CN101732889A

CN101732889A - 一种逆流色谱分离柱

Info

Publication number: CN101732889A
Application number: CN201010002288A
Authority: CN
Inventors: 曹学丽; 裴海闰; 霍亮生; 胡光辉
Original assignee: Beijing Technology and Business University
Current assignee: Beijing Technology and Business University
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2010-06-16

Abstract

本发明涉及一种逆流色谱分离柱，包括一转盘、盘盖，中心固定穿设一自转轴。转盘内设置有至少一条螺线型凹槽，每一螺线型凹槽都有内端和外端，凹槽内盘绕有一条完整的管路，管路在凹槽中至少铺设一层。沿凹槽的径向方向上开设有连通内端和外端的贯通通道，用于实现管路内、外层的导向。转盘与盘盖通过内外边缘设置的螺栓固定在一起。在盘底和盘盖上分别开设有小孔，用于管路引入、引出。液体管路出入口端通过自转轴两端侧面的小孔和中心与外部连接。当凹槽为多条时，它们的内端和外端在圆周方向上均相互间隔一定角度设置，且多条凹槽的内端和外端通过贯通通道相连。本发明可以应用于任何形式的逆流色谱分离仪上，普遍适用于生物大分子和小分子物质的分离。

Description

一种逆流色谱分离柱

技术领域

本发明涉及逆流色谱分离技术领域，特别是关于一种高速逆流色谱仪上的分离柱，可普遍适用于小分子和生物大分子物质的分离。

背景技术

高速逆流色谱(High-speed countercurrent chromatography，HSCCC)是20世纪80年代发展起来的一种新型连续高效的液-液分配色谱分离技术。它利用两相溶剂体系在高速旋转的螺旋管内建立起一种特殊的单向性流体动力学平衡，其中一相作为固定相，另一相作为流动相，在连续的洗脱过程中根据物质在两相的分配系数不同，从而实现物质的分离。由于其不需要固体支撑体，从而避免了被分离物质的不可逆吸附、失活和变性等问题。因此该技术近年来在天然生物活性成分，尤其是小分子成分的分离纯化方面显示了许多独特的优势。

高速逆流色谱仪的分离效率很大程度上取决于固定相的保留率，目前，国内外商业化的高速逆流色谱仪，多采用多层盘绕的聚四氟乙烯螺旋管柱系统，并且已经积累了大量的两相溶剂体系，只要经过简单的组合和筛选即可满足各类天然小分子物质的分离纯化需要，其固定相保留率可达到70％以上。但是这些溶剂体系大都含有有机相，不适合用于生物大分子的分离。分离生物大分子需要高粘度、低界面张力的两相溶剂体系，如双水相聚合物体系，由于其黏度大，扩散系数小，两相密度差也很小，分层时间长，在柱内有出现乳化的倾向，此时由螺旋管柱的同步行星式运动产生的综合力场，已不足以使两相聚合物体系建立起良好的单向性流体动力平衡，使得其在HSCCC上的固定相保留率低于10％，极大地限制了高速逆流色谱技术在分离生物大分子物质方面的应用。

另一种可用于逆流色谱仪的柱体结构是：由多个层叠的圆盘组成，各层圆盘间由隔板分隔开。每个圆盘上端面都刻有至少一条螺线型流通槽，正如专利号为ZL200720173946.3的中国专利中所描述的，每个螺线型流通槽都有首端口和尾端口；每个圆盘背面径向方向上设置有至少一条直线型通道，用于与同一圆盘上的多条螺线型流通槽连通，以及与相邻圆盘上的螺线型流通槽连通。这种柱体结构突出的优点是：由于螺距的快速增长，离心力可以快速增长，可以实现适用于生物大分子物质分离的两相溶剂体系的高固定相保留率；同时对于含有有机相的两相溶剂体系可以在更高的流速下实现高效保留，因而也适合小分子物质的高效快速分离。但是这种逆流色谱分离柱也有一些缺点，对组成柱体的圆盘和用于密封的隔板的材料以及加工精度都有较高的要求，以保证液体在螺线型流通槽内流通时，不至于出现渗漏等现象。因此高质量的圆盘、隔板材料和高精度的加工要求都使这种柱体的加工成本较高。

