CN103331099A - 自动散热型自由流电泳分离室装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生物化工技术领域的自由流电泳分离室装置，包括有机玻璃平板、陶瓷平板、离子膜、电泳室、电极室、紧固密封结构、自动半导体制冷散热装置，离子膜处于上有机玻璃平板和下陶瓷平板之间，同时离子膜中间和两侧挖空，与上有机玻璃平板和下陶瓷平板构成电泳室和电极室；上有机玻璃平板的一端均匀的设有若干进液孔，在其另一端均匀设有两倍数量的出液孔，形成泳道。本发明能有效解决分离腔易漏水问题，能有效的将分离腔内的焦耳热消除，提高分离腔内流体流形的稳定性，并且比较容易装配。本发明能够广泛用于小分子物质/蛋白质/细胞器/病毒等多类样品的常规自由流电泳分离，同时可应用于样品的纯化。

Description

自动散热型自由流电泳分离室装置

技术领域

本发明涉及生物化工的装置技术领域，特别是一种用于制备型自由流电泳的自动散热型自由流电泳分离室装置。

背景技术

电泳技术的发展始于20世纪初期，该技术已经成功用于多种类型物质的分离，如细胞器、蛋白质、多肽、氨基酸等，从而在化学生物等领域得到了广泛的应用。早期电泳过程中常采用的支持介质有滤纸和醋酸纤维膜等，随着技术的发展，该类支持介质逐渐被凝胶所替代。凝胶的易成型、孔径大小易于调节、可以回收分离物质等优点大大促进了电泳技术的发展，使得电泳技术成为分析蛋白质、多肽等大分子及细胞器的重要手段之一。可是，固体支持介质对样品的性质会产生一定的影响，首先降低了样品的通量所以只能用于分析或者极小量的分离纯化；其次，由于支持介质的多孔特性，在一定程度上阻碍了样品的迁移，造成迁移距离小降低了分辨率，而且支持介质可能改变样品的带电能力。最后，有些支持介质还会引起样品的吸附、变性等。

基于上述的问题，以及样品对分离条件的苛刻要求，革新性的新电泳技术——自由流电泳孕育而生。自由电泳技术，完全在液相环境中进行，分离环境温和对样品损害非常小等优点，具有连续分离的特点使得该技术非常适合生物、化学材料的分离纯化和制备，具有极高的回收率和分辨率。其基本形式就是在非常薄（约0.2～0.8mm）的矩形腔内，背景缓冲液和样品以不同的流速（一般情况下背景缓冲液流速大于样品流速）流动，流过垂直于背景缓冲液流速方向的电场，同时样品中不同物质在背景缓冲液中的带电量有差异，因而不同物质在电场的作用下发生偏移，最终将不同物质分离开。同时在分离腔的末端，依次排有出口对被分离物质进行收集。由于背景缓冲液和样品可以连续进入分离腔，所以自由电泳技术可以进行连续制备。

自由流电泳技术不再需要固体介质，同时在液相环境中连续进行分离制备，其优势非常明显，有效率高、操作简单、分辨率好，分离环境温和、回收率高等优点。

自由流电泳技术有着广泛的应用前景。根据相关文献和报道，该技术成功用于分离小到化学小分子物质，大到动植物细胞等。自由流电泳在蛋白质组分析，尤其在分离低丰度蛋白过程中起到非常重要的作用。目前，自由流电泳也被广泛运用于制药技术中的手性药物的分离。自由流电泳技术发展至今，自由流电泳主要有以下三种基本分离模式：自由流区带电泳,自由流等速电泳，自由流等电聚焦电泳。

