设计在100-1000mL之间。与之对应为小号的三通管2、输入管3、输出管4和刚性支架5。本装置主要用于实验室等小规模制备性蛋白质/细胞/病毒等的分离和分析。
实施例2：中等体积自平衡连通收集装置。本装置的连通瓶1和收集瓶14的设计在1000-10000mL之间。与之对应为中等型号的三通管2、输入管3、输出管4和刚性支架5。本装置主要用于实验室和企业等中等规模制备性蛋白质/细胞/病毒等的分离。
实施例3：大体积自平衡连通收集装置。本装置的连通瓶1和收集瓶14的设计在10000mL以上。与之对应为大型号的三通管2、输入管3、输出管4和刚性支架5。本装置主要用于实验室和企业等大规模制备性蛋白质/细胞/病毒等的分离。
Claims (2)
1、一种用于自由流电泳的分离液自平衡连通收集装置，其特征在于多个连通瓶(1)通过刚性支架(5)上的上固定孔(12)、下固定孔(13)水平地固定安装在刚性支架(5)的上层，刚性支架(5)的下层安放多个收集瓶(14)与连通瓶(1)一一对应，每个连通瓶(1)下部连接一个三通管(2)的上接口，三通管(2)的水平接口连接输入管(3)并通过输入管(3)连通FFE分离室，三通管(2)的下接口连接输出管(4)并通过输出管(4)连通收集瓶(14)，在刚性支架(5)上设置水平仪(6)，刚性支架(5)底部四角各设置一个调节旋纽(7)；所述连通瓶(1)的瓶盖(8)上开有气压平衡孔(9)，所述三通管(2)内设有可90度旋转的三通阀。
2、根据权利要求1的用于自由流电泳的分离液自平衡连通收集装置，其特征在于所述连通瓶(1)上刻有体积刻度(10)。
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| 连续自由流电泳微重力下分离模式蛋白质的研究 丁士健等，空间科学学报，第24卷第3期 2004 * |
| 连续自由流电泳样机的研制 李钦等，生物化学与生物物理进展，第25卷第4期 1998 * |
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