CN102439398A

CN102439398A - 可编程电泳凹口过滤器系统及方法

Info

Publication number: CN102439398A
Application number: CN2010800188453A
Authority: CN
Inventors: 查尔斯·E·维特科夫斯基; 杰里米·诺里斯; 彼得·奥苏哈; H·李·马丁
Original assignee: Protein Discovery Inc
Current assignee: Protein Discovery Inc
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2012-05-02
Also published as: US20110220501A1; EP2425216B1; EP2425216A1; WO2010126897A1; US8926817B2; JP2012525591A; EP2425216A4

Abstract

一种电泳凹口过滤器装置，包括：凝胶盒，具有至少一个样本通道；电极和对电极，每一个均与样本通道相接合；用户界面，用于将用于样本通道的一个或多个步骤编程到处理器以形成编程的序列；以及电泳控制器，用于执行编程的序列。

Description

可编程电泳凹口过滤器系统及方法

技术领域

本发明是关于对溶液中的分析物进行分离、提纯和分级有用的可编程电泳凹口过滤器系统及方法。本发明主要涉及分析物分离和提纯领域，更具体地涉及在使用例如质谱、ELISA、表面等离子共振或其他本领域中已知的常规检测方法进行后续分析之前，对分析物，例如，蛋白质、肽、多肽、蛋白质复合体、抗体、DNA、RNA或其他生物材料进行的可调谐电泳分离、提纯和分级。

背景技术

复杂生物样本的提纯、分离和分级是分子和细胞生物学、药物研究和开发以及医学诊断和许多其他领域中所需的核心处理。例如，在基因组学和“下一代”基因组测序的情况中，必须将DNA片段按大小分开，并且将目标大小的片段分离以用于DNA测序DNA文库的有效构建。

在定义为对在生物样本中发现的全部蛋白质进行全面识别和量化的“发现蛋白质组学”领域中，样本必须根据已知且可预测的物化特性来可重复地分级，从而减小样本的动态范围和复杂性，并使得使用诸如液相色谱质谱联用(LC-MS/MS)之类的方法的灵敏分析成为可能。例如，已知血浆蛋白质的丰度范围覆盖超过10个量级。一并考虑到由翻译后修饰和转录后修饰中引入的不均匀性，在复杂多分析物样本中的低丰度蛋白质检测仍然是极大的挑战，并且限制了可以用作新的生物标记物和/或药物目标的分析物的发现和确认，进而限制了细胞和生物路径的解析(deconvolution)。

在目标主要是量化在生物样本(例如人类血浆)中发现的一个或多个目标蛋白质的“定向蛋白质组学”领域中，相对于样本中发现的其他蛋白质，必须上百万倍或更多地显著富集目标蛋白质，从而提高信噪比，并且可进行灵敏的量化，通常使用LC-MS/MS。其他分析技术，例如，使用诸如抗体的亲和分析，需要在亲和相互作用之前或者之后进行提纯以减少非特异性相互作用并允许更强效、灵敏且可再现的测量。

在药物发现和研发过程中，抗体和其他生物治疗药物必须被分离和提纯从而能够表征其质量、功能、作用机制等方面。此外，在分子生物学和生物治疗药物的表征中，通常希望提纯与特异蛋白质、化合物或其他分子实体相互作用的分析物，从而用于例如解析治疗目标并且更好地理解生物路径。在这些例子中，必须将分析物复合体从样本中的其他组分中提纯，从而进行灵敏的分析。对于这些或相关领域中已知的这些和许多其他应用，需要用于分析物的分离、提纯和分级的方法。

已知有许多用于提纯分析物的方法，例如使用亲和相互作用、过滤、电泳分离和色谱分离的方法，包括但不限于反相色谱、凝胶渗透色谱、尺寸排阻色谱以及阳离子交换色谱。

当分离、提纯和分级分析物时，通常希望所使用的系统具有高负载能力，这样可以向系统中载入全部的大量分析物。由于许多目标分析物在样本中存在的浓度比大多数丰富分子的浓度低数百万倍，因而高负载能力理想地可以允许准备足够的样本，从而可以检测到低丰度分子。

其次，通常希望以具有高特异性和高分辨率的方式进行分析物的分离、提纯和分级。换句话说，制备系统优选地提供尽可能“纯”的样本进行目标分析物的提取，即，理想地在单个分离(fraction)中只发现一种类型的蛋白质，从而优化信噪比。

进一步希用于分离、提纯和分级的方法是高度可再现的，这样相同的系统和方法能够重复地用于多个样本而不会引入变化，进而提供清楚而明白的结果。还希望方法和系统提供对经分离、提纯和分级的分析物的高回收性和高回收再现性。

此外，希望用于分离和提纯分析物的方法是通用的，从而使得这些方法可以容易地应用于其他分析物，并且基本有用。例如，诸如随着针对各目标分析物的一些初始方法发展而来的尺寸排阻色谱之类的方法对于提纯大范围的分析物而言是基本有用的，并且可以用于以顺次的方式提纯来自单一样本的多个分析物或片段。然而，这些方法可能受到分析物回收相对较差，以及且特异性/分辨率差的困扰。相反，使用高特异性抗体的亲和纯化提供了相对高的富集作用，但需要生产针对每种目标分析物的特异抗体以用于纯化。

由于经常需要多维度的分离/富集，因而进一步希望任意的单分离或提纯系统/方法均与用于分离、提纯和分级的其他方法/系统兼容。最后，希望这种系统和方法易于使用并且易于优化以用于各种样本和目标分析物。

最广泛地用于分离、提纯和离析带电分析物的方法可能是一维电泳(1DE)，通常使用琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)。1DE允许基于电泳迁移率分离分析物，例如DNA、蛋白质、肽、多肽、蛋白质复合体、RNA等。在所施加的电场下，带电分析物移动穿过聚合物凝胶基质并且被聚合物凝胶基质筛选。这样，质量-电荷比高的分析物移动得比质量-电荷低的分析物慢，从而使得分析物分离开来。

在与十二烷基硫酸钠(SDS)一并使用时，均匀净电荷被施加到样本中的所有蛋白质，这样，分离是严格基于分子量来完成的，而不基于质量-电荷比来完成的。许多其他1DE方法都是公知的，包括但不限于澄清非变性PAGE、蓝绿非变性PAGE、电场反转电泳、对流电泳、毛细管电泳等。可以按照已充分的公开，以板凝胶形式、管凝胶形式、或者对称或不对称形式的一些组合进行1DE。就此而言，1DE是应用最为广泛并且对于分析物分离、提纯和分级普遍有用的技术之一，因为其能够提供基于电泳迁移率或分子量分离的能力、能够提供大质量范围内的分辨能力(resolving power)、易于使用并且具有通用性。

在1DE的过程中，通常在连续时间段内施加为恒定电压的电场，该连续时间段足够允许在跨越凝胶基质整个长度中完成样本分析物的分离。电压只在实验的结束时，即电泳移动性最大的分析物到达凝胶末端之前一刻，才被中断。然后，可以使用荧光、染料或其他本领域已知的方法将凝胶成像，并且检测分离出的分析物“条带”的位置。检测后，可以使用刀片或其他类似工具切出凝胶中的一个或多个条带。

已知有许多方法用于随后从提取出的凝胶带中回收提纯的分析物。最广泛使用的凝胶块(plug)提纯的方法依赖于将分析物的酶切或其他化学切割成从凝胶块的孔隙扩散进入周围液体的较小组分。该方法尽管有用，但其局限性在于必须将大的完整分析物，例如，蛋白质、蛋白质复合体等切割成较小的亚组分(subcomponents)。因此，即使并非不可能，但通常难以对完整分析物进行直接分析。尤其是在某些尤其涉及蛋白质分析的应用中，这种局限性妨碍了对翻译后修饰、截短、剪接变体和其他对于样本中基因产物的完全表征而言必要的特征的简便分析。此外，该方法人工强度大且单调，而且从凝胶块的回收率相对较低，估计是在15-60％之间，严重地限制了下游分析。这些局限性严重地限制了该方法在大范围的重要应用中的效用。

从1DE回收分析物的一种可选方法涉及将分析物从提取出的凝胶块电洗脱到溶液中或薄膜上。在这种情况下，将切出的凝胶块置于腔体中，引导电场穿过凝胶块，从而将目标分析物通过电泳从凝胶中移出并进入液体或捕获支撑体(例如，捕获膜、反相表面等)中。尽管对于某些应用是有用的，然而如同已经广泛公开的那样，电洗脱技术通常不足以并且也不能以高回收率地回收大分子。该技术同样费时费力，这是因为该方法涉及到人工提取凝胶块、将这些胶块插入第二装置中并且运行第二装置。该方法还常常导致分析物过于稀释。

第三种方法涉及在施加的电场中，将分离的分析物从凝胶末端，通常是管凝胶末端连续洗脱到流动的液体流中。在该模式中，分析物是基于通过凝胶的电泳迁移率来分离的。使得电压持续以从凝胶基质洗脱出分离的分析物，而不是在高迁移率分析物达到凝胶的末端前中断电压并且从凝胶基质切出分离的条带。就此而言，持续施加电压直到洗脱的最后，以将分析物从凝胶基质洗脱并流入在凝胶基质末端流动的收集液体中。可以使用自动组分(fraction)收集器来将洗脱物从一个收集瓶移动到另一个中，进而允许样本的“分级”。