经过对现有技术文献的检索发现，专利授权号为ZL200710042306.3，名称为一种基于聚丙烯酰胺凝胶膜的自由流电泳分离室的专利技术，开发了大型、中型、小型的重力自平衡自由流电泳仪。利用该三种型号自由流电泳仪，分别纯化了Pseudomonassp.M18菌株发酵液的吩嗪-1-羧酸（phenazine-1-carboxylic acid,PCA）、分离了Escherichia coli和Staphylococcus aureus细胞及三种蛋白、微制备了猪胰液中胰蛋白酶。研究结果表明，这种传统的分离室能够很好的应用于自由流电泳装置。然而，该系列装置存在如下缺点：1、聚丙烯酰胺凝胶膜在电泳操作中非常不方便；2、聚丙烯酰胺凝胶膜导电性能一般导致电压效率低，而且使用时间短；3、紧固装置难以保证分离腔的密封性；4、分离腔的装配不方便；5、该类型分离装置上下板基本都采用有机玻璃板，同时加冷却水冷却系统进行散热，而且由于有机玻璃板的导热系数非常低，冷却水的温度需要非常低才能将焦耳热散失。基于为了使得实验操作顺利、方便、高效的原则，非常有必要对这类装置进行改进。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种自动散热型自由流电泳分离室装置，能够高效、方便地对样品进行分离纯化。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括半导体制冷片、风冷式散热器、导热硅胶、温度控制器、直流电源、温度传感器、紧固结构上部分、有机玻璃板、离子膜、陶瓷板、橡胶垫和紧固结构下部分，半导体制冷片、风冷式散热器、导热硅胶、温度控制器、直流电源和温度传感器构成的自动散热系统，在半导体制冷片与风冷式散热器顶部铜片之间均匀涂有导热硅胶，紧固结构上部分、有机玻璃板、离子膜、陶瓷板、橡胶垫、紧固结构下部分由上至下依次布置；紧固结构上部分的边缘上有多个紧固结构上部分螺纹孔；有机玻璃板的两端分别有进液口和出液口，有机玻璃板的两侧分别有一个电极槽，在电极槽的两端各有一个电极孔，电极孔内均装有铜柱，铜柱与铂丝相连接形成电极，在电极槽的两端还分别有电极液入口和电极液出口，有机玻璃板的四个角落各有一个第一离子膜固定盲孔；离子膜的中间挖有分离腔矩形孔，离子膜的两侧各挖有电极腔矩形孔，离子膜的四个角落各有一个离子膜固定小孔；陶瓷板的四个角落各有一个第二离子膜固定盲孔；橡胶垫上开有两个矩形孔；紧固结构下部分的边缘有多个紧固结构下部分螺纹孔，在紧固结构下部分的中间开有两个紧固结构下部分矩形大孔。

进一步地，在本发明中有机玻璃板、离子膜、陶瓷板在水平面上的外围尺寸相同；本发明还包括入口导流片和出口导流片，入口导流片和出口导流片装配于有机玻璃板的两端，并且入口导流片、出口导流片的“凹”型位置与有机玻璃板两端进液口与出液口的下端严格对齐；有机玻璃板的两端带有“凹”型槽；有机玻璃板两端的进液口（5）、出液口均采用“台阶式”小孔设计，硬质塑料管的外径与该台阶式小孔上部分的内径相等，硬质塑料管的下端插入进液口、出液口中并与台阶式小孔下部分的顶端接触，硬质塑料管的上端与硅胶软管连接，硬质塑料管与进液口、出液口之间均采用无影胶水密封；在离子膜的两端各有一个三角形缺口，在两个紧固结构下部分矩形大孔的两侧各有一个紧固结构下部分小盲孔；在第一离子膜固定盲孔、离子膜固定小孔、第二离子膜固定盲孔之间插有小塑料圆柱；紧固结构下部分螺纹孔与紧固结构上部分螺纹孔是相对应的，紧固结构下部分螺纹孔与紧固结构上部分螺纹孔通过内六角螺丝装配在一起；紧固结构下部分小盲孔与风冷式散热器的装配在一起，在半导体制冷片与陶瓷板之间均匀涂有导热硅胶；温度传感器贴于陶瓷板下表面中央位置。

在本发明中，分离室装置进液口中的硬质塑料管上端通过软硅胶管与气液缓冲分离装置（发明专利授权号：ZL200510024412.X）相连接，电泳缓冲液出口端与分离液自平衡连通收集装置（发明专利授权号：ZL200510024413.4）通过硅胶软管相连接，从而使得分离腔内流体的流动均匀一致，最终在自由流电泳分离腔内形成稳定均匀的流体动力学环境。

