CN101652658A - 使用透明涂层的毛细管的毛细电泳 - Google Patents

使用透明涂层的毛细管的毛细电泳 Download PDF

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Abstract

一种具有硬的、光学透明的外部涂层或覆层的毛细管。在一个实施例中，外部透明涂层包括硬含氟聚合物。所述硬含氟聚合物涂层粘结到所述熔凝硅玻璃，提供更高的强度和非常好的静态疲劳性能，导致极大地改进了弯曲的柔韧性。毛细管的该薄的硬含氟聚合物涂层提供了更高的初始张力强度、更长的寿命(抵抗应力腐蚀或静态疲劳)以及非常好的能力以便使激发光和发射光直接透射过所述涂层，用于基于荧光的检测。

Description

使用透明涂层的毛细管的毛细电泳
本申请要求于2007年3月26日提交的美国临时专利申请号60/919,984的优先权。该临时专利申请在此以参考的方式被完全并入，完全如在此所述。在此以下公开的内容中被视为等同的所有其他申请、专利、文献和参考书被完全以参考的方式并入，完全如在此所述。
技术领域
本发明涉及毛细电泳，更具体地说，涉及一种用来进行毛细电泳分析的改进的毛细管。
背景技术
合成的熔凝硅毛细管广泛用于分离科学中，其包括通用领域的气体色谱法、毛细液体色谱法以及毛细电泳(CE)。自从20世纪70年代末出现以来，产品质量的稳定提高已经出现。通过涂覆软的含氟聚合物层的光导熔凝硅毛细管是连续发展中的最新一步。[参见，Macomber Joe，NelsonGary光导熔凝硅毛细管，其出版于LCGC，APPLICATION NOTEBOOK，2002年6月，第48页]合成熔凝硅纯度的提高、外涂层的更加耐用以及说明公差的紧密化是毛细管进展中的基石。研究人员已经成功将填充高折射率液体的毛细管用来形成光波导管。在一个具体的应用中，低折射率、外部较软的覆有含氟聚合物的毛细管用于拉曼(Raman)光谱设备中。[参见，D.Che和S Liu，长毛细波导拉曼管，美国专利号5,604,587，1997年]虽然产品用于光导是可行的，但是较软的覆有含氟聚合物的毛细管还没实现低成本或没有实现毛细电泳类型的仪器的大容量一次性多通道毛细凝胶盒所希望的稳定性。
高性能的毛细电泳(HPCE)现在代表一组强有力的电迁移技术，其影响实际上已在生化分析的所有区域中已被感知到[参见，Novotny，M.V.；Sudor，J.电泳1993，14，373-389；Novotny，M.V.高性能的毛细电泳，理论技术与应用，John Wiley&Sons：纽约，1998年，第二章，第729-765页；Novotny，M.V.Methods Enzymol.1996，270，101-133；Stefansson，M.，Novotny，M.V.糖生物学中的技术(Techniques In Glycobiology)，Marcel Dekker，纽约，1997年，第26章，第409-430页]。HPCE是一种凝胶电泳的微流体方法，其最大优点在于其应用范围多样化。具有基于检测的荧光的CE技术通常被生物工业当作一种可靠的、高分辨率和高敏感性的检测工具。[参见，Guttman，A.and Cook，N.Anal.Chem.199163，2038-2042.]