相对于用于分析物分离、提纯和分级的其他1DE方法而言，该方法具有多个优点，主要是能够在溶液中回收分离的完整分析物。然而，连续洗脱凝胶电泳方法的局限性包括可用性、可再现性和稀释度。由于分析物是从分离介质中洗脱到流动的液体流中，因此，从凝胶中洗脱的速率较慢并因而需要较长时间从凝胶中完全洗脱的分析物被持续稀释，这是非常不理想的。此外，由于在使用这些系统和方法时必须持续地施加电压，因而，还没有以多路复用、高生产的方式捕获特异的预定分析物片段的有效方法，而这些方法是非常希望的。此外，现有系统都不能使用以一致、可再现的形式制造出的即用型试剂盒，该即用型试剂盒允许在连续运行(run-to-run)中获得一致的结果。由于分析物是从凝胶基质中洗脱出来的，而不是在标准1DE方法中“形成(develop)”的，因此，如果即将以可再现性方式分离和提纯分析物，则连续运行中代表性分析物的迁移时间必须精确相同。

因此，本发明的目的是克服上文讨论的现有技术的各种局限性，并描述用于改进分析物的分离、提纯和分级的系统和方法。

发明内容

请求保护的发明旨在解决上述的一个或多个问题，并且该请求保护的发明易于使用，成本低。特别地，该发明涉及的系统由用户可编程多通道电泳电源、对于分离分析物有用的预制备的聚合物凝胶基质、以及具有固定液体体积的用于在分析物从凝胶中洗脱出来时保留分离的分析物的收集室组成。该系统合起来独特地允许分离、提纯和分级复合物样本，并且允许通过电子控制器和/或基于检测到的分析物迁移的主动反馈，使用基于预编程成为序列的步骤自动暂停施加电势，来收集预定义液体体积中被分离分级的分析物。提供了一些方法来将复合物生物样本分成预定的、用户可选择的覆盖广泛质量范围的电泳组分，并且捕获预定义液体体积中的所述组分，或者将一种或多种特定分析物作为进行预编程的分离和提纯的目标，回收预定义液体体积中的所述分析物。

请求保护的发明使用连续管凝胶电泳的概念，但是是首次包含了用户可编程电泳控制器的发明，该可编程电泳控制器独特地允许进行预定分析物组分的预编程洗脱和收集。本发明还包含用于将样本载入水平管凝胶分离通道而不会导致样本稀释或分散的特征，以及用于捕集(trap)预定义液体体积中的被洗脱的组分而不会导致分析物组分的稀释或分散的特征。此外，这些独特的特征允许容易地使用简单的移液管从分离通道进行回收而不存在捕集气泡(气泡阻止电流流过系统，这是不希望的)的可能。本发明还提供了多路复用(multiplexed)样本处理，具有高可再现性和高回收率。这些特征合起来提供一种新颖的电泳可编程分析物凹口过滤器及其使用方法。

具体地，本发明的一个方面是一种电泳凹口过滤器装置，包括：凝胶盒，包括至少一个样本通道，每一个样本通道包括阴极缓冲剂室、样本引入室、包括与所述样本引入室相关联的第一端的管凝胶、与所述管凝胶的第二端相关联的样本收集室以及阳极缓冲剂室，其中所述阴极缓冲剂室、样本引入室、凝胶管、样本收集室以及阳极缓冲剂室能够离子电接触；电源，与每一个样本通道的阴极缓冲剂室以及每一个样本通道的阳极缓冲剂室可接合；用户界面，用于将用于样本通道的一个或多个步骤编程到处理器中，其中，编程的步骤包括编程在编程的步骤期间穿过所述样本通道施加的电流或电压中的至少一个，并且编程穿过所述样本通道的电压或电流的施加持续时间，其中编程的一个或多个步骤形成编程的序列；以及电泳控制器，包括用于执行所述编程的序列的所述处理器。

本发明的另一个方面是一种电泳凹口过滤器装置，包括：凝胶盒，包括至少一个样本通道，每一个样本通道包括阴极缓冲剂室、样本引入室、包括与所述样本引入室相关联的第一端的管凝胶、与所述管凝胶的第二端相关联的样本收集室以及阳极缓冲剂室，其中所述阴极缓冲剂室、样本引入室、凝胶管、样本收集室以及阳极缓冲剂室能够离子电接触；电源，与每一个样本通道的阴极缓冲剂室以及每一个样本通道的阳极缓冲剂室可接合；检测器，用于检测所述凝胶盒样本引入室中放置的样本的特征；以及电泳控制器，用于执行用于至少一个样本通道的序列，并且用于在所述检测器检测到所述样本的特征时接收来自所述检测器的反馈，其中，所述电泳控制器基于来自所述检测器的反馈而暂停所述序列的执行。

本发明的又一个方面是一种用于从生物样本中回收感兴趣的分析物的方法，包括如下步骤：形成凝胶盒，所述凝胶盒包括至少一个样本通道，每一个样本通道包括阴极缓冲剂室、样本引入室、包括与所述样本引入室相关联的第一端的管凝胶、与所述管凝胶的第二端相关联的样本收集室以及阳极缓冲剂室，其中所述阴极缓冲剂室、样本引入室、凝胶管、样本收集室以及阳极缓冲剂室能够离子电接触；将电极放入至少一个样本通道的所述阴极缓冲剂室中的缓冲剂溶液中；将对电极放入相同的至少一个样本通道的所述阳极缓冲剂室中的缓冲剂溶液中；将用于所述至少一个样本通道的一个或多个步骤编程到处理器中，其中，编程包括编程在编程的步骤中穿过所述样本通道施加的电流或电压中的至少一个，并且编程穿过所述样本通道施加所述电压或电流的持续时间，其中编程的一个或多个步骤形成编程的序列；以及使得包括所述处理器的电泳控制器执行所述编程的序列。

本发明的再一个方面是一种电泳凹陷滤波器装置，包括：用于保持至少一个样本通道的壳体，所述样本通道包括阴极缓冲剂室和阳极缓冲剂室，其中所述阴极缓冲剂室和阳极缓冲剂室是分开的并且能够离子电接触；阴极缓冲剂室电极和阳极缓冲剂室对电极；用户界面，用于将使用至少一个样本通道进行电泳分离分析物的一个或多个步骤编程到处理器，其中编程的步骤包括编程在编程的步骤中穿过所述样本通道施加的电流或电压中的至少一个，并且编程穿过所述样本通道施加所述电压或电流的持续时间，其中编程的一个或多个步骤形成编程的序列；以及电泳控制器，包括所述处理器，用于执行所述的编程的序列。

附图说明

图1是在本发明凝胶盒实施例中有用的电泳凹口过滤器样本室实施例的示意图；

图2A、图2B和图2C分别是本发明凝胶盒实施例的透视图、前视图和分解图，图2D是本发明凝胶盒实施例的俯视图；

图3是本发明中盖部打开的空的电泳控制器实施例的透视图；

图4A是本发明电泳控制器实施例的透视图，盖部是打开的，凝胶盒在凝胶盒插槽中，并且电极阵列与凝胶盒未接合；

图4B是本发明电泳控制器实施例的透视图，盖部是打开的，凝胶盒在凝胶盒插槽中，并且电极阵列与凝胶盒接合；

图5是本发明电泳控制器实施例的电子组件(electronics)的示意图；

图6A和图6B是本发明电泳凹口过滤器装置实施例中有用的96井板盒实施例的图；

图7是本发明使用“中间”质量蛋白质分离的酵母裂解物分级结果实施例的1D凝胶可视结果，覆盖质量范围3.3-150kDa，分辨率在30-150kDa之间；

图8示出来自图7示出的凝胶的单一组分的峰底色谱(base peakchromatogram)；

图9示出了使用例1的方法分离的单个目标蛋白质的洗脱谱(elutionprofile)的图；

图10是本发明使用“低”质量蛋白质分离的酵母裂解物分级实施例的1D凝胶可视结果，覆盖质量范围3.3-60kDa；

图11是使用本发明实施例分级的经凝胶去除的人类血浆的1D凝胶可视结果；

图12示出使用本发明的独特方法进行的单个目标蛋白质的可编程分离、提纯和分级；

图13示出了如例5所描述的分级的NF kappa B p65样本的1D凝胶分析结果；

图14示出了本发明每一个通道和盒的再现性；

图15示出本发明系统和方法的全部8个通道的BSA的回收率再现性；

图16示出了例8中组分4、6、8和10的结果的1D凝胶可视化结果以及显示DNA标记物的对照泳道；

图17是电泳控制器触摸屏幕界面的“主屏幕”的屏幕截图；

图18是电泳控制器触摸屏幕界面的“方法屏幕”的屏幕截图；

图19是电泳控制器触摸屏幕界面的“取出方法”屏幕的屏幕截图；

图20是电泳控制器触摸屏幕界面的“定义新方法”屏幕的屏幕截图；

图21是电泳控制器触摸屏幕界面的“开发/编辑新方法”屏幕的屏幕截图；

图22是电泳控制器触摸屏幕界面的“开发/编辑新方法”屏幕的屏幕截图；以及

图23是包括“终止实验”屏幕覆盖层的电泳控制触摸屏幕界面的“方法屏幕”的屏幕截图。

具体实施方式

本发明涉及一种对于溶液中分析物的分离、提纯和分级有用的可编程电泳凹口过滤器。本发明大致涉及分析物分离和提纯领域，尤其涉及使用例如质谱分析法、ELISA、表面等离子共振或其他本领域中已知的通用检测方法而进行后续分析之前，对蛋白质、肽、多肽、蛋白质复合体、抗体、DNA、RNA或其他生物材料的电泳可调谐分离、提纯和分级。

本发明的电泳凹口过滤器系统包括三个主要组件：(1)可编程电泳控制器200，(2)预制备聚合分离凝胶，以及(3)对于添加样本或移除组分有用而不会扩散或稀释分析物的样本引入及样本收集室。在一个实施例中，分离凝胶和样本引入及收集室组合在单一用途、多通道凝胶盒100中。电泳控制器200通过使用集成检测器，为穿过凝胶盒通道中的每一个通道的恒定电压或电流的控制应用提供预编程组分收集暂停或动态组分收集控制。该凝胶盒100包括多个样本通道110，每一个样本通道均能够从包括多种分析物的样本溶液中分离、提纯和/或分级一种或多种感兴趣的分析物。