发明内容

针对上述各种逆流色谱柱体设计的不足，本发明的目的是提出一种新型的高速逆流色谱分离柱，该种分离柱结合了螺旋管柱容易加工和带有螺旋槽的圆盘柱螺距增长快的优点，普遍适用于小分子和生物大分子物质的分离，使用它不仅可以提高固定相保留率，而且降低了制造成本。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种逆流色谱分离柱，它包括带螺旋槽的转盘、盘盖和自转轴。在所述的转盘内设有至少一条螺线型凹槽，和至少一条径向横穿螺线型凹槽的贯通通道。在所述的螺线型凹槽内嵌入一条完整的供液体流通的管路，管路至少盘绕一层。通过径向设置的贯通通道实现管路由最外层螺旋槽向内层螺旋槽的导向，从而实现同一层多条螺旋槽内管路的无缝连接，以及多层管路之间的无缝连接。所述径向设置的贯通通道为S形或其他形状，以保证其内管路的顺畅转向。在所述的转盘和盘盖内、外边缘处均匀设计有多个螺栓部件，用以将二者固定在一起，形成一个整体。在所述的转盘的底部和盘盖上分别设有一个供液体管路引入和引出的小孔。所述的自转轴贯穿于转盘和盘盖中心，自转轴与转盘和盘盖之间通过适当方式固定连接，所述自转轴上端安装有一个齿轮。所述的自转轴为空心，并分别在两端的侧面各设有一个小孔，用于液体流通管路的引入和引出。

所述螺线型凹槽可以为单条或多条的螺线型凹槽。

当螺线型凹槽为单条时，螺线型凹槽有一个内端和外端，内端设于靠近转盘中心的位置，外端设于靠近转盘边缘的位置，外端和内端通过一条径向贯通通道相连通。管路首端通过位于转盘底部的小孔引入到螺线型凹槽内端处，沿凹槽从内端盘绕到外端，通过径向设置的贯通通道回到内端，然后如上所述开始盘绕第二层、第三层等。如此螺线型凹槽内至少盘绕一层管路，最后管路尾端通过位于盘盖上的小孔引出。所述的管路也可以从转盘底部的小孔引入到螺线型凹槽的外端，沿凹槽从外端向内端盘绕，盘绕方式刚好与上述方式相反。

当螺线型凹槽为多条时，有对应的多个内端和外端，内端设于靠近转盘中心的位置，外端设于靠近转盘边缘的位置，第一条螺线型凹槽外端和下一条螺线型凹槽内端通过一条径向设置的贯通通道连通，实现相邻两螺线型凹槽的首尾相连。管路首端通过位于转盘底部的小孔引入到螺线型凹槽内端处，沿着凹槽从内端顺时针盘绕到外端，通过径向设置的贯通通道回到下一螺线型凹槽的内端，如上所述盘绕完第一层所有螺线型凹槽后，开始盘绕第二层、第三层等，如此螺线型凹槽内至少盘绕一层管路，最后管路尾端从盘盖上的小孔引出。同理，所述的管路也可以从转盘底部的小孔引入到螺线型凹槽的外端，沿凹槽从外端向内端盘绕，盘绕方式刚好与上述方式相反。

然后将自转轴水平或垂直于地面方向安装在高速逆流色谱仪的行星架上，使自转轴与行星架公转轴平行或垂直。从自转轴两端引出的液体管路通过设于行星架上另外的两个空心解绕轴和空心公转轴的中心解绕引出逆流色谱仪，管路的两端口分别与外设的进样器和检测器相连。也可以将分离柱的自转轴作为中心转轴，使其水平或垂直于地面方向直接装置于支撑架上，作为一种非行星式逆流色谱分离柱使用。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过在转盘上设置螺线型凹槽，同时在凹槽内设置液体流通管路，因此可以通过凹槽来控制管路的盘绕，使液体在流动过程中所受的离心力呈快速的梯度增长，且增长的速度随螺距的增加而增加，而传统的多层螺旋管柱系统，每一层螺旋管内液体所受的离心力的增长受其管径的限制(最大螺距为管的外径)，增长缓慢。正是由于这种离心力的快速增长，可以在较高的流动相流速下实现固定相的高效保留，尤其对两相界面张力较小的极性溶剂体系和双水相体系的固定相保留率可以显著提高。2、通过在转盘的螺线型凹槽内嵌入管路的方式，可以克服层叠式圆盘结构中，由于液体直接在若干叠加在一起的螺线型流通槽内流通，而容易出现的漏液等问题，且加工精度要求较低，加工更容易，可以采取FDM、SLS或模压等多种加工方式；而且在材料方面选择更多，可以使用ABS塑料、尼纶、塑料泡沫、聚乙烯、聚丙烯材料或者金属。3、本发明通过在螺线型凹槽的起始端和末端之间设置相互贯通的通道，从而可以实现一根完整的管路在多条螺线形凹槽之间一层和多层的无缝铺设。4、本分离柱可以应用于任何形式的逆流色谱分离仪上，普遍适用于生物大分子和小分子物质的分离。