将多个毛细管/通道用于高生产能力的场合的现有的具有激光诱导的荧光(LIF)检测机构的商用CE系统在仪器的设计和操作上是很复杂的。这些系统采用熔凝硅毛细管，其在检测区域处具有涂聚酰亚胺的护层和空旷的窗口区域(即，聚酰亚胺护层在所述窗口区域被移除)。较软的覆有含氟聚合物的毛细管还没有被用于多通道应用中。聚酰亚胺涂层(护层)提供了强度并防止较小的OD玻璃毛细管破裂。对于基于检测的荧光，毛细管的检测区域处的聚酰亚胺护层必须移除。必需的是毛细管的检测区域完全没有任何聚酰亚胺材料或微粒以便为激发提供穿过所述熔凝硅的空旷光学通路并且对来自正在迁入或流入到管的ID内的样品(生物分子)的荧光信号的发射检测/收集进行定向
为了移除聚酰亚胺护层以便为荧光检测提供在毛细管的检测区域处的空旷的光学窗口，所述聚酰亚胺护层会通过时间热(使用电热线圈)、酸刻、机械型的刮擦或移除(例如，使用刀片)得以烧掉，或护层可使用不同波长和/或类型的激光通过光刻或光消融技术得以移除。该过程劳动量很大并且要求在移除过程之后仔细地检查处于高放大率的玻璃表面以确保窗口(玻璃表面)完全没有聚酰亚胺护层或任何其他的微粒。聚酰亚胺还可在可见光下发光，其在检测通路中引入其他的复杂因素。移除检测区域处(例如，3-5毫米长的部分)的聚酰亚胺还将引起较弱的连接，其使裸露的毛细管可能会产生微小裂缝或完全破裂。在移除覆有的材料/护层的过程中施加在检测区域中的过多热量或机械应力还在熔凝硅管的OD和ID中产生微小裂缝，这些裂缝在高功率放大的情况下是不可见的或不能检测到的，其还能增加影响CE型仪器例如DNA碎片分析类型的CE仪器中的整个检测极限(LOD)的本底荧光。
发明内容
本发明克服了用于CE的涂有聚酰亚胺的毛细管的缺点。本发明提供了低成本、具有较高的结构集成度的光学上有效的毛细管。
本发明的一方面致力于一种硬膜、透明或光学透明的带有护层的毛细管。在一个实施例中，透明或透明涂层的毛细管包含外部透明或透明涂层或覆层的硬含氟聚合物。该硬含氟聚合物涂层粘结到熔凝硅玻璃上，提供更高的强度和上好的静态疲劳性能，其大大改进了弯曲的柔韧性。毛细管的薄的硬含氟聚合物涂层提供了更高的初始抗拉强度、较长的使用寿命(抵抗应力腐蚀或静态疲劳)以及出色的能力以使激发光和发射光直接投射过护层，用于基于荧光的检测。涂有硬聚合物的毛细管固有的荧光较低，与现有技术的移除聚酰亚胺护层的裸露的玻璃型的毛细管相比，该荧光提供较低的本底散射(background scattering)并在DNA碎片凝胶毛细电泳类型的应用中实现至少相同的信噪比。通过使用透明涂层的毛细管，不需要烧制窗口，其节省了成本(手工劳动量少)并且在电泳型仪器的可靠的凝胶盒组件的检测区域内提供了极好的毛细管强度。既然毛细管的检测区域(窗口)完全被涂有硬含氟聚合物的护层覆盖，其还允许紧密的光纤耦接(即，以更高的光耦合效率接触毛细管的外表面)以传送激发光或从毛细管的中心孔处的分离采样聚集发射光，而不会破坏或破碎易碎的玻璃毛细管。另一个优点在于可通过金刚石直接在薄的聚合物涂层上劈裂所述毛细管来切开毛细管，其干净利落地切割了玻璃表面，而没有在远(切割)端带出任何的护层。这进一步改进了制造产量，其还减小了整个组件的成本。
本发明的另一方面致力于一种CE系统以及一种使用发明的透明涂层的毛细管实施CE的方法。
附图说明
为了更全面的理解本发明的本质和优点以及使用的优选模式，应当参照以下和附图相结合的详细描述。在下面的附图中，相同的附图标记在整个的附图中表示相同或相似的部件。
图1是根据本发明的一个实施例的毛细电泳系统的示意性表示视图；
图2是根据本发明的一个实施例的具有追踪设备的毛细管盒的透视图；
图3是根据本发明的一个实施例使用图2的毛细管盒的生物分析仪器的外部透视图；
图4是根据本发明的一个实施例使用图3的生物分析仪器的内部透视图；
图5是根据本发明的一个实施例的生物分析仪器的控制系统的方块图；
图6是根据本发明的一个实施例的与检测系统和施加功率有关的毛细管盒的部分透视图；
图7是根据本发明的一个实施例的与检测系统有关的毛细管盒的部分透视图；
图8图示根据本发明的一个实施例的具有透明、硬含氟聚合物涂层的一部分毛细管盒。
具体实施方式
下面根据参照附图的各个实施例描述本发明。尽管根据用于实现本发明的目的的最佳模式描述了本发明，但是本领域内的技术人员将认识到，在不背离本发明的精神或范围的情况下，可根据这些教导进行各种变化。
