CN103592264A - 在线毛细管电泳及检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种电泳法技术领域的在线毛细管电泳及检测装置，包括：产生供检测用光学波长的光源、第一光学系统、存放被分离样品的毛细管、电泳托架、第二光学系统和图像传感器，其中：毛细管定位于电泳托架，毛细管的一侧为光源和第一光学系统，另一侧为第二光学系统及与其相连的图像传感器，第一光学系统将光源产生的光波场进行整形作为毛细管中蛋白质或大分子检测用的入射光波，第二光学系统将毛细管及其中被分离的大分子或蛋白质的影像映射到图像传感器，该图像传感器将前述的影像进行检测并转换为电信号。本发明能够通过凝胶电泳方式在线分离大分子蛋白并同时快速检测被分离后的蛋白大分子相对含量，简化测试过程、快速、准确。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种电泳法技术领域的装置，具体是一种在线毛细管电泳及检测装置。
背景技术
毛细管电泳（Capillary electrophoresis,CE）是离子或荷电离子（如大分子蛋白质）在外加电场的驱动下，在毛细管中根据其淌度/分配系数的差异得到高效、快速分离的一种方法。作为一种微分离分析技术，CE结合了传统电泳技术和微柱分离技术的优势，具有分辨率高，灵敏度高，快速高通量和低样品消耗的特点。近年来CE已经在生化分析领域得到了广泛的应用。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102879361，公开日2013-01-16，记载了一种检测系统。毛细管电泳成像检测系统，包括毛细管电泳芯片、光源、光电检测器，光电检测器的信号输出端连接微型处理器系统，光电检测器包括CCD图像传感器，CCD图像传感器的信号输出端连接微型处理器系统。DNA样品从毛细管电泳芯片的起点进入，DNA样品中含有荧光物质。但该现有技术与本发明相比的缺陷及不足在于，该技术采用了一种时间分辨的检测技术，其使用三个分离的单独检测单元，只能在同一时刻分辨一个空间位置的电泳信号。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种在线毛细管电泳及检测装置，能够通过凝胶电泳方式在线分离大分子蛋白并同时快速检测被分离后的蛋白大分子相对含量，简化测试过程、快速、准确。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：产生供检测用光学波长的光源、第一光学系统、存放被分离样品的毛细管、电泳托架、第二光学系统和图像传感器，其中：毛细管定位于电泳托架，毛细管的一侧为光源和第一光学系统，另一侧为第二光学系统及与其相连的图像传感器，第一光学系统将光源产生的光波场进行整形作为毛细管中蛋白质或大分子检测用的入射光波，第二光学系统将毛细管及其中被分离的大分子或蛋白质的影像映射到图像传感器，该图像传感器将前述的影像进行检测并转换为电信号。
所述的电泳托架包括：放置台、两个存放电泳缓冲液的缓冲池、支撑结构和绝缘调整结构，其中：放置台的中部开设一个狭缝将用于检测的入射光波限制为毛细管被检测区域的形状，放置台设置于两个缓冲池之间，两个缓冲池的相对内侧分别开设位置相对应的第一凹槽，使得毛细管放置于放置台时两侧浸没于两边缓冲池的缓冲液中，相对外侧分别设有一个电极端子，放置台和两个缓冲池均设置于支撑结构上，两个缓冲池均的底部设绝缘调整结构。
所述的绝缘调整结构的两侧开设第二凹槽，第二凹槽上设有定位件。
所述的放置台的底部两侧为设有第三凹槽的平板结构，平板结构的高度与绝缘调整结构相同，第三凹槽上设有定位件。
所述的毛细管的外壁为于可见光或紫外光下透明，内部管道存放被分离物。
技术效果
与现有技术相比，本发明使用的图像传感器为传感器阵列，在同一时刻获取全部分离点的位置并计算其相对分离前的浓度。本发明实现包括蛋白质等大分子在线分离和快速光度检测的功能，并且在保证满足测试灵敏度的基础上具有快速、简便的优点。同时克服现有毛细管电泳设备价格昂贵，在实际医疗、生化检测中普及不足的限制，同时采用大视场检测，克服了共焦扫描检测速度低的不足。
附图说明
图1为本发明结构图；
图2为光路原理图；
图3为电泳托架的结构图；
图4为毛细管的结构图；
图5为实施例1对电泳分离后的毛细管进行测试得到的二维全视场图像；
图6为计算的蛋白相对含量图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，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1
如图1、图2所示，本实施例包括：产生供检测用光学波长的光源101、第一光学系统102、存放被分离样品的毛细管103、电泳托架104、第二光学系统105和图像传感器106，其中：毛细管103定位于电泳托架104，毛细管103的一侧为光源101和第一光学系统102，另一侧为第二光学系统105及与其相连的图像传感器106，第一光学系统102将光源101产生的光波场进行整形作为毛细管103中蛋白质或大分子检测用的入射光波，第二光学系统105将毛细管103及其中被分离的大分子或蛋白质的影像映射到图像传感器106，该图像传感器106将前述的影像进行检测并转换为电信号。
