CN106999797A - 用于分离分子的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开用于全柱成像检测(WCID)毛细管等电聚焦(CIEF)的设备和方法。设备包括具有分离内径和分离外径的分离毛细管；基座，其中分离毛细管附接到基座；具有入口内径和入口外径的入口传送毛细管；以及具有出口内径和出口外径的出口传送毛细管。入口传送毛细管、分离毛细管和出口传送毛细管经配置彼此流体连通。分离内径大于出口内径。

Description

用于分离分子的设备和方法
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2014年12月5日提交的名称为“用于全柱成像检测毛细管等电聚焦的设备和方法(Apparatus and Method for Whole Column Imaging DetectionCapillary Isoelectric Focusing)”的美国临时申请No.62088353的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体涉及用于分离诸如蛋白质或其他两性生物分子的分子的毛细管等电聚焦的技术领域，并且更具体地涉及用于全柱成像检测(WCID)毛细管等电聚焦(CIEF)的设备和方法。
背景技术
蛋白质和其他两性生物分子的分离和表征在生命科学研究和工业中是重要的。等电聚焦(IEF)是高分辨率和高浓度分离技术。IEF基于蛋白质和其他生物分子的表面电荷分离蛋白质和其他生物分子。在IEF中，两性化合物在电场下沿着载体两性电解质混合物产生的pH梯度迁移，直到它们的表面净电荷接近于零，并聚焦到局部pH等于它们的等电点(pI)的区带中。IEF用于蛋白质分离并且用作二维复合蛋白质分离的第一维。例如，IEF结合十二烷基硫酸钠(SDS)凝胶电泳(分离机制基于其分子量)，称为二维凝胶电泳(2-DE)，已被用于蛋白质组学中的蛋白质分离和定量。结合两种正交分离技术的二维凝胶电泳(2-DE)增加了复合生物分子的分离分辨率。然而，通常在聚丙烯酰胺板凝胶中实行2-DE，这是劳动密集、耗时且难以重现的。
基于全柱成像检测(WCID)的毛细管等电聚焦(CIEF)有助于将等电聚焦从传统的劳动密集且耗时的板凝胶形式演变为自动和高通量的自由溶液毛细管形式。根据检测方案，存在两种CIEF技术。当在接近分离毛细管的一个末端的点处检测时，其是单点检测(SPD)。当在全部的分离毛细管上检测时，其是WCID。毛细管等电聚焦(CIEF)在单点检测(SPD)中分两步进行。首先，在整个分离毛细管长度中注入蛋白质和载体两性电解质混合物。将分离毛细管的一个端部和高压电源的阳极浸入装注有酸性溶液的小瓶中，并且将分离毛细管的另一个端部和阴极浸入装注有碱溶液的小瓶中。在该第一聚焦步骤中，分离并聚焦两性分子。然后，在聚焦完成后，使聚焦的稳定的两性分子转移以通过检测点进行检测。可以通过向电解液小瓶施加压力或通过改变阳极电解液或阴极电解液来实现转移。将阳极电解液改变为非纯酸性溶液将引起聚焦的区带朝向阳极迁移，并且将阴极电解液改变为非纯碱溶液将引起聚焦的区带朝向阴极迁移。然而，在利用SPD的常规CIEF中，转移步骤经常在聚焦步骤中干扰建立的pH梯度。另外，利用慢转移和较小的内径毛细管以最小化在聚焦步骤中实现的分辨率的损失，这降低了分析通量和光学检测灵敏度。
与SPD CIEF相比，WCID CIEF简化了方法开发，并且提高了分析通量，而无需转移。然而，目前WCID CIEF不可以通过将分离的蛋白质洗脱直接引入诸如质谱(MS)的分析工具提供直接异构蛋白质峰表征。另外，可用的膜毛细管的内径(id)限制了分离毛细管的选择。这些缺点限制了WCID CIEF在蛋白质分离和定量中的更广泛的应用，并且妨碍其在蛋白质组学中的应用。
UV吸收检测器通常在WCID CIEF中作为检测装置使用。UV吸收检测器的灵敏度与检测波长处的样品吸光度和光路长度成正比。通常在280nm进行检测，其中蛋白质或其他生物两性分子具有相对弱的吸收性。由于检测灵敏度低，常规的WCID CIEF需要高的样品浓度。高蛋白质样品浓度不仅会导致更多的样品消耗，而且会导致更快速的蛋白质沉淀。
发明内容