本发明提供了低成本、具有高的结构集成度的光学有效的毛细管，以便用于毛细电泳系统中。
CE系统概述
毛细电泳(CE)一般是电泳的一种微流体通路(简化凝胶电泳的微通道设备)。其最大优点是其应用范围较广。CE技术一般为生物技术行业所接受，特别是在基于DNA或核酸测试中作为一种可靠的、高分辨率和敏感性很好的检测工具。具有激光诱导的荧光(LIF)的CE还是一个最有用的分析工具，用于快速、高灵敏度和高分辨率的生物分析/检测(例如，DNA、碳水化合物)。
图1是根据本发明的一个实施例的毛细电泳(CE)系统200的示意性的图示。CE系统200一般包含毛细管分离柱22(例如，200-500μmO.D.)，其限定了分离通道36(例如，5-200μm O.D.)。根据本发明，毛细管柱22是由熔凝硅(其在光学上是透明的)制造而成，并具有透明的外涂层(其在光学上也是透明的)，这将在下面予以进一步地披露。分离柱22的内壁(即，分离通道36的壁)可以涂有一种能建立静电电荷以便于取样部分的电泳和/或动电迁移的材料。分离通道36填有分离支承介质，其可以是一种在规定操作和分析条件下特别用于合成具体生物取样(例如，用于DNA、RNA、蛋白质或碳水型的取样)的流动缓和剂或筛分凝胶缓和剂。
毛细管柱22的一端被浸入到流动缓和剂/凝胶34的储存器28中。毛细管柱22的另一端被耦接到取样瓶26。要理解到其他的检测结构可以在与CE系统200相似的系统中予以实现。辐射检测器24被定位在检测区30处的毛细管壁的透明部分的外侧。根据本发明给定毛细管柱22的透明的外部硬涂层，毛细管柱22的整个纵壁可以用来确定具体的取样测试所希望的检测区域30的位置。激发纤维16从辐射源18(例如，LED或激光器)延伸并且定向于所述柱壁外侧的检测区域30。注意到毛细管柱22的硬透明涂层足够结实以便为检测区域30的熔凝硅毛细管主体提供结构支承，以使不需要外部套管或支承件给该部分的毛细管柱22提供结构完整性。这是所希望的，因为在所述检测区域，不会存在和光信号的干扰。为所述盒组件的一部分的电极12和14被耦接到所述缓和剂储存器26和凝胶储存器28以实现所述电泳通道。
CE分离和分析的概述
在操作过程中，标有荧光团(即，溴化乙锭(Ethidium Bromide)或者APTS)的取样瓶中准备的生物取样(例如，DNA或碳水取样)可通过许多方式中的任何一个(例如，从所述取样储存器的动电注入)被引入到远离检测区域30的毛细管柱22的远端。
当DC电势(例如，1-30KV)被施加在电极12和14之间时，取样部分在所施加的电势下沿着所述分离通道36迁移(例如，带负电荷的DNA分子穿过所述筛分凝胶朝向如图1所示的阳极运动)并且分离成几组取样部分(例如，DNA碎块)。分离的程度和沿着所述分离通道36移动的距离取决于许多因素，例如取样部分的迁移活动性、取样部分的质量和尺寸或长度以及所述分离支承介质。用于分离取样的分离通道36中的驱动力可以是电泳的、压力或电渗透性(EOF)的流动方式。
当取样到达所述检测区域时，激发辐射经由激发纤维16对准所述检测区域。取样部分发出和各个取样部分的浓度成正比(与所述荧光标记材料成正比)的强度的光。检测器24以不同于所述入射辐射的波长的波长检测所发射的荧光强度。所检测的发射辐射可以通过已知的方法进行分析。对于所述自动系统，电子板64(图4)上的控制器32(下面结合图5进行讨论)控制CE系统200的运行。
毛细管盒
根据本发明的一个方面，上述具有用于电泳的外部透明涂层的毛细管柱22可以是能够从用于储存、运输或重新使用的系统分离开的可移除的盒子的一部分。不同的盒子可以预装有不同的毛细特性(例如，毛细尺寸、内部涂层和长度)的内容物，例如不同的凝胶化学，来识别该盒子的内容物。可视指示器可以被设置成以识别所述盒子及其内容物。例如，标签(例如，具有条形码)或分离信息表可以粘贴到该盒子。另外，鉴于所述盒子的可重复使用性以及该盒子的内容物的规定用法或保存期限，分离记录可以和所述特定盒子关联，用于追踪盒子的使用情况。用于CE仪器的可重复使用的毛细盒子可包括一种机构以便自动追踪与特定盒子有关的信息。盒子追踪数据密钥特征被更充分地描述于共同待审的专利申请系列号11/022,313中，其以参考的方式被完全结合于此。