该系统合起来独特地允许分离、提纯和分级复合物样本，并且允许通过电子控制器和/或基于检测到的分析物迁移的主动反馈，使用基于预编程成为序列的步骤自动暂停施加电势来收集预定义液体体积中被分离的或分级的分析物。提供了一些方法来将复合物生物样本分成预定的、用户可选择的覆盖广泛质量范围的电泳组分，并且捕获预定义液体体积中的所述组分，或者将一种或多种特定分析物作为进行预编程的分离和提纯的目标，回收预定义液体体积中的所述分析物。

请求保护的发明使用连续管凝胶电泳的概念结合用户可编程电泳控制器，独特地允许进行预定分析物组分的预编程洗脱和收集。本发明还包含用于将样本载入水平管凝胶分离通道而不会导致样本稀释或分散的特征，以及用于捕集预定义液体体积中的被洗脱的组分而不会导致分析物组分的稀释或分散的特征。此外，该设计允许容易地使用简单的移液管从分离通道进行回收而不存在捕集气泡(气泡阻止电流流过系统，这是不希望的)的可能。本发明提供了多路复用(multiplexed)样本处理，具有高可再现性和高回收率。

图1中示出了凝胶盒样本通道110的截面。每一个样本通道110包括几个分离组件：阴极缓冲剂室112、样本引入室114、管凝胶116、样本收集室118以及阳极缓冲剂室120。管凝胶116大致是中空管状结构，包括预制备的多孔聚合凝胶基质，例如聚丙烯酰胺、琼脂糖或本领域中熟知的其他材料及其混合物。优选的是，凝胶基质连附到管凝胶管的侧壁以防止凝胶在操作之前或操作期间移动，进而允许高可再现性以及耐用性。

容纳凝胶的管不一定必须是圆形。实际上，根据本发明该“管”可以是矩形、圆形、方形或任意其他几何形状。实际上，本文使用的术语“管凝胶”包含管中的凝胶，该管具有无论是否是圆形的任意截面几何形状，包括前述语句中讨论的几何形状。然而，系统的负载容量依赖于凝胶的截面面积。此外，在电泳处理期间产生的热可能使得分离变差，并且可能区别地影响整个凝胶的粘度。因此，基本上圆形管凝胶是优选的，从而可以最大化负载容量和热散逸。截面可以在0.1nm到50cm之间，尽管在优选实施例中直径将在0.1mm到10mm之间。

管本身可以由最为熟知的材料来构建，包括但不限于塑料、玻璃、陶瓷或其他材料。由于其热传递能力、透光性以及容易进行表面化学改性(surfacechemistry modification)，玻璃通常是优选的。重要的是，不同管的管内部直径(ID)和外部直径(OD)必须是不会显著变化的，以最大化分离结果的再现性，因为例如ID的小浮动可能导致给定施加电压下管中所产生的电流的显著变化，并且对分离和洗脱时间的再现性带来负面影响。

在管中制备的聚合基质(凝胶基质)可以包括贯穿整个管的单一孔隙率、多个离散的孔隙率或者贯穿管长度呈梯度的孔隙率。凝胶基质还可以包括嵌入的抗体、酶、纳米颗粒、染料或对于特殊应用有用的其他反应或非反应种类。该凝胶可以由本领域熟知的一系列缓冲剂和导电物(conductivities)。

在一个优选实施例中，凝胶基质由低孔隙率(例如3％)的“堆叠(stacking)”凝胶和较高孔隙率(例如12％)的分离凝胶(resolving gel)组成。该实施例中的堆叠凝胶有助于将样本块(sample plug)富集成尖带。一旦该带到达分离凝胶，则穿过凝胶的分析物的迁移被较小的孔隙阻止，并且分析物将根据它们各自的电泳迁移率而分离。这样，较高电泳迁移率的分析物将会在较低电泳迁移率的分析物之前到达分离凝胶(separating gel)的末端并且从凝胶中洗脱出来。通过这种方式，能够将样本中分析物的子集合与样本中的其他分析物分离、提纯或分级。

在一个实施例中，凝胶管116包括制备在I.D.(内径)为6.3mm的硼硅酸盐玻璃毛细管内的聚丙烯酰胺凝胶基质。聚丙烯酰胺凝胶被制备为两层——堆叠层和分离层。堆叠层由3.2％T5％C交联聚丙烯酰胺组成，并且分离层由8％T5％C交联聚丙烯酰胺组成，二者都是使用三羟甲基氨基甲烷醋酸盐(Tris-Acetate)作为pH为7的凝胶缓冲剂而制备的。重要的是，凝胶的顶部、堆叠层和分离层之间的接触面(interface)以及凝胶的底部都具有光滑、平坦的垂直于电泳电流方向延伸的接触面，从而使得分析物分离分辨率得以最大化，并且各带不会扭曲、向侧面分离等。这样，在其聚合形成为平面接触面之前在凝胶的顶部放置丁醇或类似制剂是有用的。而且也重要的是，贯穿每一层的截面，凝胶浓度是均匀的，这样给定比例的层中孔隙尺寸是一致的。进一步而言，关键的是，每一聚集(aggregate)凝胶的长度被精确地控制，从而根据本发明提供洗脱的可再现性。

阴极缓冲剂室112和样本引入室114之间的边界、以及样本收集室118和阳极缓冲剂室120之间的边界是膜122和124，该膜122和124允许电泳电流从阴极缓冲剂室112流到阳极缓冲剂室120，但是阻止被引入到样本引入室144中的感兴趣的分子进入阴极缓冲剂室114或阳极缓冲剂室120。优选的是，膜122和124都是500Da到3.5kDa分子量截断膜，从而在允许缓冲剂中的盐离子穿过进而承载电泳电流的同时捕获样本收集室中基本上全部的分子。然而，也可以使用阻止样本中的感兴趣的分子进入阴极或阳极缓冲剂室中的任意分子量截断膜。

可替代地，大孔隙尺寸的分子量截断膜可以用于允许某一预先选择尺寸的分子通过而避免在样本收集室中捕获，但是保留较大尺寸的分子。这种选择不需要收集电泳迁移率恰好高于(immediately above)目标组分的分析物的组分，但不利的是，需要使用不同的膜来进行具有不同电泳迁移率的分析物的提纯。

在另一实施例中，膜被轻微充电以排斥来自膜表面的分子并阻止非特异结合(non-specific binding)。本发明不限于分子量截断膜，而是可以有效地应用离子交换、疏水的(hydrophobic)、亲水的(hydrophilic)、亲和捕获(affinity capture)以及本领域技术人员熟知的所有其他膜。

图2A-图2D是本发明实施例的凝胶盒的各种视图。示出的凝胶盒100包括8个各自独立的样本通道110，这些样本通道110实质上与图1所示的单个通道110的设计相同，这些样本通道一起形成了单一凝胶盒，该单一凝胶盒包含管凝胶和用于将样本引入凝胶以及从凝胶收集组分的装置(means)。如图2A-图2D所示，凝胶盒100包括阴极缓冲剂壳体130，阴极缓冲剂壳体130包括多个分离的阴极缓冲剂室112。每一阴极缓冲剂室112均被密封，只是在阴极缓冲剂壳体130的边缘留了孔口136，该孔口136与样本引入壳体134相关联。样本引入壳体134包括多个样本引入室114，每一个样本引入室均包括穿过样本引入室114并且与阴极缓冲剂室112的孔口136的一端相关联的孔口137。膜122与垫圈123相关联，垫圈123依次设置在阴极缓冲剂壳体130和样本引入壳体134之间，这样，孔口136中的膜122在阻止感兴趣的分析物迁移进入阴极缓冲剂室112的同时允许每一个阴极缓冲剂室112和阳极缓冲剂室120之间的电泳互通。孔口137保持打开，从而使得引入到样本引入室114中的样本与管凝胶116保持流体接触。

上述大致描述了管凝胶116，该管凝胶116包括管状元件140，该管状元件140包括单体凝胶或凝胶基质。管状元件140包括与样本引入室孔口137相关联的第一开口141以及与样本收集壳体144中的孔口143相关联的第二开口142。样本收集壳体144包括用于每一通道110的样本收集室118。每一个样本收集室118均具有一打开的顶部145，该打开的顶部145提供例如通过使用移液管或其他液体取样设备将感兴趣的分析物手动地或自动地取出的位置。每一个样本收集室118均具有定义的体积，从而保证取出的样本的体积再现性。

样本收集壳体144包括与阳极缓冲剂室130中的孔口148相关联的孔口143。膜124与位于孔口143和148之间的垫圈125相关联，从而物理地而不是电性地将每一个样本收集室118与它的邻近的阳极壳体152中的阳极缓冲剂室120隔开。附加垫圈131和133辅助分别在中央管凝胶壳体135和样本引入壳体134和样本收集壳体144之间形成液体密封。

盒部件可以由具有低蛋白质结合特性的生物可相容聚合物机械加工而成或模压而成。例如，该盒部件可以由任意可加工或可模压材料(陶瓷等)制成，优选的是塑料，更优选的是用于低分析物结合而没有杂质(例如模压分离剂)的塑料。盒可以形成为容纳多个膜以及管凝胶116的单个单体。或者盒能够由如上所描述的分离的壳体形成。此外，盒和/或盒组件(缓冲剂室)可以具有单一用途或多用途。在多用途盒中，凝胶管在单次使用之后可以被再填充或者可用新的凝胶管代替。