在本发明中，自由流电泳分离室装置被设计成多层夹心结构，由上至下依次是紧固结构上部分、有机玻璃板、离子膜、陶瓷板、橡胶垫、紧固结构下部分，用内六角螺丝穿过紧固结构上部分小孔、紧固结构下部分小孔并旋紧。

在本发明中，自由流电泳分离室装置中的离子膜在紧固结构上部分和紧固结构下部分通过螺丝的旋紧下，产生较大压力，可以有效地隔离背景缓冲液和电极液，避免其相互污染，同时其良好的导电性能有效的提高了分离腔内的有效电压系数。

本发明的自由流电泳分离室装置，在电泳过程中，电极液从电极液入口进入电极槽，流过电极槽后从电极液出口流出，同时在电极孔内的铜柱上接有电源。流动的电极液冲刷铂丝将电源与离子膜导通，为分离腔供电，同时流动的电极液将电解产品带走。

本发明的自由流电泳分离装置，为了将电泳分离过程中产生的焦耳热尽快消除，用导热率较高的陶瓷板用于分离腔的构建，同时在陶瓷板的下表面装有半导体制冷片和风冷式散热器。

与现有技术相比，本发明具有以下显著和有益的效果：防漏水性能非常好；整个分离室各部件的装配非常方便；导流片能有效的提高分离腔内流形的稳定和均匀性；陶瓷板和半导体制冷系统的配合使用，使得分离腔内的焦耳热能迅速散失，确保了分离过程顺利进行；自动散热系统使得分离腔装置更加紧凑，无需外加复杂的冷却水系统。