图2是具有根据本发明的一个实施例的追踪数据密钥的CE盒的透视图。多通道毛细管盒200包括12个检测区域(在图1被示意性地表示为30)其由固定在盒体中的毛细管140限定，这些毛细管类似于上述的毛细管柱22。数据密钥500与盒子100有关(例如，借助如所示的绳索或弦线510)。与数据密钥500有关的细节被公开于共同待审的申请系列号11/022,313中。盒子100包括12通道的熔凝硅毛细管阵列，其作为一次性的和/或便携的、可互换的盒子组件100的一部分用来分离和检测取样。如图2所示的盒子100容纳有12-18厘米长度的12个毛细管140。盒子100集成有和所有毛细管140共用的位于顶部的输出缓和剂的储存器130，当盒子100被安装在如图3和4所示(在下面描述)的CE系统中时，其通过接口机构300被直接耦接到模块化的压缩气源78，例如惰性的、能兼容的或非活性气体(例如，氮、压缩气体，CO2等)的可替换的压缩气盒，或压缩泵。设置了合适的压力管道设备，其包括管道、压力阀以及螺线管控制件。(该管道设备的细节被省略，因为本领域内的技术人员能够根据在此公开的系统200的功能、特征以及操作来配置该管道设备)压力源78提供需要的气体压力以便给所有的12个毛细管填充容纳于储存器130中的筛分凝胶并且在再充填过程中从毛细管中冲走上次工作的凝胶。取决于所述凝胶的粘度，高达40PSI的压力通过填充凝胶的储存器130可以施加到毛细管140。
参照图6，凝胶盒100包括容纳分离支承介质(例如，凝胶基体缓和剂)131的集成储存器130，其为所有的毛细管140所共用。介质131的化学性质和毛细管140的特性(例如，毛细管尺寸、涂层和长度)是为每个盒子100所限定。一次性的凝胶盒100可以封装成使小孔径的I.D.毛细管(即，10-100μm ID，长度为12-30厘米)与低电流(即，处于较低的阻抗)和低粘度类型的合成线性聚合物凝胶基体相结合以便提供高速(分离时间较短)和分辨率更高的取样(例如，碳水化合物或DNA)碎块分离。和特别合成的分离缓和剂/凝胶基体相结合的较小口径的毛细管(12个毛细管的盒子)能实现总电流小于120μA(一般为10-20μA)的250次或更多连续的运行，而不会对所述凝胶基体产生任何损坏或不会损失整个分离分辨率。
所述盒式的凝胶储存器130装备有所有12个毛细管140的内置的共用阳电极132(等同于图1的阳极14)，毛细管140的每个悬垂端设置有外部共轴的阴极134。阳极132和阴极134通过接口机构300被自动连接到高压电源76(图4)，用于当安装在系统200内时进行电泳。盒子100的邻近结构上的风扇或帕耳贴冷却器(未示出)被设置成以便控制所述盒子的温度。另外，所述盒子可具有用于空气循环(温控气体从所述仪器侧被引入到所述盒子中)的通风孔(输入和输出口)。取决于在CE分离过程中产生的热量，所述盒子可以简单地暴露于环境温度中，不需要辅助冷却部件。
在一个实施例中，盒子100被接收于如图3和4所示的自动CE系统200。电源66(图4)给CE系统200提供DC电能以便被供给到所述盒子，这将在下面进一步地解释。
所述盒子的另一些细节可参照共同待审的申请10/059,993，其以参考方式被全部结合于此。
不同的盒子可以在生物分离系统中容易地互换以适合于特定的基于取样的分离。与特定的筛分凝胶结合的短而窄口径的毛细管可以在高电压(例如，10KV)下提供较低的工作电流(＜200μA)，而不需要冷却毛细管来实现高速度、高分辨率和高性能的分离/结果，用于生物分子例如DNA、碳水化合物等的大容量和低成本的筛分。
涂有透明涂层的毛细管
本发明的一个方面致力于一种硬涂层的、透明的或光学上透明的带有护层的毛细柱或管，其可以用于上述的凝胶盒100中。参照图8，在一个实施例中，涂有透明涂层的的毛细管柱22包含在熔凝硅毛细管802上的透明的硬含氟聚合物涂层或覆层800。一种涂有透明涂层的毛细管的商用实施例可以从InnovaQuartz公司获得，其为Phoenix AZ-TEQSTM包层硅毛细管，部件号码：HOSBX075/363(具有75微米的内径和整个的外径为363微米；其他尺寸涂层的毛细管也是可用的)。