本公开描述用于执行化学和生物分子分离的设备和方法。在一个方面，本公开提供用于执行全柱成像检测(WCID)毛细管等电聚焦(CIEF)的设备和方法。在一个实施例中，本公开提供用于分离混合物的设备。该设备包括具有分离内径和分离外径的分离毛细管；基座，其中将分离毛细管附接到基座；具有入口内径和入口外径的入口传送毛细管；以及具有出口内径和出口外径的出口传送毛细管。入口传送毛细管、分离毛细管和出口传送毛细管经配置彼此流体连通。分离内径大于出口内径。
分离毛细管可以包括多孔材料。在一个实施例中，分离毛细管包括熔融二氧化硅。分离毛细管可以包括涂层。例如，分离毛细管可以包括具有涂层的熔融二氧化硅。涂层可以是疏水的或亲水的。
分离内径可以大于入口内径。在一些实施例中，分离内径可以是入口内径的至少两倍、至少三倍或至少四倍。分离内径可以约等于或大于入口外径。例如，分离内径可以是入口外径的至少两倍或至少三倍。
分离内径可以大于出口内径。例如，分离内径是出口内径的至少两倍、至少三倍、至少四倍或至少五倍。分离内径可以约等于或大于出口外径。例如，分离内径可以是出口外径的至少两倍、至少三倍或至少四倍。
可以将入口传送毛细管连接到分离毛细管的第一端部以提供入口连接。例如，可以将入口传送毛细管插入分离毛细管的第一端部中。将出口传送毛细管连接到分离毛细管的第二端部以提供出口连接。例如，可以将出口传送毛细管插入分离毛细管的第二端部中。可以用海绵材料独立地填充入口连接和出口连接。海绵材料可以是导电的、离子传导的或两者。海绵材料可以包括聚合物材料。海绵材料可以在原位形成。可以用诸如环氧胶的粘合剂独立地稳定入口连接和出口连接。
设备可以进一步包括用于容纳第一电解液的第一储液器和用于容纳第二电解液的第二储液器。第一储液器可以与入口连接流体连通。第二储液器可以与出口连接流体连通。
设备可以进一步包括第一电极和第二电极。第一电极经配置与第一电解液电连通。第二电极经配置与第二电解液电连通。
设备可以进一步包括电源，所述电源经配置与第一电极和第二电极电连通，因此经配置在分离毛细管两端提供电压。
可以将分离毛细管、第一储液器和第二储液器粘附到基座以提供盒。基座可以采取板的形状。基座可以由包括陶瓷、玻璃、聚合物、塑料、金属或它们的组合的材料制成。可以将分离毛细管粘合到基座上。
出口传送毛细管可以与分析仪器、分离装置或它们的组合流体连通。分析仪器可以包括MS、IR、UV、拉曼光谱仪或它们的组合。分离装置可以包括蛋白质分级装置。
在另一方面，本公开提供包括上述设备并且进一步包括图像传感器的系统。成像传感器可以包括线性电荷耦合装置、线性互补金属氧化物半导体传感器或两者。成像传感器可以经配置与图像分析装置进行电子通信。系统可以进一步包括与入口传送毛细管流体连通的样品注射装置和/或与出口传送毛细管流体连通的分析仪器。
可以由计算机化处理器独立地或集中控制图像分析装置、样品注射装置和通信装置。替代地或另外，也可以由计算机化处理器独立地或集中控制电源、分离装置和分析仪器。
从以下结合附图对其优选实施例的详细描述，本公开的目的和优点将变得显而易见。
附图说明
现在将参照附图描述根据本公开的实施例，其中类似的参考标号表示类似的元件。
图1示出根据本公开的一个实施例的用于高灵敏度UV吸收WCID的示例设备的示意图。
图2示出图1的放大的分离毛细管连接区域。
图3示出示例WCID CIEF的检测灵敏度，其中分离毛细管分别具有100μm和200μm的内径。
图4示出在具有内径为200μm的分离毛细管的示例WCID CIEF内的聚焦的蛋白质峰朝向用于ESI MS的具有内径为50μm的出口传送毛细管的移动。
图5示出具有ESI-MS的WCID CIEF的示例设备。
具体实施方式
通过参考本公开的某些实施例的以下详细描述可以更容易地理解本公开。
贯穿本申请，在引用出版物的情况下，这些出版物的公开内容通过引用整体并入本申请中，以更全面地描述本公开所涉及的现有技术。
本公开提供具有克服与传统等电聚焦技术相关联的缺点的优点的分离设备和方法。
在一方面，提供用于分离混合物的设备。混合物可以是诸如蛋白质分子的两性生物分子的混合物。示例蛋白质分子可以包括但不限于抗体或酶。设备包括具有分离内径和分离外径的分离毛细管；基座，其中将分离毛细管附接到基座；具有入口内径和入口外径的入口传送毛细管；以及具有出口内径和出口外径的出口传送毛细管。入口传送毛细管、分离毛细管和出口传送毛细管经配置彼此流体连通。分离内径大于出口内径。