附图说明

图1是本发明的分离柱剖视结构示意图

图2是图1俯视示意图

图3是本发明的单条螺线型凹槽转盘的结构示意图

图4是本发明的四条螺线型凹槽转盘的结构示意图

图5是本发明用在高速逆流色谱离心分离仪上的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1～图2所示，一种逆流色谱分离柱，它包括转盘1、盘盖2和自转轴3。转盘1下部有底，上部通过螺栓4与盘盖2固定。自转轴3贯穿过转盘1和盘盖2的中心，并自转轴3与转盘1固定连接。围绕转盘1的中心设置有至少一条螺线型凹槽5，凹槽5的深度接近转盘1的高度，在凹槽5内嵌入有一条完整的供液体流通的管路6，管路6在凹槽5内至少盘绕一层。为了能够盘绕多层管路，在凹槽5的径向上，开设至少一条贯通通道7，实现当在凹槽内铺设多层管路6时，管路可以在凹槽5的外侧与内侧之间导向，以及各层管路间的无缝连接；还可以实现当螺线型凹槽为多条时，管路6可以在同一层内多条螺旋槽之间无缝连接。管路6的入口和出口分别为设置在转盘底部的一小孔101和盘盖上的一小孔201。

根据需要，螺线型凹槽5可以设置为单条的螺线型凹槽，单条也即意味着只有内外两个端头，如图3所示，单条螺线型凹槽51的一个内端I和一个外端0，内端I位于靠近自转轴的位置，外端0位于靠近转盘边缘的位置，外端和内端通过一条径向贯穿凹槽的贯通通道7相连通。一条完整的液体流通管路6，通过位于转盘底盘的小孔101引入到凹槽的内端I，沿着凹槽从内端盘绕到外端，一层盘绕完之后，通过径向横穿的贯通通道7回到内端，如上所述开始盘绕第二层以及以后各层。按此方式在单条螺线型凹槽51内可以盘绕多层管路6，最后管路6通过位于盘盖2上的与转盘1螺线型凹槽外端O位置相对应的小孔201(如图3)引出盘盖。单条螺线型凹槽51的尺寸和螺距可以根据需要进行设计。

根据需要，螺线型凹槽5还可以设置为多条的螺线型凹槽，多条也即意味着有多组相对应的内、外端头，多条螺线型凹槽52的各个内端，以及各个外端在转盘圆周方向上均相互隔开一定角度设置，且相邻凹槽的内端和外端之间通过贯通通道7首尾相连。以四条螺线型凹槽为例，如图4所示，凹槽有四个内端I₁、I₂、I₃、I₄和四个外端O₁、O₂、O₃、O₄，内端位于靠近转盘中心的位置，外端位于靠近转盘边缘的位置，第一条螺线型凹槽的外端O₁和第二条螺线型凹槽的内端I₂通过第一条径向横穿的贯通通道71相连通，用以实现相邻两条螺线型凹槽内管路6的无缝连接；以此类推，第二条螺线型凹槽的外端O₂和第三条螺线型凹槽的内端I₃通过第二条贯通通道72相连通，第三条螺线型凹槽的外端O₃和第四条螺线型凹槽的内端I₄通过第三条贯通通道73相连通，第四条螺线型凹槽的外端O₄和第一条螺线型凹槽的内端I₁通过第四条贯通通道74相连通。

管路6从转盘1底部的小孔101引入到多条螺旋型凹槽52的第一条凹槽的内端I₁，从第一个内端I₁引入，沿着凹槽从内端盘绕到外端O₁，然后通过第一条贯通通道71引到第二个内端I₂，再由第二个内端I₂在同一层开始盘绕，如此由I₂到O₂，O₂到I₃，I₃到O₃，O₃到I₄，I₄到O₄。第一层盘绕结束后，管路6从O₄回到I₁开始盘绕第二层，如此在转盘的四条螺线型凹槽内就可以盘绕多层管路6，最后管路6通过位于盘盖2上的与凹槽的最外端O₄位置对应的小孔201引出盘盖，从而实现一根管路的多层盘绕。多条螺线型凹槽的尺寸和螺距可以根据需要进行设计。

相对于单条螺旋凹槽而言，在转盘上交错设置的多条螺线型凹槽，可以使凹槽螺距得到大幅提高，比如上述实施例中，四条螺线型凹槽的螺距可以比单条螺线型凹槽的螺距提高四倍，进而使离心力呈快速的梯度增长，对溶剂体系的固定相保留更加有利。