硬含氟聚合物涂层的成分本身对本发明的发明人而言不是新的。合适的含氟聚合物材料的例子已被3M公司(明尼苏达州开采和制造公司)根据“TECS”(其代表Technology Enhanced Clad Silica(技术提高的包层硅))研发出来，TECS”已经在用于涂层或覆层光纤的光纤贸易中被很好地归档。还可以参照以下美国专利：4,654,235；5,002,359；5,690,863；5,461,692；7,317,857；以及美国专利公布号：2005/0254765。所述硬含氟聚合物涂层可以直接应用于所述熔凝硅毛细管主体，而不需要中间的缓冲层。具有相同的硬含氟聚合物涂层的裸露毛细管的涂层或覆层过程类似于具有相同含氟聚合物的涂层或覆层的光纤的过程。
在一个实施例中，透明硅覆层成分由100％活性成分的单功能和多功能单体准备而成。这些成分的组分可以是含氟的单功能丙烯酸脂或异丁烯酸酯单体的小分子量的聚合物，这些聚合物能够溶解并且能够溶解于碳氟丙烯酸脂或异丁烯酸酯单体中，但不必为原料聚合物的那些。可以用或不用交联单体例如异丁烯酸酯的双功能的或多功能的丙烯酸脂来准备覆层成分。所述覆层还可以使用热或光敏引发剂或其他已知的聚合引发系统和一种增粘剂或多种增粘剂，例如丙烯酸或甲基丙烯酸、硅烷醇丙烯酸酯、异丁烯酸酯、烷氧基硅烷丙烯酸脂或异丁烯酸酯、或烷氧基乙烯基丙烯酸脂、芳基丙烯酸酯或异丁烯酸酯。
透明涂层的毛细管可以具有200-500μm O.D.，和5-200μm I.D.。透明涂层可以具有5-50μm的厚度。
硬含氟聚合物涂层粘结到熔凝硅玻璃，提供更高的强度和上好的静态疲劳性能，使得弯曲柔韧性有巨大改进。毛细管的薄的硬含氟聚合物涂层提供了更高的初张力强度、更长的寿命(抵抗应力腐蚀或静态疲劳)以及超强能力以直接穿过所述涂层传送激发可见光以及直接穿过涂层传送发射光，用于基于荧光的检测，如图8所示。涂有硬聚合物的毛细管固有的荧光较小，与现有技术中移除聚酰亚胺护层的裸露玻璃型的毛细管相比，其提供了较低的本底散射并且在DNA碎块的凝胶毛细电泳型的应用中实现了至少相同的噪声比。通过使用透明涂层的毛细管，不需要煅烧窗口，其节省了成本(手工劳动较少)并且在电泳型仪器的可靠的凝胶盒组件的检测区域内提供了极好的毛细管强度。既然毛细管的检测区域(窗口)被完全覆盖有涂着硬含氟聚合物的护层，还允许光纤紧密耦合(即，以更大的光耦合效率连接毛细管的外表面)以便传送激发光或从位于毛细管的中心孔处的分离取样收集发射光，而不会破碎或打破脆弱的玻璃毛细管。另一优点在于能通过直接在薄的聚合物层上金刚石劈裂或激光劈裂/切割毛细管来切割毛细管，其彻底地切割了玻璃表面，而没有在远(切割)端带出任何护层。这进一步改进了制造产量，其进一步减小了整个组装成本。简化具有透明聚合物涂层的玻璃毛细管的切割/劈裂过程使新仪器的光检测系统的设计得以简化，其减小了制造成本，同时改进了可靠性和再生产能力。
外部透明的含氟聚合物涂层可覆盖毛细管的整个长度，或仅覆盖毛细管的纵向部分以限定所述检测区域。至少毛细管的检测区域应当被透明涂层覆盖，以限定透明窗口，从而激发光和发射光穿过透明涂层用于光诱发的荧光检测。注意到，使毛细管的整个长度外部涂有硬透明涂层，所述检测区域可以限定在对特定的CE实验合适的任何地方。与现有技术的涂有聚酰亚胺的毛细管相比，不需要通过移除毛细管特定部分处的聚酰亚胺涂层来限定所述检测区域。而且，具有硬的外部透明涂层，不需要外部套管或其他支承件来保护毛细管以防其受到破碎或其他损坏。硬透明涂层为检测区域处的毛细管提供了足够的结构支承，以使在检测区域处不需要外部支承。因此，不会存在会干扰光检测部件和光信号(例如，用于激发和/或检测的光纤维)的外部结构。
基于多毛细管的盒子的CE系统
BioCal技术公司(其完全由eGene公司拥有)，本发明的受让人，研制了一种基于CE的自动化仪器(例如，型号为HDA-GT12的分析器系统)。自动化仪器的图示实施例是基于BioCal的CE系统，其结合了低成本和灵敏的光检测技术，集成试剂盒以及用于实施荧光分析的微流体电泳原理，以形成灵敏且准确的生物分析检测系统。该系统被设计成生产量高、易于使用、便于携带、不贵、非常结实并且可以室外操作/应用。由BioCal研制的盒子被设计成以由所述仪器支承，并使所有重要的盒子元件被对准于和耦接到该仪器中的支承元件。所述盒子相对于取样盘得以固定，其中所述取样盘能相对于所述盒子中的毛细分离通道运动。