分离毛细管可以具有大于30mm、50mm、100mm或200mm的长度。在一个实施例中，分离毛细管可以具有约10mm至约500mm、约50mm至约300mm或约100mm至约200mm的长度。在一个示例中，分离毛细管具有约53mm的长度。
分离毛细管包括多孔材料。在一个实施例中，分离毛细管包括熔融二氧化硅。分离毛细管可以具有涂层。在一个实施例中，分离毛细管包括具有涂层的熔融二氧化硅。涂层可以是疏水的或亲水的。示例涂层包含但不限于碳氟化合物、聚丙烯酰胺、二甲基硅氧烷或它们的组合。涂层可以是分子层涂层、粘结涂层或接枝到毛细管内表面的涂层。在一个实施例中，涂层基本上不含甲基纤维素添加剂。
涂层可以具有不大于0.5μm的厚度。在一些实施例中，涂层可以具有约0.01μm至约1μm的厚度或约0.05μm至约0.2μm的厚度。在一个示例中，涂层可以具有约0.1μm的厚度。
分离内径可以为至少约30μm或至多约1000μm。在一些实施例中，分离内径可以为约50μm至约400μm或约100μm至约300μm。在一个实施例中，分离内径可以为约100μm。在另一实施例中，分离内径可以为约200μm。
分离外径可以为至少50μm或至多为2000μm。在一些实施例中，分离外径可以为约100μm至约600μm，约200μm至约500μm或约300μm至约400μm。在一个实施例中，分离外径为约200μm至1000μm。
分离内径可以大于入口内径。例如，分离内径可以是入口内径的至少两倍、至少三倍、至少四倍。分离内径可以约等于或大于入口外径。例如，分离内径可以是入口外径的至少两倍或至少三倍。
入口内径可以为至少10μm或至多500μm。在一些实施例中，入口内径可以为约20μm至约200μm或约50μm至约150μm。例如，入口内径为约100μm至800μm。入口外径可以为至少30μm或至多500μm。在一些实施例中，入口外径为约30μm至300μm或50μm至200μm。在一个示例中，入口外径为约100μm至800μm。
入口传送毛细管可以具有大于约30mm或约100mm的长度。在一个实施例中，入口传送毛细管可以具有约100mm至约300mm的长度。例如，入口传送毛细管具有约10mm至500mm的长度。
分离内径可以大于出口内径。在一些实施例中，分离内径可以是出口内径的至少两倍、至少三倍、至少四倍或至少五倍。分离内径可以约等于或大于出口外径。在一些实施例中，分离内径是出口外径的至少两倍、至少三倍或至少四倍。
出口内径可以为至少10μm或至多500μm。在一些实施例中，出口内径为约30μm至约200μm、约50μm至约100μm或约30μm至250μm。在一个示例中，出口内径为约30μm至100μm。出口外径可以为至少30μm或至多500μm。在一些实施例中，出口外径为约30μm至300μm或约50μm至约200μm。在一个示例中，出口外径为约100μm至400μm。
在一些实施例中，出口传送毛细管具有大于30mm、50mm、100mm、200mm、300mm或400mm的长度。在一些实施例中，出口传送毛细管具有约30mm至约600mm或约100mm至约600mm的长度。在一个示例中，出口传送毛细管具有约10mm至1000mm的长度。
分离毛细管的长度可以等于、长于、短于出口传送毛细管的长度。在一些实施例中，出口传送毛细管的长度约等于、至少两倍于、至少三倍于或至少四倍于分离毛细管的长度。
可以将入口传送毛细管连接到分离毛细管的一个端部以提供入口连接。在一个示例中，可以将入口传送毛细管插入分离毛细管中以提供零死体积入口连接。可以将出口传送毛细管连接到分离毛细管的另一端部以提供出口连接。例如，可以将出口传送毛细管插入分离毛细管中以提供零死体积出口连接。
可以用海绵材料独立地填充入口连接和出口连接。海绵材料可以包括聚合物材料，包括但不限于纤维素、乙酸纤维素、多孔玻璃料、铜铵RC或它们的组合。例如通过使碱性溶液与乙酸纤维素凝胶接触以提供再生纤维素海绵，可以在原位形成海绵材料。
可以用粘合剂独立地稳定入口连接和出口连接。在一个示例中，粘合剂可以是环氧胶。