管凝胶116包括优选地由直径内部尺寸为1-10mm的硼硅酸盐玻璃或薄塑料形成的管。在优选实施例中，位于管中的凝胶将在它们集成为盒之前被制备至凝胶管中，然而用于容纳根据本发明没有被预先制备的管的盒对于本领域技术人员而言将是明显的。一旦安装好，盒组件被组合以保证使用组合装置(例如，允许组件挤压安装在一起以永久性密封盒的可插入槽的定位销154)进行密封。可替代地，可以使用螺旋销或其他连接设备来非永久性地密封盒。

一旦安装好，则用具有所需pH的贮存缓冲剂和导电物填充盒，并应用板密封件(例如粘性麦拉(Mylar)片)来覆盖盒的整个打开的顶部，以保持凝胶含水直到使用。该贮存缓冲剂将在盒投入使用之前由用户替换掉。

为了将凝胶盒100投入使用，移除板密封条以暴露出各种贮存器和腔室，并且将贮存缓冲剂从盒中的一个或多个通道排出。接下来，一个或多个样本通道的阳极和阴极缓冲剂室排液，并且被适当的电泳缓冲剂重新填充。最后，将包括一种或多种感兴趣的分析物的液体样本载入一个或多个样本引入室，如同下文将更详细描述的那样将盒置于电泳控制器中并被处理。通过使用单通道或多通道移液管或者借由自动液体处理台来帮助进行样本引入和组分收集。通道间隔设计为能够使用标准液体处理自动设备载入并操作盒缓冲剂。

有种类广泛的凝胶和缓冲剂系统适用于在本发明的凝胶盒中使用。大致来讲，凝胶和缓冲剂系统的选择将依赖于感兴趣的分析物的分子量范围以及进行希望的分离、提纯或分级所需的质量分辨率(mass resolution)。例如，对于分离分子量在1kDa和300kDa之间的蛋白质而言三羟甲基氨基甲烷-N三(羟甲基)甲基甘氨酸(tris-tricine)缓冲剂系统是有用的。可以使用的缓冲剂和/或凝胶的其他非限制性的例子包括三羟甲基氨基甲烷/甘氨酸(tris/glycine)和三羟甲基氨基甲烷-醋酸盐/HEPES(tris-acetate/HEPES)、甲叉双丙烯酰胺-三羟甲基氨基甲烷/MOPS(bis-tris/MOPS)等。跨越多种pH范围的非变性凝胶系统(native gel systems)可用于非变性条件下的蛋白质和蛋白质复合物分离。带有TBE或TAE或其他普通电泳缓冲剂的琼脂糖凝胶对于DNA和RNA分离是有用的。

应当理解，本发明不限于使用任意单一凝胶/缓冲剂系统，而是可以与任意已知电泳凝胶/缓冲剂系统一起使用。这些系统中的每一个均可以通过改变凝胶比例、通过使用梯度凝胶、通过使用合成凝胶或通过使用多层不同凝胶来进一步优化。可以基于如下标准中的一个或多个来选择凝胶和缓冲剂：所选择应用的适宜性、再现性、制备容易性以及保质期(shelf life)。一种有用的凝胶缓冲剂系统包含单一缓冲剂系统，而不是在堆叠和分离凝胶中具有不同pH的缓冲剂。这将最小化随时间推移的性能变化，进而最大化再现性。此外，还优选的是，凝胶化学物的选择允许使用可能的最低功率进行有效分离。如果焦耳加热显著，则凝胶分辨率(resolution in the gel)变差，并且可能需要主动冷却。如果没有主动冷却，则保持每一通道的总功率消耗最大到3瓦，优选的是少于2瓦，这对于保持使用本发明的系统进行的分离的质量而言是重要的。本发明的某些实施例包含通过例如帕尔贴冷却器(peltiercooler)或循环冷却水浴的凝胶管主动冷却，在这种情况下每个通道的瓦数可以显著地更高。缓冲剂导电率(conductance)、凝胶长度和凝胶直径与孔隙率是能够影响样本通道功率需求管理的其他因素。

凝胶盒100的另一重要组件是膜122和124，膜122和124用作边界，用于保留样本室和收集室中的样本。一类有用的膜是透析膜。透析膜是可用的，具有许多特性。选择膜的一个因素包括但不限于选择合适分子量切割值以捕获具有最小分析物结合的感兴趣的分析物。一种优选膜材料是醋酸纤维素，它是一种用于透析的广泛可用的膜，其显示出在电泳条件下具有高稳定性和低分析物结合能力(binding affinity)。对于本发明的优选操作而言重要的一种附加膜特性是极化或充电。优选的是，在本发明实施例中使用的膜不是固有地充电的，而且在施加的电泳电势之下不会变为充电。否则，将诱发穿过膜的电渗透(electro-osmosis)，导致例如样本引入或样本收集室中发现的分析物的富集或稀释。

本发明的另一方面是盒系统，该盒系统在高生产(throughput)应用中是有用的，例如专用于大规模生物标记物发现项目(其中，提高组分生产量可能是必要的)的nLC/MS/MS系统。图6A和图6B是实现高生产量需求的96通道盒400的视图。图6A和图6B中示出的盒使用与8通道设备中展示的元件大致相同的元件。然而，在这种情况下，管凝胶410被垂直扭转并且被规格化为8×12的形式，间距9mm。这种形式直接与液体处理自动设备集成，使得可以完全自动地准备更多的样本。

在图6A和图6B示出的盒中，没有足够的物理空间来为每一通道设置独立的对电极(counter electrodes)。相反，这种设计包含位于分子量截断膜下方的公共区域420来完成电路。该设计节省了空间，并且允许有与现有实验室设备交互的必要形式。

该盒是由模压的生物可相容塑料构建的，具有四个主要组件：基底402，包括多个样本收集井(well)406的样本收集盘404，以及样本井框架408。管凝胶410被制备直接进入样本井框架408的孔口412中。每一个管凝胶410的体积和长度彼此相同，并且优选的是与8通道设备的相同。这允许至少100μL的样本加载容量。样本收集盘404具有跨越样本井框架408底部的膜414。在载入包含分析物的样本之前，用户用缓冲剂填充样本收集盘以达到希望的体积。每一样本收集井可以容纳35-200μL的缓冲剂。当样本井框架408置于样本收集盘404上时，管凝胶410浸入缓冲剂中，完成了电路。一旦安装好，则将样本载入井框架中，直接位于管凝胶顶部。样本上方的区域填充有缓冲剂以控制分离的pH。随着电压的施加，分析物迁移穿过管凝胶并且洗脱进入下方的样本收集井。一旦已经收集了希望的分子组分，则单独地关断每一井的电压或者一致地关断整个盒的电压，移除该井框架408，并且将样本从样本井406转移到干净的96井板用以分析。

主要通过修改向电泳单元提供电流的电极阵列，本文描述的电泳控制器可以修改为适应96井盒的设计。在96井设计中，将优选地有96个独立电极(每一个电极均与样本井中的样本接触)以及插入到盒外边缘上的公共回位井425中的4个公共电极。

本发明提供的分离、提纯或分级的程度是由施加的电泳电流、筛选基质的长度、筛选基质的孔隙率、凝胶和电泳缓冲剂的pH和导电性、操作温度、以及在单个收集间隔期间电场暂停之前允许经过的时间来控制的。将所有其他变量保持恒定，收集间隔提供了所收集组分在电泳迁移率宽度的用户可选择性。本发明的电泳控制器提供恒定或变化电压或电流的控制应用，具有预编程的收集间隔暂停、或者基于迁移或洗脱的分析物的检测而进行的反馈诱发的收集间隔暂停。

图3、图4A和图4B示出了本发明实施例的可编程电泳凹口过滤器的各方面。该电泳控制器200是8样本通道控制器，它尺寸上是台式(bench top)的，并且能够向凝胶盒100的8个样本通道110中的每一个同步地提供恒定电流或电压，持续预编程的时间长度。

电泳控制器200包括具有可移动盖部204的壳体202。盖部204优选地是由保护对光敏感的分析物的UV(紫外线)阻挡材料制成。盖部204位于设备的顶部并且依靠铰接部206运转。一旦盖部204打开，则凝胶盒100将被插入到“巢”208中，从而用图4A所示的电极阵列210和212之间位于左边的阴极缓冲剂室来合适地定位盒的方向。重要的是，每次运行的缓冲剂室内电极的位置要相同，从而使得每一个样本室中电极和对电极之间的距离一直保持相同。随着盒插入，电极210和对电极212的阵列(盒的每侧有8个)被手动地或自动地降低进入盒中，这样，单个电极211位于每一个阳离子缓冲剂室112中，单个对电极213位于每一个阴离子缓冲剂室120中，如图4B所示。盖部204被闭合并且互联锁合上，该互联锁允许只要盖部是闭合的就向每一个独立的电极/对电极组合施加电流/电压。

触摸屏幕界面220位于设备的前部，并且允许用户如同下文更详细阐述的那样对控制器编程。重要的是，用户能够为每一个样本通道编程一个或多个步骤，以定义收集间隔的序列。每一个步骤将用户定义的或预编程的电压/电流施加穿过每一个独立样本单元110，并且具有用于每一个编程的电压/电流间隔的时间长度。编程的收集间隔或步骤定义了必要的序列，来实现根据本发明的分离、提纯和分级。施加的电压可以是从1到300V，时间间隔可以达到14400秒或更长。为给定分离而编程的多个间隔一起将称为序列。该系统将允许n个间隔，其中n大于或等于1，允许实验/样本针对的分级工艺的定制。