图4表示CE系统200(例如，碳水化合物或DNA分析器)内部部件的整个透视图。图3是所述系统的外部视图。根据本发明，所述CE系统200结合了接口机构300。该接口机构300支承根据本发明的一个实施例的多通道盒子100，其易于处理多通道分离柱，并且允许将检测区域容易地光学耦接到CE系统200的检测光学器件。
完全自动化的CE系统200具有基座74，其支承具有取样盘支承架81的模块化X-Z机构80。该X-Z机构80相对于由接口机构300支承的多毛细管盒子100支承和移动缓冲板70，以及支承和移动取样固定器(例如，96-竖井的微滴定度板72)，其可以被固定在可选择的取样制备设备250中。具体地说，机构80包含用于使支承架81相对于盒子100沿着X方向运动的X机构82，以及用于使取样或缓冲盘相对于所述支承架81和盒子100沿着Z方向运动的Z机构83。取样制备设备250，如果设置的话，可以通过热电控制器68得以控制(参见图5)。
还参照图6和7，12个激发LED 921是时分多路复用的(time-multiplexed)(取样频率为10-100Hz)，给12个分离微通道(毛细管140)产生多路复用的信号，并且成比例的12个时间交错的发射的荧光信号(图7)然后被12个微球透镜923收集并且被耦接到12个发射检测光纤(12个光纤的阵列)922，其经由滤块924被转送到单个的光电倍增管(PMT检测器)24。凝胶盒100支承用于CE分离的12个熔凝硅毛细管140。
CE系统200的接口机构300的其他结构和操作可以参照共同待审的美国专利申请号10/823,382，其以参考的方式被全部结合于此。所述盒子接口实现了快速而又可靠的接口连接于包含一次性凝胶的毛细管盒100。这些接口连接件包括压气连接件(未示于图7中)、高压连接件(阳极132和阴极134)以及精确的光学连接件。该接口还给盒子提供了精确且可重复的机械定位，以相对于CE系统200中的支承元件精确定位盒子的部件，包括相对于例如在96-竖井的微滴定度板的外部取样或缓冲储存器定位所述毛细管端部。另外，假定所述接口提供了到每个分离通道的独立的电气、光学和压气连接，会存在通道对通道的与串扰的电气和光学上地隔离以及与仪器的其他部分的高压隔离。
检测系统
美国专利号6,828,567和6,870,165被以参考的方式完全结合于此，其更具体地披露了能在CE系统200中采用的时间交错/时分多路复用检测方法。
在一个实施例中，对于引起辐射的可见荧光检测，激发辐射会在400-700纳米的范围内，从激发辐射引起的发射辐射一般在相似的范围内。(例如，激发波长范围会在400-600纳米(中心在500纳米处)，发射检测范围会在500-700纳米(中心在600纳米处))。激发光源921(图7)会是非常亮的LED(即，颜色为蓝色、绿色等的Agilent’s InGaN LED)，或用于本发明的检测方法中的其他不贵的、紧凑的、低功率的光源。这些非常亮的基于InGaN材料技术(来自Agilent的HLMP-CB15和HLMP-CM15)LED(发光二极管)具有平均的光输出功率为2.5-3mW。最大波长为470和530纳米以及半宽(纳米)为30-50纳米的蓝-绿INGaN LED是用于激发染料(例如，氢化荧元素(fluorescin)、若丹明(rhodamine)、溴化Etidium、噻唑橙(thiazol orange))的很好选择，激发光谱在450-550纳米的范围内。受脉冲作用的任何固态光源还可以和任何染料或荧光体一起使用，用于该类型的时分多路复用检测。既然这些LED的反应时间很高(在1Hz到100MHz的频率范围中为几百个纳秒)，它们可以在更大的正向电流(例如，15-30mA，但是在脉冲模式运行中可以达到100mA的正向电流)下脉动，以获得高的辐射峰值。LED的脉动运行一般是通过晶体管驱动电路得以实现的。显著更高的峰值LED光输出能通过在比DC运行更低的占空比下的较大的驱动电流脉冲得以实现。另一例子是由Green 524m×n的LED组成的LED阵列模块，其还能作为激发光源，用于低成本的CE仪器的荧光检测。例如还可以使用400-900纳米范围内的激光二极管，更具地说400-600纳米范围内的激光二极管。
滤块927(图7)可以是500-700纳米(更具体地说，570-630纳米)长的能够穿过光的过滤器(OG-590)。
自动系统200的控制