设备可以进一步包括用于容纳第一电解液的第一储液器。第一储液器可以与入口连接流体连通。设备还可以包括经配置与第一电解液电连通的第一电极。设备可以进一步包括用于容纳第二电解液的第二储液器。第二储液器可以与出口连接流体连通。设备还可以包括经配置与第二电解液电连通的第二电极。第一电解液和第二电解液可以独立地是酸性或碱性溶液。示例酸性溶液包括但不限于乙酸溶液。示例碱性溶液包括但不限于铵溶液。
在一个实施例中，可以在入口连接和出口连接上构造储液器。例如，第一储液器可以是装注有酸性溶液的阴离子储液器，并且例如，第二储液器可以是装注有碱性溶液的阴极储液器。入口连接和出口连接处的海绵材料可以是离子传导的、导电的或两者，因此允许分离毛细管和电解液之间的电连接，同时限制分离毛细管和电解液储液器之间的总体流动。在入口连接和出口连接都浸入它们相应的电解液储液器中的情况下，当电压施加到第一电解液储液器内部的第一电极和第二电解液储液器内部的第二电极时，可以在分离毛细管内部实现聚焦蛋白质。可以用诸如线性电荷耦合装置(CCD)或线性互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的成像传感器监测分离毛细管。
基座可以由诸如陶瓷、玻璃、聚合物、塑料、金属或它们的组合的材料制成。可以将分离毛细管粘合到基座上。在一个示例中，基座可以包括光学孔，并且分离毛细管可以与光学孔对准以允许观测分离毛细管。也可以将第一储液器或第二储液器粘附到基座以提供盒。
出口传送毛细管可以与分析仪器、分离装置或它们的组合流体连通。示例分离装置可以包括蛋白质分级装置或在线酶消化装置。示例分析仪器可以包括但不限于MS(例如，包括ESI MS或MALDI MS)、IR、UV、拉曼光谱仪或它们的组合。所公开技术的优点中的一个是可以将设备耦合到质谱(MS)。
在另一方面，本公开提供用于分离混合物的系统。系统包括如上所述的设备和成像传感器。成像传感器经配置监测分离毛细管。成像传感器可以包括但不限于线性电荷耦合装置或线性互补金属氧化物半导体传感器。成像传感器可以经配置与图像分析装置进行电子通信。
系统可以进一步包括与入口传送毛细管流体连通的样品注射装置、与出口传送毛细管流体连通的分析仪器或两者。可以由计算机集中控制系统。例如，图像分析装置、样品注射装置和通信装置可以经配置与中央处理器进行电子通信。
在另一方面，本公开提供使用该设备和系统的方法。在一个实施例中，方法包括以下步骤：将第一电解液置于第一储液器中，将第二电解液置于第二储液器中，将混合物加载到分离毛细管中，以及在第一电极和第二电极上施加电压。混合物可以是需要分离的任何混合物，包括蛋白质混合物或其他两性生物分子混合物。方法可以进一步包括用图像传感器监测分离毛细管、分析来自图像传感器的数据、将分离的样品移动到诸如MS的分析仪器中进行分析或表征、使用分级装置收集分离的样品，或者包括这些步骤的任何组合。
在另一方面，本公开提供用于制造该设备和系统的方法。在一个实施例中，方法包括将分离毛细管粘附在基座上、将入口传送毛细管连接到分离毛细管的一个端部以提供入口连接，以及将出口传送毛细管连接到分离毛细管的另一端部以提供出口连接。入口传送毛细管、分离毛细管和出口传送毛细管经配置彼此流体连通。方法可以进一步包括在入口连接处、出口连接处或两者处原位形成海绵膜、用粘合剂密封出口连接、用粘合剂密封入口连接、在入口连接上构造第一储液器或在出口连接上构造第二储液器。可以以任何组合和以任何组合的顺序执行步骤。
在一个示例中，设备是盒的形式，以有助于电连接、光学对准、温度控制、毛细管处理和光学成像检测。图1示出设备101的一个实施例。将具有长度为55mm、内径为200μm和外径为350μm的熔融二氧化硅的分离毛细管105粘合到基座110，基座110包括一块陶瓷的、玻璃或塑料板。分离毛细管105与基座110的光学孔对准并且粘合到基座110。至少部分地由于陶瓷板的物理强度、良好的导热性和更大的表面积，使用陶瓷板的优点中的一个在于为分离毛细管105提供支撑和热沉。将约150mm长的具有约100μm内径和约180μm外径的两个毛细管插入到分离毛细管105的每个端部中约0.5mm深，分别作为入口传送毛细管115和出口传送毛细管120。将适量的丙酮中的乙酸纤维素溶液滴入连接中，使得凝胶填充并覆盖分离毛细管105的较大内径和入口传送毛细管115的较小外径之间的空间，以及分离毛细管105的较大内径和出口传送毛细管120的较小外径之间的空间。短暂干燥后，将1M氢氧化钠溶液滴在凝胶上，将乙酸纤维素转化为再生纤维素(RC)海绵125。将环氧胶130施加到连接外部的RC海绵125以防止其移动。在图2中详细示出该连接。