为了使用该系统，用户将编程该序列，或者将从用于8个电泳单元中的每一个的预编程序列的菜单中选择，并且将使用触摸屏幕界面220开始实验。该设备被编程以自动暂停向样本通道110施加电压，无论该步骤的时间间隔是否届满。这允许用户或机械臂(robot)从合适样本通道的样本收集室118中提取感兴趣的样本组分。本发明的系统是通用的，体现在用于每一样本通道的编程序列均是独立编程的，从而使得所有样本通道均可以同步地执行相同或不同的序列。

在可替代的实施例中，控制器包括检测装置(means)，该检测装置用于在分析物洗脱穿过和/或从分离凝胶中洗脱出来时检测分析物或与感兴趣的分析物相关的特征。检测装置和方法包括但不限于UV、IR(红外线)、吸收法(absorbance)、电容差分等。在一个实施例中，检测到的特征可以是一种或多种分子量标记物(molecular weight markers)，所述一种或多种分子量标记物被添加到样本中从而调整并测量来自样本通道的分析物的迁移和/或洗脱。检测器300可以用于向控制器提供反馈，以进行用户选择的目标分析物的分离。例如，用户可以选择对应于一种或多种用于分离的分析物的一种或多种电泳收集间隔。由于所述分析物从凝胶管中洗脱和/或迁移，它们的位置借由检测器300被检测到，并且在合适的时间电泳电流被中断，这样，可以从样本收集室118中收集一种或多种分析物，可以使用移液管人工收集或者借由控制器控制的自动设备收集。

测量信息包括施加的电流和电压以及用于8个通道的指定电泳迁移窗口(electrophoretic mobility window)检测到的洗脱，其中所述测量信息可以在序列期间在显示器(例如屏幕或触摸屏幕界面)中以图表形式显示给用户。此外，序列信息可以使用串行线缆或位于电泳控制器背部的USB端口以文本分隔形式(text delimited format)输出。

电泳控制器电子组件如图5所示。该电子组件包括与电插头402相关联的低压电源400。高压电源404与低压电源402电关联，并且与处理器406电关联。处理器406是可编程的，并且被预编程以允许电泳控制器200接收使用输入以及如本文所讨论的那样来操作。处理器406与显示控制器412交互以驱动触摸屏幕图形用户界面220，并且它借由电力控制408独立地控制被引导穿过每一个样本通道的电极的电压和/或电流的量和/或持续时间。使用位于设备后部的一个或多个冷却风扇412，设备产生的热被散逸掉。

本发明中可以使用任意样本类型，包括但不限于原血、血清、血浆、尿液、唾液、组织均匀浆、细胞裂解物(cell lysates)、食物提取物、土壤、植物、水、生物加工组分、油等。

为了操作，将样本通过样本引入室引入到设备中。样本与样本缓冲剂混合，调整体积以填充样本引入室达到指定体积并且缓冲样本pH。样本缓冲剂可以包含反应剂(DTT等)和/或清洁剂以帮助电泳分离。剩下的3个室，阴极室、阳极室以及样本收集室填充有电泳缓冲剂。在分离期间，样本中包含的分析物被电泳地从盒的阴极侧的样本引入室朝向阳极驱动。在一个实施例中，分离是在两相聚合基质中执行的。为了补偿引入到样本室内的大体积样本并最大化分辨率，采用堆叠凝胶。在这个区域中，样本在迁移进入凝胶分离区域之前集中到一窄带。在分离凝胶中完成样本到离散分子量组分的分离。随着样本从分离凝胶的末端洗脱出来，它们流入(empty into)固定体积的样本收集室，样本收集室一侧与管凝胶结合，另一侧与离子可渗透膜结合，其中所述离子可渗透膜结合是经过特别选择以允许缓冲剂离子通过但是不允许感兴趣的分析物通过。捕获的样本通过使用移液管从收集室移出，并且样本组分被存储以用于后续的分析。

打开盖部204允许进入盒箱格208，以便载入或取下盒100并且用于在实验期间收集组分。盒被如图4A和图4B所示那样被载入，这样，操作者可以读取盒中印刻的井的数量，并且盒上印刻的箭头指向右。盒定位键205防止用户以错误的方向载入盒100。载入后的盒应当完全搁置在盒箱格207底部上。盒就位之后，将电极阵列210和212降低就位。

电泳分离设备200由处理器406使用任意接口(例如键盘)来控制，但是优选地使用触摸屏幕界面220来控制。主要操作模式是(1)方法开发/编辑；(2)方法执行；以及(3)监控。一旦设备上电，则主要的中央导航和操作屏幕将显示在触摸屏幕界面220上。图17所示的“主屏幕”包括对于用户导航控制软件和开发/编辑、执行和监控分离方法而言必要的按键特征。

在一个实施例中，序列开发/编辑是依照如下方式完成的。在主屏幕上，触摸图17中右手侧上方显示的“方法”按钮。这将用户导航至图18所示的方法屏幕。用户然后触摸或激活“取出”按钮。这使得处理器导航至请求方法编号的对话屏幕(图19)。用户通过按下数字键盘上的“C”按钮来清除已有输入。接下来，用户输入还没有被使用的方法编号并按下OK。这将使得处理器显示图20所示的屏幕。用户然后触摸待修改的步骤编号。这使得处理器显示图21所示的输入屏幕。激活单元高亮，例如颜色是绿色。用户然后可以添加或修改电压、电流或时间的值，可以通过以下方式进行添加或修改：

a、使用数字键盘上的C删去单元中的值。

b、输入希望的值。

c、触摸非激活单元以激活它，然后重复步骤b。

d、“下一步”和“上一步”按钮分别允许用户编辑下一个步骤或上一个步骤。在任一单个方法中最多可以包括30个步骤。

e、当完成输入/编辑时，触摸OK按钮。

接下来，用户审阅新定义的方法中每一步的电压、电流和时间配置(profile)。如果配置是可接受的，则用户按下方法屏幕(图20)上的“保存”。为了导航至主屏幕，用户按下相同屏幕上的“应用”。

为了编辑已有的序列步骤，用户遵循如上列出的步骤，如下是例外情况。不是使用用于新方法的编号，而是用户输入多个已有序列。已有方法被按照如上所讨论的进行编辑然后被保存。

一旦用于在一个或多个样本通道中执行的处理的一个或多个步骤被输入并保存，则由一个或多个步骤组成的方法可以由用户执行。如前述所描述的那样用户通过按下主屏幕(图18)上的“方法”按钮来执行这些方法。一旦选择了方法，则用户按下“应用”来应用该方法并返回主屏幕(图17)。接下来，用户通过按下主屏幕上的“通道”按钮来选择在盒中运行的通道。这将带来通道屏幕(图21)。从通道屏幕上，用户通过按下对应的通道按钮(例如“通道”)来选择一个或多个在实验期间运行的通道(通道编号)，或者按下“选择所有”以将该方法一次应用于所有8个通道。一旦希望的通道组合选定，则用户按下“完成”按钮返回到主屏幕。最后，用户按下主屏幕(图17)上的极性按钮来设置场的极性。对于所有使用SDS的实验，极性设置为“负”。

一旦应用了序列并且选择了通道，则用户按下“开始”按钮来开始运行。一旦运行，则“开始”按钮变为允许用户暂停运行的“暂停”按钮。一旦实验已经开始，为了完全停止实验，则用户按下“终止”按钮。确认屏幕(图21)将出现。为了终止，用户触摸“是”按钮。如果用户触摸“否”按钮，则处理器显示主屏幕并且处理继续。

触摸屏幕界面220还可以用于监控序列。首先，触摸屏幕界面220可以用于显示通道状态。图17所示的屏幕左侧方框显示的圆圈描述每一个通道的状态。通道编号周围的圆圈(优选是绿色)指示通道是激活的。所施加的电压和电流显示在通道状态圆圈的右侧。当方法暂停时，圆圈将转为不同的颜色，例如黄色。如果方法启动失败或者在运行期间失败，则圆圈转为又一种不同颜色，例如红色。当圆圈是黄色或者红色时，电压读出为0。

时间是通过触摸图17中数字计时器上方的“经过时间”按钮来监控的。用户可以使用触摸屏幕界面来在选定“经过时间”、“剩余时间”或“暂停时间”。图17中位于数字计时器下方的进度条提供所有时间度量的可视化指示。在主屏幕(图17)的左下方，显示当前选择的序列。在主屏幕(图17)的下方中心显示激活序列中的当前步骤(例如，“步骤：i/12(85V，5分钟)”)。盖部的状态也可以显示。圆圈(优选是绿色)指示盖部是闭合的(准备好操作/对操作而言是安全的)并且不同颜色的圆圈(例如红色)指示盖部是打开的(将不操作)。

通过如下的大致步骤来准备插入到电泳控制器200中的盒：准备样本；准备用于样本的盒；以及将样本载入一个或多个样本引入室114。通过从样本中移除盐和已知杂质(例如清洁剂)来大致地准备样本。然后可以将样本置入样本引入室114或者可以通过诸如添加缓冲剂、稀释、添加DTT等之类的步骤进一步处理样本。在一种方法中，通过将样本与样本缓冲剂、水和DTT结合来进一步处理样本。然后将样本添加到样本引入室114，或可以通过包括加热(加热之后进行冷却)的步骤来进一步处理样本，以给出准备好的包括一种或多种感兴趣的分析物的样本。

接下来，准备凝胶盒100用以进行样本添加。通过从盒顶部移除板密封件来开始凝胶盒的准备。如果在一次实验中将使用盒中的全部8个通道，则用户移除位于每一盒室中的贮存缓冲剂。如果将使用的通道少于全部8个，则可以使用转移移液管或一些其他设备来从只与处理期间将被激活的样本通道110相关联的箱格移除贮存缓冲剂。接下来，将电泳缓冲剂添加到用于激活样本通道的阳极缓冲剂室112。将电泳缓冲剂也添加到每一个激活样本通道110的样本收集室118中。然后对所有激活通道用电泳缓冲剂填充阴极缓冲剂室112。用户然后使用尖头转移移液管移除并弃去从阴极缓冲剂室112中流入到样本上样室114中的任意缓冲剂。最后，将准备好的150μL样本立即载入样本上样室114或相同的通道。对其他激活通道重复上述步骤。