上述实施例中，管路6是从螺线型凹槽内端引入开始盘绕的，也可以从螺线型凹槽的外端引入开始盘绕。

上述实施例中，贯通通道7可以为直线形、S形、圆弧形，或其他形状，优选S形，有利于管路盘绕。

上述实施例中，转盘1和盘盖2的内边缘处和外边缘处均连接有多个螺栓4，并间隔设置，用以将二者固定在一起，使其与内部的管路6形成一个整体。本实施例中内部边缘设置4个螺栓，间距为90度，外边缘设置12个螺栓，间距为30度。转盘1的材料可以采用任何耐腐蚀和有一定强度的可加工材料，如金属材料、非金属材料或复合材料等，优选质地较轻的有机高分子材料，本实施例中转盘1的材料采用ABS塑料。盘盖2可以采用与转盘1相同或不同的各种材料，本实施例中盘盖2采用ABS塑料。管路6采用合适外径的聚四氟乙烯(PTFE)管或其他耐腐蚀管材。

自转轴3为空心，并分别在两端的侧面各开设一个小孔8，管路6穿过下端的小孔8引入到转盘底部的小孔101中，并在凹槽内开始盘绕；管路6从盘盖顶部小孔201引出后，通过上端的小孔8引出到分离柱之外。所述自转轴上端安装有一个齿轮9，用于与外部连接。

本发明使用时，将两个由上述方式形成的分离柱，按照图5所示的方式使柱体的自转轴3与仪器的公转轴10平行地装配到一个行星式离心分离仪上。自转轴与3公转轴可平行或垂直于地面设置。

上述分离柱也可以装设在一种使公转轴和自转轴相互垂直的正交设计的行星架加上使用。还可以单独将上述分离柱的自转轴3作为中心转轴，使其水平或垂直于地面方向直接装置于支撑架上，作为一种非行星式逆流色谱分离柱使用。

Claims

1.一种逆流色谱分离柱，其特征在于：它包括一个转盘、一个盘盖和一个自转轴，所述转盘内设置有螺线型凹槽，沿所述凹槽的径向方向上开设有连通凹槽内端和外端的贯通通道，在所述凹槽内盘绕有一条完整的供液体流通的管路，所述管路在凹槽内至少铺设一层，所述管路两端分别通过转盘底部的小孔和盘盖顶部的小孔引入和引出；所述自转轴贯穿所述转盘和盘盖的中心，并与转盘和盘盖固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种逆流色谱分离柱，其特征在于：所述螺线型凹槽内端设于靠近自转轴的位置，外端设于靠近转盘边缘的位置。

3.根据权利要求1或2所述的一种逆流色谱分离柱，其特征在于：当所述螺线型凹槽为单条时，所述管路从所述凹槽的内端沿着凹槽盘绕到外端，然后通过所述贯通通道回到内端进行下一层盘绕，最后管路从所述凹槽的外端引出。

4.根据权利要求1或2所述的一种逆流色谱分离柱，其特征在于：当所述螺线型凹槽为单条时，所述管路从所述凹槽的外端沿着凹槽盘绕到内端，然后通过所述贯通通道回到外端进行下一层盘绕，最后管路从所述凹槽的内端引出。

5.根据权利要求1或2所述的一种逆流色谱分离柱，其特征在于：当所述螺线型凹槽为多条时，各个内端以及各个外端在转盘圆周方向上均相互隔开一定角度设置，且所述多条螺线型凹槽中，径向相邻的内端与外端之间通过所述贯通通道连通；管路从第一个内端开始盘绕到第一个外端，并且均是从上一个外端通过所述贯通通道引入到下一个内端，进而进行下一条凹槽的盘绕，盘绕完同层各凹槽后，再进行下一层的盘绕，最后管路从最后一个外端引出。

6.根据权利要求1或2所述的一种逆流色谱分离柱，其特征在于：当所述螺线型凹槽为多条时，各个内端以及各个外端在转盘圆周方向上均相互隔开一定角度设置，且所述多条螺线型凹槽中，径向相邻的内端与外端之间通过所述贯通通道连通；管路从第一个外端开始盘绕到第一个内端，并且均是从上一个内端通过所述贯通通道引入到下一个外端，进而进行下一条凹槽的盘绕，盘绕完同层各凹槽后，再进行下一层的盘绕，最后管路从最后一个内端引出。

7.根据权利要求1或2所述的一种逆流色谱分离柱，其特征在于：所述贯通通道为直线形、S形、圆弧形或波浪形之一。

8.根据权利要求1或2所述的一种逆流色谱分离柱，其特征在于：从所述转盘底部和盘盖顶部引出的管路通过所述自转轴中心及侧孔与外部连接。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的一种逆流色谱分离柱，其特征在于：所述自转轴以水平或垂直于地面的方向装置于逆流色谱仪的行星架上。

10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的一种逆流色谱分离柱，其特征在于：所述自转轴作为中心转轴，以水平或垂直于地面的方向直接装置于支撑架上，作为非行星式逆流色谱分离柱使用。