将圆形玻璃或塑料槽135粘合到基座110以覆盖两个连接并且作为用于电解液的储液器。当将电解液140装注到槽中时，它们通过RC海绵125与样品混合物隔离。横跨浸入在槽135中的两个电极145连接电压供应。RC海绵125的现场形成的优点包括但不限于在连接处的毛细管之间的基本上零死体积、分离毛细管和传送毛细管尺寸的多选择、独立于膜毛细管(其在常规WCID CIEF中使用)的商业可用性以及现场海绵125的期望阻挡特性的选择。虽然RC海绵125由乙酸纤维素制成，但是用于形成膜的其他技术，例如现场多孔玻璃料形成、铜铵RC和利用聚合物材料的其他膜形成可以用于相同的目的。
图3示出由于代表性设备中较大内径分离毛细管产生的检测灵敏度改善。用聚丙烯酰胺涂覆分离毛细管以最小化毛细管壁上的蛋白质吸附和电渗流。将蛋白质与4％AeslyteTM(例如，载体两性电解质)pH 3-10的载体两性电解质混合至200μL含水溶液以提供蛋白质样品混合物。离心后，将蛋白质样品混合物注射到盒的毛细管中，所述盒固定在全柱检测CIEF仪器CEInfiniteTM中。当在毛细管两端施加可编程电压时，两性分子迁移直到它们的表面电荷在局部pH等于它们的等电点的地方失去。通过分离毛细管扫描的光线和来自分离毛细管的光强度变化通过高分辨率成像透镜被收集到线性CMOS成像传感器。用CEInsight控制软件处理收集的数据，并以沿着分离毛细管的长度的吸光度显示。
本文公开的设备有若干优点。具有不同直径的毛细管可以用作分离毛细管。例如，当使用200μm内径分离毛细管时，与100μm内径分离毛细管相比，其提供100％灵敏度改善，并且与50μm内径分离毛细管相比，其提供300％灵敏度改善。在公开的WCID CIEF盒中，传送毛细管，即入口传送毛细管和出口传送毛细管比分离毛细管长得多。因此，样品混合物的大部分在入口毛细管和出口毛细管中。当使用50μm内径毛细管作为传送毛细管时，200μm内径分离毛细管的注射样品值与50μm或100μm内径分离毛细管的注射样品值约相同。另外，由于检测灵敏度改善，较大的分离毛细管中的蛋白质浓度可以较低，除其他之外，这导致诸如降低蛋白质沉淀的风险以及改善分离的优点。
盒形式的设备可以有助于电连接、光学对准、温度控制、毛细管处理和MS连接。盒的构造基本上类似于图1所示的示例设备。使用约55mm长的内径为200μm且外径为350μm的毛细管作为分离毛细管。使用约150mm长的内径为50μm且外径为180μm的毛细管作为入口传送毛细管。使用约750mm长的内径为50μm且外径为180μm的毛细管作为出口传送毛细管。将蛋白质与0.5％、pH 6-9的AeslyteTM载体两性电解质含水溶液混合以提供蛋白质样品混合物，将该蛋白质样品混合物注射到分离毛细管中。将2％乙酸作为阳极电解液装注到阳极储液器中，并且将2％乙二胺作为阴极电解液装注到阴极储液器中。电压电源连接各自浸入储液器中的两个电极。在蛋白质样品注射后将入口传送毛细管连接到Harvard Apparatus注射器泵中的装注有2％乙酸的50μL注射器。将毛细管的出口端部连接到MS的ESI源。在施加电压时，两性分子迁移，直到它们的表面电荷在局部pH等于它们的等电点的地方失去。CMOS成像相机以诸如1秒至60秒的时间间隔监测分离毛细管。一旦观测到期望的蛋白质分辨率，以0.05μL/min的流速开启注射器泵。同时，调节电压使得蛋白质区带依次朝向出口传送毛细管移动，保持分离分辨率。图3示出依次从分离毛细管中移出的两个蛋白质峰。使用该盒，分离毛细管的内径是出口传送毛细管内径的约4倍。当推动1mm的蛋白质区带从分离毛细管进入出口传送毛细管中时，其长度将占据约16mm。将小区域的聚焦的蛋白质传送到长得多的区域中的过程有效地最小化了传送毛细管内分离的蛋白质的潜在再混合。分离毛细管和CIEF的电压电源形成闭路。传送毛细管与高压源有效隔离，防止施加到CIEF过程的电压对施加到ESI源的电压的干扰。这种电气隔离有助于CIEF过程与ESI过程的耦合。