然后如上所描述的那样将凝胶盒100载入电泳控制器200。接下来，将电极阵列布置为与位于阳极和阴极缓冲剂室中的缓冲剂相接触。闭合盖部。如同上述所描述的那样由用户通过触摸主屏幕中的“开始”来启动编程的电泳分离。

例子

例1-酵母裂解物的宽质量分级

为了证实本发明的可编程电泳凹口过滤器对于宽质量范围蛋白质分级的独特性能，将酵母裂解物分成为12种不同分子量的组分，并且使用1D凝胶电泳和银染使酵母裂解物可视化，并进行液相色谱-质谱(LC-MS)。

为了制备酵母裂解物，通过在3000x g离心10分钟沉淀酵母细胞。在每克酵母细胞沉淀中加入2.5mL Cellytic Y(Sigma#C4482-50mL)、25μL的1M DDT(Sigma#43816)以及25μL的蛋白酶抑制剂混合物(Sigma#P-8215)。在室温下轻轻振荡该混合物30分钟。通过在14,000x g离心10分钟除去不溶性的碎片，随后通过5μm针式过滤器(Pall#4650)。测量蛋白质浓度[DC蛋白质化验(Biorad#500-0112)]并且将混合物等分并存储备用。在使用之前，用去离子H₂O将200μg的样本等份稀释至体积112μL。向该样本添加8μL的1M DDT以及30μL包含1％SDS和25mM Tris的样本缓冲剂(pH＝8.5)，从而使终体积为150μL。

根据本发明，通过将8％T 5％C聚丙烯酰胺凝胶、将Tris醋酸盐制备成I.D.为6.3mm、O.D.为8mm的管凝胶且完全聚合来制备电泳凹口过滤器。将该管凝胶置入带有截断分子量为3.5kDa的两片膜的盒中并将盒粘附，这样将通道密封在电气和液体隔离的状态中。使用包括聚丙酰胺凝胶缓冲剂的贮存缓冲剂填充盒的所有腔室，并且应用板密封件。

在使用前，移除板密封件并且从电泳凹口过滤器通道中移除贮存缓冲剂。将8.0mL的Tris-HEPES SDS电泳缓冲剂、0.05M Tris、0.1％SDS，pH7.9加入到所需通道的阳极和阴极缓冲剂容器。将150μL等份的电泳缓冲剂加入到样本收集室。随后，将150μL制备好的样本转移到对应通道的上样室内。

为了进行电泳，将盒置入设备中并且降低电极。然后按照如下表1所列出的步骤创建电泳凹口过滤器的序列。

表1

在步骤2之后，系统自动暂停用以进行第一预定组分收集间隔的收集，通常对应于≤30kDa的蛋白质。使用移液管将150μl从样本收集室转移到收集管。从组分收集室取出任意剩余溶液并将其添加至第一份的150μl中。然后弃去移液管枪头，用150μl电泳缓冲剂清洗腔室并重新使用150μl新电泳缓冲剂装满腔室。然后，通过按下设备的可编程界面上的“恢复”键恢复序列。对所有剩余组分，使用自动电泳控制器重复此过程。在步骤3和步骤11之后，更换阳极和阴极缓冲剂容器中的电泳缓冲剂以保证整个系统具有合适的pH。

为使1D凝胶上的宽质量范围分级结果可视化，根据厂商的说明制备10-20％的Tris-甘氨酸凝胶(Invitrogen)。将来自电泳凹口系统的每一组分的各8μL等份与10μL Tris-甘氨酸SDS样本缓冲剂(2X)和2μL NuPAGE

还原剂(10X)组合。在50℃下加热样本10分钟。在泳道1和泳道2中载入5μL预混合分子量标准混合物，Mark 12(Life Technologies#LC5677)。在凝胶上的泳道2-13中载入来自本发明的每一制备组分各15μL。根据标准方法在125V下进行凝胶电泳约2小时。将凝胶从卡座中移除并使用标准方法对凝胶进行银染。结果如图7所示。在本实施例中可见大小范围在ca.5-160kDa的蛋白质。此外，在每一组分中均发现了由其分子量区别开来的独特蛋白质。

除通过1D凝胶电泳的可视化分级外，还使用LC-MS分析组分。在LC-MS分析物之前，使用Wessel和Flugge描述的沉淀方法从所得组分中除去SDS。沉淀之后，将所产生的沉淀物复溶在50μL的100mM NH₄HCO₃中，还原、烷基化并且在37℃下消化过夜。通过使用甲酸的酸化停止消化，然后通过溶剂蒸发浓缩成每份样本15μL的终体积。然后将3pL部分注入到150mm 180pm i.d.Biobasic C 18柱(Thermo Scientific)，并且使用从2-40％B(ACN/0.1％甲酸)的梯度分离85分钟，随后5分钟提高至80％B。使用纳喷雾125源(nanospray 125source)与LTQ线性离子捕获质谱仪(ThermoScientific)交互，该LTQ线性离子捕获质谱仪是在数据依赖性模式下运行以获取用于肽测序的MS/MS谱。结合BioWorks 3.2软件，针对Uniprot数据库的酿酒酵母(S.cerevisiae)子集，使用Sequest搜索数据。带有+1、+2、+3电荷的肽获得大于1.9、2.2、3.75的Xcorr评分。进一步按照OCn＞_0.1且Rsp＜4对肽进行过滤。每个独特的肽序列只分配一次。与多种蛋白质匹配的肽被随机分配到MW最低的蛋白质。为了确定所述鉴定结果，只有当两种或更多肽被匹配时，才将承认蛋白质为阳性结果(positive hit)。MS分析获得了从12个组分中鉴定出来的总计1110种蛋白质(4891个肽)。图8示出了来自单个组分的全部离子流，显示了显著的蛋白质离子流。此外，图9中显示了使用该方法分离的单一目标蛋白质的洗脱谱。专门使用质谱计数技术测量了α-葡糖苷酶，并且确定α-葡糖苷酶是使用电泳凹口过滤器主要在单一组分收集间隔被提纯的，组分7。

例2-酵母裂解物的低分子量分级

如前文所述，可以通过改变筛选基质的孔大小来改变本发明电泳凹口过滤器系统的质量范围。这样，通过提高筛选基质的％T，可以使用本发明在低质量范围产生具有更高分辨率的可调谐电泳组分。此处，使用12％T 5％C的聚丙烯酰胺凝胶将酵母裂解物分成质量范围跨越3.5-60kDa的12种不同分子量组分，并使用1D凝胶电泳和随后的银染使得结果可视化。

同样，完全按照例1中所述制备所述系统和样本。然而，为了说明％T较高盒的不同组分收集间隔，可以用如下的序列来编程电泳凹口过滤器系统：

在分级法完成后，按照上文所述的制备样本，上样，在1D凝胶上分离，并用银染使得样本可视化。结果如图10所示。质量范围在5-55kD的蛋白质，清晰可见，证明了本发明所提供的独特分级。此外，每个组分的分子量与在指定收集间隔任一侧的那些组分的分子量都几乎没有重叠。

例3-人类血浆的分级

人类血浆代表了潜在的治疗性蛋白生物标记物的极其出色的来源，这是因为它不仅包含血源蛋白质，而且包含来自全身组织的蛋白质。然而，根据大量文献记载，由于其动态范围极大及其固有的分析复杂度，血浆可能是所有样本中最难以使用诸如质谱之类的技术来分析的。使用亲和去除(affinitydepletion)来移除丰富的蛋白质极大地减小了样本动态范围，但是单独的亲和去除不足以使用LC-MS进行深入的蛋白质组分析。因此，在使用LC-MS进行进一步分离和分析之前，必须使用正交法来预分级和/或富集样本。本发明的可编程电泳凹口过滤器系统用于将经去除的人类血浆分成12种可预选分子量的组分，并使用液相回收所述组分。

为了制备样本，融解血浆(Bioreclamation)，并且按照厂商的说明，使用IgY-12丰富蛋白质去除柱(Genway)来去除各等份试样中的丰富蛋白质。然后，浓缩经去除的样本，并且使用截断分子量3500MW的旋转滤器(Millipore)来将该样本脱盐。使用DC蛋白质分析仪(Bio-Rad Laboratories)测量蛋白质浓度，将样本等分并在-80℃的温度下存储备用。

融解200μg经去除的样本等份，并用去离子H₂O稀释到112μL的体积。按照上文所述，向该样本添加8μL的1M DTT以及30μL的样本缓冲剂，从而使终体积为150μL。将此样本在50℃下加热10分钟。

按照例1所述制备可编程电泳凹口过滤器盒。在使用之前，从盒上移除板密封件，从所需通道的所有箱格中移除贮存缓冲剂。向通道的阳极和阴极容器中添加8.0mL的HEPES电泳缓冲剂。随后，向样本收集室添加150μL的电泳缓冲剂。然后，将150μL等份的制备样本载入到样本上样室。需要小心以避免在载入期间引入气泡。

随后，按照如下所示，使用可编程电泳凹口过滤器触摸屏幕界面来创建方法。

步骤	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
														电压(V)	50	50	50	50	100	100	100	100	100	100	100	100	100
组分间隔(分钟)	16	41.5	2	2	3	2	2	3	5	7	10	15	20
														组分#	----	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