如图3所示，所述的电泳托架104包括：放置台1041、两个存放电泳缓冲液的缓冲池1042、支撑结构1043和绝缘调整结构1044，其中：放置台1041的中部开设一个狭缝将用于检测的入射光波限制为毛细管103被检测区域的形状，放置台1041设置于两个缓冲池1042之间，两个缓冲池1042的相对内侧分别开设位置相对应的第一凹槽1046，使得毛细管103放置于放置台1041时两侧浸没于两边缓冲池1042的缓冲液中，相对外侧分别设有一个电极端子1045，放置台1041和两个缓冲池1042均设置于支撑结构1043上，两个缓冲池1042均的底部设绝缘调整结构1044。绝缘调整结构1044将在线电泳使用的高电压与设备结构进行隔离的绝缘结构，同时提供将缓冲池1042和放置台1041进行对准的移动结构。
所述的绝缘调整结构1044的两侧开设第二凹槽1047，第二凹槽1047上设有定位件。
所述的放置台1041的底部两侧为设有第三凹槽1048的平板结构，平板结构的高度与绝缘调整结构1044相同，第三凹槽1048上设有定位件。
本实施例中的定位件使用螺栓。
光源101可使用如激光或者通过使用如氙灯、汞灯等宽光谱光源再加入波长过滤器件获得。从光源101发出的一定波长的光波，经过第一光学系统102整形，成为平行光束。该光束可以作为对某种蛋白或大分子检测用的入射光波。
另一方面，放置在毛细管103中的被分离和检测物质在外加电场的作用下发生运动，同种类的分子发生凝聚，不同种类分子的凝聚位置处于毛细管103沿轴线的不同位置。这个过程一般被称为电泳过程。当电泳结束后，毛细管103轴线上不同位置聚集的分子数量标志了电泳前该种类物质的浓度和含量。
将电泳后的毛细管103置于前面提及的入射光波中，毛细管103的另外一侧的透过的光透过比率与该位置所聚集的物质的浓度有关，透过第二光学系统105聚焦成像在图像传感器106表面。图像传感器106再将透过光强度转换为电信号，被专用软件提取和处理，最终计算得到毛细管103中各种被检测物质的原始浓度或含量。
如图4所示，所述的毛细管103的外壁1031为于可见光或紫外光下透明，推荐选用石英玻璃管；内部管道1032存放被分离物。虽然图4所表示的毛细管103的截面为圆形，但根据实际测试需要，本设备并不限定使用的电泳玻璃管的截面形状。
本发明的所涉及的系统在进行电泳信号的测试时的另一个主要步骤是，在设定好图像拾取的参数后，在进行电泳分离操作之前，先拍摄一张分离之前的电泳玻璃管图像作为比对图像。在电泳操作结束后，再在同一位置，同样的拍摄参数下拾取第二张电泳后的玻璃管照片。计算机软件的操作是将电泳后的玻璃管图像与电泳前的玻璃管图像进行相减操作，从而计算得到被分离的物质所在的位置和浓度。
本实施例使用的图像传感器106为传感器阵列，在同一时刻获取全部分离点的位置并计算其相对分离前的浓度。
本实施例是对于人体血液中的某种血红蛋白进行分离和检测。这种血红蛋白在人体血液中的相对含量可以表征人体血糖的水平，是评价测试者的血糖水平是否超出正常范围的关键指标，称为糖化血红蛋白。
下面阐述通过本发明的设备用电泳方式对人全血蛋白进行电泳分离并分析其中的糖化血红蛋白含量的操作流程。
首先在图3所示的在线电泳池的缓冲池1042中充满缓冲液，并将加注被分离样品的毛细管103放置在电泳托架104的第一凹槽1046处，使电泳管浸没在两侧缓冲池1042的缓冲液中；之后将高压电源接到缓冲池1042的电极端子1045位置；再在与设备连接的计算机上运行控制测试程序软件；此时在操作界面中可以实时看到通过面阵图像传感器106采集到的毛细管103图像；调节与图像传感器106连接的第二光学系统105的焦距和光圈，直到获得满意的对比度图像，注意调节之后在整个测试过程中不能再进行调节，以避免由于镜头光通量的改变造成的测试误差；在控制界面中首先获取第1幅测试图像作为电泳分离前的比对图像；用控制软件设置开始电泳并同时记录开始时间，根据糖化血红蛋白的电泳特性，设置电泳电压为600V，电泳时间为300秒；电泳计时结束后，设备自动采集第2幅毛细管103图像，如图5所示；电泳结束后，计算机对前后采集的两幅毛细管103图像进行比对和运算，并给出测试结果，如图6所示。图6中水平坐标为以毛细管103一端为原点的距离，以毫米为单位，垂直坐标为不同距离处被分离蛋白质的吸光度数据。
Claims (4)
1.一种在线毛细管电泳及检测装置，其特征在于，包括：产生供检测用光学波长的光源、第一光学系统、存放被分离样品的毛细管、电泳托架、第二光学系统和图像传感器，其中：毛细管定位于电泳托架，毛细管的一侧为光源和第一光学系统，另一侧为第二光学系统及与其相连的图像传感器，第一光学系统将光源产生的光波场进行整形作为毛细管中蛋白质或大分子检测用的入射光波，第二光学系统将毛细管及其中被分离的大分子或蛋白质的影像映射到图像传感器，该图像传感器将前述的影像进行检测并转换为电信号；
所述的电泳托架包括：放置台、两个存放电泳缓冲液的缓冲池、支撑结构和绝缘调整结构，其中：放置台的中部开设一个狭缝将用于检测的入射光波限制为毛细管被检测区域的形状，放置台设置于两个缓冲池之间，两个缓冲池的相对内侧分别开设位置相对应的第一凹槽，使得毛细管放置于放置台时两侧浸没于两边缓冲池的缓冲液中，相对外侧分别设有一个电极端子，放置台和两个缓冲池均设置于支撑结构上，两个缓冲池均的底部设绝缘调整结构。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的绝缘调整结构的两侧开设第二凹槽，第二凹槽上设有定位件。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征是，所述的放置台的底部两侧为设有第三凹槽的平板结构，平板结构的高度与绝缘调整结构相同，第三凹槽上设有定位件。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征是，所述的毛细管的外壁为于可见光或紫外光下透明，内部管道存放被分离物。
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