压力转移可以与化学转移组合，以将聚焦的蛋白质区带推动到传送毛细管中。蛋白质聚焦后，可以将阴极电解液改变为非纯碱溶液，这将引起聚焦的蛋白质区带根据电场朝向阴极迁移。将压力转移和化学转移组合也可以将分离的蛋白质区带传送到传送毛细管中和传送到MS的ESI源。
图5示出类似于图1的示例设备的示例设备500，示例设备500进一步包括分离盒的阴极侧的第三储液器510。传送毛细管120可以通过一个膜毛细管520连接到具有相同外径(od)的另一个传送毛细管120。膜毛细管520的内径不大于传送毛细管120的内径，并且用于连接到ESI源530。向储液器510装注乙酸溶液，并且乙酸溶液将通过多孔膜毛细管520泄漏到出口传送毛细管120中。蛋白质与乙酸溶液的混合将ESI源中促进蛋白质电离。
图5所示的示例设备可以用于蛋白质分级和点样到MALDI靶板。一旦聚焦和分离蛋白质，可以以0.05-0.1μL/min的流速打开具有装注有阳极电解液的50μL注射器的注射器泵。200μm内径分离毛细管内聚焦的蛋白质区带将被连续推出50μm内径出口传送毛细管。在注射器转移期间，可以调节电场以保持分离分辨率。分离毛细管的内径与传送毛细管的内径之间的差异使分离的蛋白质异构体的再混合最小化。因此，将基本上保持在CIEF期间实现的分辨率。较长和较小的传送毛细管与分离毛细管和传送毛细管之间的电隔离组合有助于将所公开的WCID CIEF可靠地应用于诸如但不限于蛋白质分级和将分离的蛋白质洗脱点样到MALDI靶板的领域。
本公开在蛋白质和其他两性生物分子的毛细管等电聚焦分离技术领域。它可以在一般的生命科学领域中使用，例如包括细胞系选择、稳定性研究、配方研究、蛋白质异构体表征、批量释放质量控制和蛋白质组学研究。
所公开的技术有若干优点，包括但不限于：具有不同直径的分离毛细管的更多选择；较大的内径分离毛细管的检测灵敏度较高；毛细管盒的构造不受膜毛细管的商业可用性的限制；使样品携带最小化的分离毛细管和传送毛细管的零死体积连接；设备首次允许将WCID直接耦合到ESI MS、偶合到MALDI MS，以及高分辨率蛋白质分级。
虽然已经参考具体实施例描述了本公开，但是应当理解，实施例是说明性的，并且公开范围不限于此。本公开的替代实施例对于本公开所属领域的技术人员将变得显而易见。这样的替代实施例被认为包含在本公开的保护范围内。因此，本公开的保护范围由所附权利要求限定，并且由前述描述支持。
实施例仅用于说明本公开，并不旨在限制本公开的保护范围。对于技术领域的人员来说应该理解，在不脱离本公开的原理的情况下，可以进行且应该在本公开的保护下考虑某些修改和改进。

Claims (108)

1.一种用于分离混合物的设备，所述设备包括：
分离毛细管，其具有分离内径和分离外径；
基座，其中所述分离毛细管附接到所述基座；
入口传送毛细管，其具有入口内径和入口外径；以及
出口传送毛细管，其具有出口内径和出口外径，
其中所述入口传送毛细管、所述分离毛细管和所述出口传送毛细管配置成彼此流体连通；并且
其中所述分离内径大于所述出口内径。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离毛细管的长度大于50mm。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口传送毛细管的长度大于100mm。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离毛细管的长度为约10mm至约500mm。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离毛细管的长度为约50mm至约300mm。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离毛细管的长度为约100mm至约200mm。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离毛细管的长度为约53mm。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离毛细管包括多孔材料。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离毛细管包括熔融二氧化硅。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离毛细管包括具有涂层的熔融二氧化硅。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离毛细管包括涂层。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述涂层是疏水的。