将盒置入设备中，降低电极并且闭合盖部。通过触摸主屏幕上的“开始”来启动序列。在步骤2之后，该系统自动暂停用以收集第一组分。使用8通道移液管将150μL从样本收集室中转移到96井板的第一列。使用新的移液管枪头，用150μL新鲜的电泳缓冲剂清洗样本收集室。然后用150μL的新鲜电泳缓冲剂填充样本收集室，并且恢复序列。对所有剩余组分重复该过程。在步骤3和步骤11之后更换电泳缓冲剂以保证稳定的缓冲剂pH。

使用可编程电泳凹口过滤器进行经去除的人类血浆分级处理的结果如图11所示。泳道1和14包含Mark12分子量标记物的混合物。泳道2-13示出了本发明12种组分中每一种的等份试样，对应于所收集的每种组分的总体积的4％。泳道15包含未分级的样本。如同所预期的那样，IgY去除柱去除了见于未去除的血浆中的大部分高丰度蛋白(数据未示出)。然而，全部样本的很大比重仍是由高丰度蛋白质组成，包括～66kDa的白蛋白。样本中包含的绝大多数蛋白质被发现是在50-100kDa范围内。除了在该范围内发现大比例的高丰度蛋白质外，在大于两种的组分中没有发现蛋白质带，表明对样本进行了有效的分离、提纯和分级。

例4-BSA的靶向分离和提纯

如上文所述，本发明的目的是提供用于目标分析物，例如抗体的可编程分离和提纯以进行后续表征的方式。在这种实验中，非常希望以高纯度将目标分析物与其他污染物分子分离并提纯，并回收尽可能多的目标分析物。为了证实该用途，使用本发明的独特特征以定义用于牛血清白蛋白(BSA)的分离和提纯的组分洗脱间隔。为了进行电泳分离，按照例1中描述制备盒。

为了制备样本，以跨越1-25μg的一系列浓度在去离子化H₂O中稀释BSA(Sigma)至体积为112μL。如上文所述，向该样本添加8μL的1M DTT以及30μL的样本缓冲剂，从而使终体积为150μL。将此样本在50℃下加热10分钟。

按照例1所述制备可编程电泳凹陷过滤器盒，并且将样本加载到多通道盒的所有8个通道中。添加电泳缓冲剂。由于已知BSA的分子量是ca.66kDa，编程的第一序列步骤是在100V运行27分钟。接下来，编程在100V下操作的一系列10个步骤，每一步骤为90秒。开始进行电泳。

在步骤1结束时，该设备自动暂停，弃去样本收集室的整个体积量。如上文所述，清洗腔室，并将150μL的电泳缓冲剂转移到腔室。在每一序列步骤结束时，移除样本收集室的整个体积量，并将其置入96井板的连续井中，清洗腔室，替换缓冲剂，并且进行后续步骤。

为了使结果可视化，载入占所收集的总组分体积6％的每种组分的等分试样，在1D凝胶上进行电泳，并通过银染而可视化。图12(a)中显示了1μg、5μg、10μg和10μg总BSA的结果。如图所示，观察到1μg BSA在两个90秒组分收集窗口洗脱。显示5μg BSA从三个90秒组分窗口洗脱。显示10μgBSA从四个90秒组分收集窗口洗脱，并且可见25μg BSA从五个90秒组分收集窗口洗脱。这样，如同所预期的那样，组分收集间隔随着目标蛋白量的增加而扩展，对应于更宽的分析物条带。

以图的形式绘制洗脱谱，显示出峰宽在2.5和8分钟之间变化，半高全宽(图12(b))。使用该信息，清楚可见，1μg BSA在29分钟和32.5分钟之间的2.5分钟窗口中洗脱。25μgBSA在从27分钟到35分钟的7分钟收集间隔中洗脱。这样，可以容易地定义对于所有浓度的组分收集窗口，并操作本发明的系统，从而收集在单一组分中的几乎全部目标分析物。

为此目的，将1μgBSA加载电泳凹口过滤器的一个通道(通道1)，将25μgBSA加载另一个通道(通道2)。为通道1定义序列，在步骤1中施加100V持续29分钟，在第二步中施加100V持续2.5分钟。为通道2定义序列，施加100V持续27分钟，并且在第二步骤中施加100V持续8分钟。按照上文所述操作该系统，在步骤1完成时的自动暂停后，弃去第一组分，并且继续程序以进行步骤2。

在两种情况下，均在步骤2后收集组分收集室内的成分，并与分别包含1μgBSA和25μgBSA的对照一起在1D凝胶上可视化。结果在图12(c)中示出。清楚可见，使用本发明的可编程电泳凹口过滤器，在两种情况中的基本全部BSA都被从样本中分离并提纯。进一步扫描凝胶，使用可商购的软件(BioRad Laboratories)量化各条带的强度。图12(d)中的条形图显示了各收集组分相对于对照样本的量，表明两种情况下的回收率都＞90％。该范例证实了本发明的独特特征实现了使用基于电泳迁移率的分离和液相回收的用户可编程的目标分析物的分离和提纯。

例5-免疫共沉淀分析物的分离和定向分离

在相关应用中，常常希望亲和提纯目标样本组分以作为后续分析物。免疫共沉淀是用于亲和提纯的最常见方法。然而，如同本领域所熟知的，不管所用亲和配体的特异性如何，亲和提纯方法常将高丰度的非必要物与目标分析物一起“拖出(pull-down)”。就此而言，本发明的一个应用是进一步分离和提纯来自免疫沉淀物的组分，从而允许更灵敏的后续制备或分析。

在该例中，准确地按照例1中所述制备盒。该样本是按照本领域中熟知的方法与偶联琼脂糖珠免疫共沉淀的NF kappa B p65。制备与抗体偶联-琼脂糖珠结合的1μg免疫沉淀p65，并带有相关的蛋白质，通过在包含1X SDS的样本缓冲剂中孵育使样本从珠脱离。离心后，将上清液与DTT混合至150μL的终体积。将该混合样本载入到本发明的盒中并且使用例1中描述的序列将该样本分成12个组分。收集所述组分并且按照上文所述操作处理。使用1D凝胶电泳和银染分析各组分的6μL等份试样。

图13示出了分级的NF kappa B p65样本的1D凝胶分析结果。每一种组分显示在一个分离的凝胶泳道(泳道2-13)中。作为对照，将包括上清液和琼脂糖珠的未分级蛋白质样本的等份载入到泳道14中。组分3、4和8(在泳道4、5和9中)包含样本的大部分丰富蛋白质。组分8中位于55.4kDa标记物附近的蛋白质是～60kDa的目标蛋白质。从可见于组分3和4中位于31kDa标记物附近的污染蛋白质中很好地解析出了该目标蛋白质。

例6-可编程电泳凹口过滤器的可再现性评估

系统可再现性是任何制备系统的最重要性能指标之一，尤其是那些用于分析性方法，例如ELISA和LC-MS上游的分离、提纯和分级的那些系统。因此，本发明的重要的目的就是在本文公开的方法和装置提供通道-通道(channel-to-channel)和盒-盒(cartridge-to-cartridge)的高再现性。整个系统的再现性性依赖于许多变量，其中最重要的包括施加电压/电流的稳定性和再现性、由可编程控制器确定的组分间隔时间再现性、缓冲剂组成、管的ID/OD、凝胶组成以及膜组成。

为了表征本发明的再现性，根据例1的过程和设备对200μg的酵母裂解物进行分级。操作四个独立的通道-两个通道来自两个不同的盒，以实现使用顺序操作的单个电泳控制器的通道可变性和盒可变性。收集12种组分。如上文所述，依次对来自组分1、5和9的等份试样进行1D凝胶电泳和银染。

如图14所示，每一通道和盒之间的再现性都很出色。在一式四份的所有三种组分的每一份中，每一泳道的上界和下界均是一致的，表明了基于电泳迁移率的洗脱时间恒定。此外，每一泳道的强度几乎相同。这些结果证实了本发明为连续管凝胶分离和液相中分析物的可编程收集所提供的独特再现性性。

例7-可编程电泳凹口过滤器的回收性评估

除了再现性之外，回收性在用于分子和细胞生物、诊断以及治疗研发等应用的分离、提纯和分级方法中也是非常重要的。在LC-MS中，回收性尤其重要，这是因为引入到用于分析的质谱仪中的蛋白质的量与对给定样本的覆盖深度、灵敏度直接相关。回收性差的样本制备技术经常损害丰度较低的蛋白质，丰度较低的蛋白质包括组织泄漏物和白介素，这是在研究、诊断和治疗开发中重要的蛋白质。在每种组分中回收的蛋白质同样必须是可再现的。蛋白质丰度的变化对两个样本之间的量化和比对分析具有明显的关联：变化减小，则观察到显著变化的统计学可靠性上升。

根据目标分析物，使用两种方法来评估回收性。对于低于5kDa的肽和所选的较大蛋白质，使用LC-MS/MS来测量回收性。对于此质量范围内的肽，质谱具有灵敏度高、快速和特异性的优点。在较大蛋白质的情况中，为了使得LC-MS/MS量化准确且灵敏，必须进行消化。为了测量较大蛋白质的回收性，光谱学和电泳是首选的方法。可以通过光谱学测量的蛋白质化验具有快速、容易实施以及绝对量化的优点。

在两种情况中，载入5μg BSA并且使用在例4中列出的设备和过程，在本发明单一盒的8个通道中的每一通道中，将所述BSA在电泳凹口过滤器上进行电泳。如上文所述，在单个组分收集窗口收集BSA，并且通过1D凝胶电泳/银染分析各组分的等份试样。而且，如上文所述，使用可商购的凝胶量化软件来测量每个条带的相对强度。

图15示出了所有8个通道之间的BSA回收的再现性。所有8个样本的回收变异系数被确定为＜10％，证实了对目标蛋白质的回收性极其出色。该例子表明本发明在高产量液相的可编程、电泳组分中分离和回收目标蛋白质的独特性能。