附图说明

图1为本发明中紧固结构示意图，包括紧固结构上部分，紧固结构下部分和橡胶垫三部分；

图2为本发明中构成分离腔的三个主要部件，包括有机玻璃板，离子膜和陶瓷板；

图3为本发明中离子膜结构示意图；

图4为本发明中导流片结构示意图；

图5为本发明中导流片与有机玻璃的装配示意图；

图6为本发明中有机玻璃板的结构示意图；

图7为图6中A－A剖面的结构示意图及其局部放大图；

图8为本发明中紧固结构下部分底部结构示意图；

图9为本发明中陶瓷板的上表面结构示意图；

图10为本发明中半导体制冷系统的装配示意图；

其中：1、紧固结构上部分，2、紧固结构上部分螺纹孔，3、橡胶垫，4、紧固结构下部分，5、进液口，6、电极孔，7、电极液入口，8、电极液出口，9、出液口，10、有机玻璃板，11、离子膜，12、陶瓷板，13、凹型槽，14、电极腔矩形孔，15、分离腔矩形孔，16、离子膜固定小孔，17、出口导流片，18、入口导流片，19、电极腔，20、第一离子膜固定盲孔，21、硬质塑料管，22、紧固结构下部分螺纹孔，23、紧固结构下部分小盲孔，24、紧固结构下部分矩形大孔，25、第二离子膜固定盲孔，26、半导体制冷片，27、风冷式散热器，28、导热硅胶，29、温度控制器，30、直流电源，31、温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1至图10所示，本发明包括半导体制冷片26、风冷式散热器27、导热硅胶28、温度控制器29、直流电源30、温度传感器31、紧固结构上部分1、有机玻璃板10、离子膜11、陶瓷板12、橡胶垫3、紧固结构下部分4、入口导流片18和出口导流片17，半导体制冷片26、风冷式散热器27、导热硅胶28、温度控制器29、直流电源30和温度传感器31构成的自动散热系统，在半导体制冷片26与风冷式散热器27顶部铜片之间均匀涂有导热硅胶28，紧固结构上部分1、有机玻璃板10、离子膜11、陶瓷板12、橡胶垫3、紧固结构下部分4由上至下依次布置；紧固结构上部分1的边缘上有多个紧固结构上部分螺纹孔2；有机玻璃板10的两端分别有进液口5和出液口9，有机玻璃板10的两侧分别有一个电极槽19，在电极槽19的两端各有一个电极孔6，电极孔6内均装有铜柱，铜柱与铂丝相连接形成电极，在电极槽19的两端还分别有电极液入口7和电极液出口8，有机玻璃板10的四个角落各有一个第一离子膜固定盲孔20；离子膜11的中间挖有分离腔矩形孔15，离子膜11的两侧各挖有电极腔矩形孔14，离子膜11的四个角落各有一个离子膜固定小孔16；陶瓷板12的四个角落各有一个第二离子膜固定盲孔25；橡胶垫3上开有两个矩形孔；紧固结构下部分4的边缘有多个紧固结构下部分螺纹孔22，在紧固结构下部分4的中间开有两个紧固结构下部分矩形大孔24；有机玻璃板10、离子膜11、陶瓷板12在水平面上的外围尺寸相同；入口导流片18和出口导流片17装配于有机玻璃板10的两端，并且入口导流片18、出口导流片17的“凹”型位置与有机玻璃板10两端进液口5与出液口9的下端严格对齐；有机玻璃板10的两端带有“凹”型槽13；有机玻璃板10两端的进液口5、出液口9均采用“台阶式”小孔设计，硬质塑料管21的外径与该台阶式小孔上部分的内径相等，硬质塑料管21的下端插入进液口5、出液口9中并与台阶式小孔下部分的顶端接触，硬质塑料管21的上端与硅胶软管连接，硬质塑料管21与进液口5、出液口9之间均采用无影胶水密封；在离子膜11的两端各有一个三角形缺口，在两个紧固结构下部分矩形大孔24的两侧各有一个紧固结构下部分小盲孔23；在第一离子膜固定盲孔20、离子膜固定小孔16、第二离子膜固定盲孔25之间插有小塑料圆柱；紧固结构下部分螺纹孔22与紧固结构上部分螺纹孔2是相对应的，紧固结构下部分螺纹孔22与紧固结构上部分螺纹孔2通过内六角螺丝装配在一起；紧固结构下部分小盲孔23与风冷式散热器27的装配在一起，在半导体制冷片26与陶瓷板12之间均匀涂有导热硅胶28；温度传感器31贴于陶瓷板12下表面中央位置。

在本发明中，具体装配过程实施步骤如下：将硬质塑料管21下部分外表面涂上无影胶水，插于有机玻璃板10两端的进液口5和出液口9，同时其硬质塑料管21的另一端用硅胶软管与其它部件连接；将橡胶垫3放于紧固结构下部分4中，然后依次将陶瓷板12、离子膜11、有机玻璃板10、紧固结构上部分1叠放于橡胶垫3之上；用内六角螺丝穿过紧固结构上部分螺纹孔2和紧固结构下部分螺纹孔22并旋紧，将整个分离腔固定；将半导体制冷片26的冷端涂上导热硅胶28，通过紧固结构下部分矩形打孔24贴放于陶瓷板12下表面；将半导体制冷片26的热端涂上导热硅胶28，将风冷式散热器27的顶端铜片与其贴紧，并用螺丝将风冷式散热器27通过紧固结构下部分小盲孔将其固定。

在本发明中，具体实验过程实施步骤如下：首先将分离腔和电极腔用蒸馏水冲洗5次，然后用相应的背景缓冲液、电极液冲刷分离腔和电极腔十分钟；让背景缓冲液充满整个分离腔，电极液充满电极腔；开启背景缓冲液驱动水泵，开启电极液循环泵使电极液循环；开启半导体制冷系统，开启进样泵，让样品进入分离腔；开启电极液电源，样品与背景缓冲液缓慢流过分离腔；被分离的样品，在出液口9端进入自平衡回收装置的不同回收管，从而将样品分离开来。

Claims (10)