CE系统200提供了一种集成的控制器以便操作该系统的各个部分。包括具有I/O端口400、检测系统、电源、X-Y控制系统等的接口机构300的CE系统200的操作是通过连接于外部用户控制接口(例如，PC918)的控制器32得以控制的，以便协调在此所述的功能。
还参照图5，根据本发明的一个实施例，图示了用于CE系统200的控制器的方块图。控制器32包含处理器，该处理器作为具有CPU 910的A/D板(LED处理器PCBA)912的一部分，用于将从检测器24(例如，PMT)接收的检测信号转化为对应的数字信号，其来自于LEDScan PCBA接口914，用于通过来自CPU 910的指示将信号传送到CE系统200的各个部分并从CE系统200的各个部分接收信号。A/D(LED处理器PCBA)接口912被耦接到接口机构300中的各个激发器和I/O端口400以控制和连接(使用接口机构300)至少高压电源76、气动装置78(在图2的接口机构300中的视图中被遮挡)、电机控制器(X-Z取样/缓冲盘)80以及互锁装置(盒子和输送门)61和62(其细节没有示于图2中的接口机构300中)。A/D或LED处理器PCBA 912还控制用于CE系统200的取样注入和电泳功能的高压电源76、用于调制激发辐射源(例如，LED)921的电路914(LEDScan板)以及CE系统200的检测器模块24。激发辐射源的调制细节可以参照共同待审的美国专利申请号10/060,052，其已经以参考的方式被完全结合于此。
A/D(LED处理器PCBA)912还可被耦接到外部个人计算机918，其依次进行数据处理或CE系统200的其他控制功能，例如使用BioCal的生物计算软件以控制自动多通道CE系统200的各个部件和功能。
除了PC918之外，控制器32的部件可以作为电子板64(图4)和冷却风扇63被封装CE系统200的板子上并且经由串行口(未示出)被电耦接于PC 918，或它们可以是CE系统200外部的独立的控制模块的一部分。CPU 910和/或PC 918被编程以实现CE系统200的各种控制功能和特征。在一个实施例中，PC 918可被配置成以提供CE系统200的用户控制接口(例如，接口机构300的连接顺序的用户初始化)。其在本领域内的技术人员内以实现给出在此披露的功能和特征的程序代码。在替代的实施例中，控制器32或其中的部件可以结合为PC 918的一部分。
CE系统的运行
一旦毛细管盒100和数据密钥500已被配合到所述仪器，盒子ID和可以从盒子100中获得的预编程的运行的数量经由I/O端口400由CE系统200读取。CE系统200可以采用一种算法来确定是否毛细管盒100具有足够的运行被留出以在初始化所述CE程序之前完成所述过程循环。否则，CE系统200会显示错误信号并且程序停止。如果确定毛细管盒100具有足够可用的运行，CE程序会开始并且运行的量由CE系统跟踪。在分析结束处，计算剩余运行的量并将其发送到用于储存的数据密钥500。
仪器的控制器32可以被配置成以“验证”所述盒子100并且进行完整性检验以便确定是否特定的盒子100具有正确的性能(例如，凝胶化学，通道/毛细管的数量)用于进行特定的取样分析。所述仪器还会确定用户属于被允许使用特定盒子的那一类用户。此外，所述仪器会传送/记录与盒子100的使用有关的信息(例如，使用情况、程序/方法步骤/参数设定、病人ID、测试参数以及可能的测试结果)。该信息给来自盒子的以前使用的已存储的信息提供了更新。进一步的读取和写入可相对于上述与数据密钥500有关的数据和信息得以控制。所述仪器可以经过其他检验以验证用户想要应用到特定盒子的测试协议是合适的，从而确定是否存在任何局限、限制或约束，例如以前注意到那些。
在CE分析的操作中，具有96竖井板(8×12)72和缓冲盘70的取样处理盘输送机构80用来将取样(或被分析物)引入到每个毛细管140中。X-Z输送机构80指向该排毛细管端部140之下在微滴定度板72中带有取样的一排竖井并将其端部浸入到竖井中。通过施加电压，动电注入使已知量的分析物运动到分离柱140的开始处。注入之后，来自取样盘72的分析物会被来自盘子70中的流动缓和剂替代。另外，在注入之后，输送机构80会指示使一排12-竖井的滴定度板72运动到盒子100的毛细管140之下的位置中以代替含有所述分析物的12个竖井。