例8-DNA的分级

尽管上文所示的例子由蛋白质组成，但本发明在除了蛋白质分离、提纯和分级之外的领域显然也具有重大的实用性。在一种这类情况中，希望分级的是经剪切的DNA，并在液相中分离、提纯和提取预定的碱基对长度的DNA。然后，对这些组分进行扩增，从而创建可用于快速DNA测序方法的文库。

为了证实本发明对于DNA分级和分离的实用性，如上文例1中所述制备盒，区别在于使用0.5％的琼脂糖而不是聚丙烯酰胺作为筛选基质。此外，只使用单层筛选基质，而不是堆叠/分离组合层。使用本领域中熟知的技术来制备凝胶，其主要由混合5％的低电内渗流琼脂糖(Sigma)和去离子H₂O并将溶液煮沸组成。然后将融化的琼脂糖小心的转移到玻璃管中，并可通过冷却到室温使其聚合。

所使用的缓冲剂是Tris-HCL，pH7.9的凝胶缓冲剂和50mM乙酸盐电泳缓冲剂。将以下序列编程到电泳凹口过滤器控制器中，在85V开始持续15分钟，接着在85V下持续12个连续的5分钟间隔。购买可商购的DNA分子量标记物(Sigma)，并将DNA分子量标记物与去离子水和染料、溴酚蓝混合至150的终体积。载入混合的样本，并启动分级程序。如上文所述，在每各预定步骤结束时收集组分。将对应于总收集体积4％的各馏分的等份试样载入到琼脂糖1D凝胶(invitrogen)上，分离并显影。组分4、6、8和10的结果显示在图16中，还是示出了显示DNA标记物的对照泳道。每一组分包括不同碱基对的大约3种标准品。根据特定应用的需要，可以将每一组分的分辨率紧缩或加宽。该例子清楚地证明了本发明的可编程电泳凹口过滤器在DNA分离、提纯和分级中的实用性。

Claims

1.一种电泳凹口过滤器装置，包括：

a.凝胶盒，包括至少一个样本通道，每一个样本通道包括阴极缓冲剂室、样本引入室、包括与所述样本引入室相关联的第一端的管凝胶、与所述管凝胶的第二端相关联的样本收集室以及阳极缓冲剂室，其中所述阴极缓冲剂室、样本引入室、凝胶管、样本收集室以及阳极缓冲剂室能够离子电接触；

b.电源，与每一个样本通道的阴极缓冲剂室以及每一个样本通道的阳极缓冲剂室可接合；

c.用户界面，用于将用于样本通道的一个或多个步骤编程到处理器中，其中，编程步骤包括编程在编程的步骤期间穿过所述样本通道施加的电流或电压中的至少一个，并且编程穿过所述样本通道的电压或电流的施加持续时间，其中编程的一个或多个步骤形成编程的序列；以及

d.电泳控制器，包括用于执行所述编程的序列的所述处理器。

2.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述用户界面用于编程用于多个样本通道的序列，其中所述电泳控制器同步地执行多个所述编程的序列。

3.根据权利要求2所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所有多个所述编程的序列都是相同的。

4.根据权利要求2所述的电泳凹口过滤器装置，其中，两个或两个以上所述编程的序列是不同的。

5.根据权利要求2所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述多个所述编程的序列中没有一个是相同的。

6.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述电泳控制器使得在每一个编程的序列步骤期间所述电流或电压保持恒定。

7.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，每一个编程的步骤包括恒定电压或电流设置以及电压或电流持续时间设置这二者。

8.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，至少一个所编程的序列具有多个编程的步骤，其中所述电泳控制器在完成一个步骤之后暂停所述序列。

9.根据权利要求8所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述电泳控制器在每一步骤完成之后暂停所述序列。

10.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述电泳控制器通过控制供应到所述电极的电力来执行所述编程的序列。

11.根据权利要求2所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述电泳控制器基于编程的序列独立地控制供应到多个电极中的每个电极的电力。

12.根据权利要求8所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述电泳控制器通过中断供应到所述电极上的电来暂停所述序列。

13.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述用户界面是触摸屏幕显示器。

14.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，不同的阴极缓冲剂贮存器和不同的阳极缓冲剂贮存器与每一个样本通道相关联。

15.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，相同的阳极缓冲剂室与两个或两个以上样本通道相关联。

16.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述盒包括位于所述阴极缓冲剂室和每一个样本引入室之间的分子量截断膜。

17.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，包括电极阵列和对电极阵列，其中，所述电极阵列和对电解阵列中的每一个均保持在可移动臂上。

18.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，包括检测器，用于检测位于所述样本引入室中的样本的特征，其中，所述电泳控制器基于来自所述检测器的反馈来暂停编程的序列的执行。

19.根据权利要求18所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述检测器与所述凝胶管相关联或者与样本通道的所述样本收集室相关联。

20.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，包括自动液体处理臂，用于从一个或多个样本收集室中回收分析物组分。

21.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，包括与一个或多个样本收集室相关联的管，用于从一个或多个样本收集室回收分析物组分。

22.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，包括冷却装置，用于冷却所述凝胶盒。

23.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述凝胶盒包括可重复使用的一个或多个样本收集室以及一个或多个样本引入室。

24.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述凝胶盒包括可抛弃的一个或多个样本收集室以及一个或多个样本引入室。

25.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述凝胶盒包括可移除密封件。

26.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述凝胶盒是可重密封的。

27.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述管凝胶包括用凝胶填充的管状元件。

28.根据权利要求27所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述凝胶是从由如下物质组成的组中选择出的：琼脂糖、聚丙烯酰胺以及它们的复合混合物。

29.根据权利要求27所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述凝胶是从如下物质组成的组中选择出的：单一孔隙率凝胶、多孔隙率凝胶、单一pH凝胶、多pH凝胶及其组合物。

30.根据权利要求27所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述凝胶还包括从如下物质组成的组中选择的成分：染料、荧光体、清洁剂、亲和配合基及其组合物。

31.根据权利要求27所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述凝胶被化学地关联到所述管状元件的内壁。

32.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述阳极缓冲剂室和阴极缓冲剂室中的每一个均被从三羟甲基氨基甲烷、HCL、Tricine、醋酸盐、HEPES、TBE、TAE和MOPS中的一个或多个中选择出的缓冲剂填充。

33.根据权利要求27所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述管状元件的直径是从0.1mm到10MM，并且所述管状元件是由从如下材料组成的组中选择出的材料构建的：玻璃、塑料、石墨、陶瓷及其复合物。

34.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，固定体积样本能够被水平地载入所述样本引入室中而不会存在稀释、扩散或捕集气泡。

35.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述凝胶盒包括可插入槽的销以允许相邻室对齐。

36.根据权利要求1所述的电泳凹口过滤器装置，其中，多个电源为多个通道供电，或单一电源。

37.一种电泳凹口过滤器装置，包括：

c.检测器，用于检测所述凝胶盒样本引入室中放置的样本的特征；以及

d.电泳控制器，用于执行用于至少一个样本通道的序列，并且用于在所述检测器检测到所述样本的特征时接收来自所述检测器的反馈，其中，所述电泳控制器基于来自所述检测器的反馈而暂停所述序列的执行。

38.根据权利要求37所述的电泳凹口过滤器装置，其中，所述检测器与所述凝胶管相关联或者与样本通道的所述样本收集室相关联。

39.一种用于从生物样本中回收感兴趣的分析物的方法，包括如下步骤：

形成凝胶盒，所述凝胶盒包括至少一个样本通道，每一个样本通道包括阴极缓冲剂室、样本引入室、包括与所述样本引入室相关联的第一端的管凝胶、与所述管凝胶的第二端相关联的样本收集室以及阳极缓冲剂室，其中所述阴极缓冲剂室、样本引入室、凝胶管、样本收集室以及阳极缓冲剂室能够离子电接触；

将电极放入至少一个样本通道的所述阴极缓冲剂室中的缓冲剂溶液中；

将对电极放入相同的至少一个样本通道的所述阳极缓冲剂室中的缓冲剂溶液中；

将用于至少一个样本通道的一个或多个步骤编程到处理器中，其中，编程包括编程在编程的步骤中穿过所述样本通道施加的电流或电压中的至少一个，并且编程穿过所述样本通道施加所述电压或电流的持续时间，其中编程的一个或多个步骤形成编程的序列；以及

使得包括所述处理器的电泳控制器执行所述编程的序列。

40.根据权利要求39所述的方法，其中，用用于多个样本通道中的每一个的序列编程所述处理器，并且其中所述电泳控制器同步地执行多个所述编程的序列。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，多个所述编程的序列是从如下序列组成的组中选择出的：相同序列、不相同序列及其组合。

42.根据权利要求39所述的方法，其中，步骤的编程需要恒定电压或电流设置以及电压或电流持续时间设置这二者的编程。

43.根据权利要求39所述的方法，其中，所述装置用于分离和提纯剪切的DNA。

44.根据权利要求39所述的方法，其中，所述装置用于分离和提纯蛋白质、肽以及多肽。

45.根据权利要求39所述的方法，其中，所述装置用于分离和提纯RNA、siRNA和mRNA。

46.根据权利要求39所述的方法，其中，所述装置用于分离和提纯DNA和剪切的DNA。

47.根据权利要求39所述的方法，其中，所述装置用于分离和提纯蛋白质复合体。

48.根据权利要求39所述的方法，其中，所述装置用于分离和提存来自免疫或共免疫沉淀物中的组分。

49.根据权利要求39所述的方法，其中，所述装置用于分级血清、血浆、近端流体、尿液、唾液、脊髓液、组织、组织均匀浆、细胞裂解物、细菌、植物均匀浆以及制造过程反应组分及生成物。