1.一种自动散热型自由流电泳分离室装置，包括半导体制冷片（26）、风冷式散热器（27）、导热硅胶（28）、温度控制器（29）、直流电源（30）和温度传感器（31），半导体制冷片（26）、风冷式散热器（27）、导热硅胶（28）、温度控制器（29）、直流电源（30）和温度传感器（31）构成的自动散热系统，在半导体制冷片（26）与风冷式散热器（27）顶部铜片之间均匀涂有导热硅胶（28），其特征在于，还包括紧固结构上部分（1）、有机玻璃板（10）、离子膜（11）、陶瓷板（12）、橡胶垫（3）和紧固结构下部分（4），紧固结构上部分（1）、有机玻璃板（10）、离子膜（11）、陶瓷板（12）、橡胶垫（3）、紧固结构下部分（4）由上至下依次布置；紧固结构上部分（1）的边缘上有多个紧固结构上部分螺纹孔（2）；有机玻璃板（10）的两端分别有进液口（5）和出液口（9），有机玻璃板（10）的两侧分别有一个电极槽（19），在电极槽（19）的两端各有一个电极孔（6），电极孔（6）内均装有铜柱，铜柱与铂丝相连接形成电极，在电极槽（19）的两端还分别有电极液入口（7）和电极液出口（8），有机玻璃板（10）的四个角落各有一个第一离子膜固定盲孔（20）；离子膜（11）的中间挖有分离腔矩形孔（15），离子膜（11）的两侧各挖有电极腔矩形孔（14），离子膜（11）的四个角落各有一个离子膜固定小孔（16）；陶瓷板（12）的四个角落各有一个第二离子膜固定盲孔（25）；橡胶垫（3）上开有两个矩形孔；紧固结构下部分（4）的边缘有多个紧固结构下部分螺纹孔（22），在紧固结构下部分（4）的中间开有两个紧固结构下部分矩形大孔（24）。

2.根据权利要求1所述的自动散热型自由流电泳分离室装置，其特征在于，有机玻璃板（10）、离子膜（11）、陶瓷板（12）在水平面上的外围尺寸相同。

3.根据权利要求1所述的自动散热型自由流电泳分离室装置，其特征在于，还包括入口导流片（18）和出口导流片（17），入口导流片（18）和出口导流片（17）装配于有机玻璃板（10）的两端，并且入口导流片（18）、出口导流片（17）的“凹”型位置与有机玻璃板（10）两端进液口（5）与出液口（9）的下端严格对齐。

4.根据权利要求1所述的自动散热型自由流电泳分离室装置，其特征在于，有机玻璃板（10）的两端带有“凹”型槽（13）。

5.根据权利要求1所述的自动散热型自由流电泳分离室装置，其特征在于，有机玻璃板（10）两端的进液口（5）、出液口（9）均采用“台阶式”小孔设计，硬质塑料管（21）的外径与该台阶式小孔上部分的内径相等，硬质塑料管（21）的下端插入进液口（5）、出液口（9）中并与台阶式小孔下部分的顶端接触，硬质塑料管（21）的上端与硅胶软管连接，硬质塑料管（21）与进液口（5）、出液口（9）之间均采用无影胶水密封。

6.根据权利要求1所述的自动散热型自由流电泳分离室装置，其特征在于，在离子膜（11）的两端各有一个三角形缺口，在两个紧固结构下部分矩形大孔（24）的两侧各有一个紧固结构下部分小盲孔（23）。

7.根据权利要求1所述的自动散热型自由流电泳分离室装置，其特征在于，在第一离子膜固定盲孔（20）、离子膜固定小孔（16）、第二离子膜固定盲孔（25）之间插有小塑料圆柱。

8.根据权利要求1所述的自动散热型自由流电泳分离室装置，其特征在于，紧固结构下部分螺纹孔（22）与紧固结构上部分螺纹孔（2）是相对应的，紧固结构下部分螺纹孔（22）与紧固结构上部分螺纹孔（2）通过内六角螺丝装配在一起。

9.根据权利要求6所述的自动散热型自由流电泳分离室装置，其特征在于，紧固结构下部分小盲孔（23）与风冷式散热器（27）的装配在一起，在半导体制冷片（26）与陶瓷板（12）之间均匀涂有导热硅胶（28）。

10.根据权利要求6所述的自动散热型自由流电泳分离室装置，其特征在于，温度传感器（31）贴于陶瓷板（12）下表面中央位置。

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