通过穿过毛细管140的整个长度施加高电压，实现了分析物的分离。当碎片靠近所述毛细管140的端部并且进入到所述检测区域时，激发光能(例如，来自通过光纤传送的12个LED)被指向所述检测区域，照亮迁移的碎片。所述检测方法可以为时间交错的方式，如美国专利号6,828,567和6,870,165中所披露的，其以参考的方式被并入于此。
为了用不同的取样进行下一次运行，来自上次运行的旧的凝胶通过给储存器加压而从所述毛细管中被清除以便给毛细管填入新鲜的凝胶。盘子70盛有清洗液、废弃收集物和取样。通过将一排废物收集井处的毛细管的端部定位在一个盘子中，被清除的凝胶由盘子70之一收集。通过将毛细管的端部定位并浸入到合适的盘井中的水或清洗液中来用水或清洗液清洗毛细管的端部。当这些毛细管被再次注入并准备好下次运行时，毛细管的端部是通过再次定位盘子72而被浸入到取样中的。上述处理程序可以被编程作为控制器32的自动函数之一。接口机构300给CE系统200中的支承元件提供到所述盒子的接口，例如高电压、气压、LED辐射源以及检测光学器件，如上所述。
在分析已被完成之后，当最后需要另一次分析时可以取回并再次使用盒子100。如果考虑到不同的运行条件时，可以更换使用具有不同属性和特性的不同盒子。本发明的数据密钥机构会自动跟踪不同的可互换的盒子的使用，而不要求用户手动对其进行跟踪。
尽管已经参照所述优选实施例特别表示和描述了本发明，但是本领域内的技术人员将认识到，在不背离本发明的精神、范围和教导的情况下可以在形式上和细节上进行各种改变。
例如，接口机构可以被修改为以接收其他结构设计的毛细管盒。通过例子以及非限制性，结合毛细电泳和诱发辐射的荧光检测描述了本发明的检测方法。理解到，除了检测荧光发射之外，本发明还可应用到检测辐射发射，其包括其他类型的发射辐射，例如磷光、发光和化学发光以及UV和基于可见吸收的检测。而且，尽管实施例中描述的分离通道由圆筒柱或管限定，但是理解到，本发明的概念同样可应用到各种截面的柱或管(例如，方形、矩形或基本为半圆形的横截面)。
因此，披露的本发明要被认为仅是图示的并且仅由附带的权利要求书限定其范围。

Claims (13)

1.一种毛细管，包含：
主体，该主体为纵向透明的管形；
透明硬涂层，该透明硬涂层在所述主体上，允许光穿过所述硬涂层透射。
2.如权利要求1的毛细管，其中所述透明硬涂层包含硬涂层的聚合物。
3.如权利要求1的毛细管，其中所述硬涂层的聚合物包含含氟聚合物材料。
4.一种用于生物分析的盒子，包含：
主体；
至少一个毛细管，该至少一个毛细管为由所述主体支承的如权利要求1-3中的任何一个的毛细管；
储存器，该储存器和所述毛细管流体连通；以及
分离基体，被配置成用于电泳分析的该分离基体被包含在所述储存器中。
5.如权利要求4中的盒子，其中存在由所述盒子的主体支承的多个毛细管，每个毛细管覆盖有透明涂层，其中所述储存器是所述多个毛细管共用的。
6.一种生物分析系统，包含：
基座；
盒子，该盒子为如权利要求4和5中的任何一个；
盒子接口，该盒子接口支承在所述基座上，并且接口于所述盒子系统；以及
控制器，该控制器可操作地耦接到所述盒子接口以控制所述盒子接口的运行。
7.如权利要求6的生物分析系统，其中还包含检测系统，该检测系统被光学地耦接到每个毛细管的检测区域，其中所述检测系统包括至少对准所述检测区域的激发辐射或来自所述检测区域的发射辐射的检测。
8.如权利要求7的生物分析系统，其中所述检测系统包含辐射诱发的荧光检测。
9.如权利要求7和8的任一个的生物分析系统，其中，所述激发和发射辐射一般在400-700纳米的范围内。
10.一种用于生物分析性的分析的方法，包含：
提供如权利要求4和5的任一个中的盒子；
将取样引入到每个毛细管的一端；
沿着每个毛细管进行电泳分离，以便将所述取样分离成几个部分；以及
对分离部分进行分析。
11.如权利要求10的方法，其中所述分离部分是使用光学耦接到每个毛细管的检测区域的检测系统得以分析的，其中所述检测系统包括至少对准所述检测区域的激发辐射或来自所述检测区域的发射辐射的检测。
12.如权利要求11的方法，其中所述检测系统包含辐射诱发的荧光检测。
13.如权利要求11和12中的任一个的方法，其中所述激发和发射辐射一般在400-700纳米的范围内。
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