13.根据权利要求10所述的设备，其中所述涂层是亲水的。
14.根据权利要求10所述的设备，其中所述涂层包含碳氟化合物、聚丙烯酰胺、二甲基硅氧烷或它们的组合。
15.根据权利要求10所述的设备，其中所述涂层包括分子层涂层。
16.根据权利要求10所述的设备，其中所述涂层基本上不含有甲基纤维素添加剂。
17.根据权利要求10所述的设备，其中所述涂层的厚度为约0.01μm至约1μm。
18.根据权利要求10所述的设备，其中所述涂层的厚度为约0.05μm至约0.2μm。
19.根据权利要求10所述的设备，其中所述涂层的厚度为约0.1μm。
20.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径为约50μm至约400μm。
21.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径为约100μm至约300μm。
22.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径为约200μm至约400μm。
23.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径为约100μm。
24.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径为约200μm。
25.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离外径为约100μm至约600μm。
26.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离外径为约200μm至约500μm。
27.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离外径为约300μm至约400μm。
28.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离外径为约200μm至1000μm。
29.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径大于所述入口内径。
30.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径为所述入口内径的至少两倍。
31.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径为所述入口内径的至少三倍。
32.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径为所述入口内径的至少四倍。
33.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径大于所述入口外径。
34.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径约等于所述入口外径。
35.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径为所述入口外径的至少两倍。
36.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径为所述入口外径的至少三倍。
37.根据权利要求1所述的设备，其中所述入口内径为约20μm至约200μm。
38.根据权利要求1所述的设备，其中所述入口内径为约50μm至约150μm。
39.根据权利要求1所述的设备，其中所述入口内径为约100μm至800μm。
40.根据权利要求1所述的设备，其中所述入口外径为约30μm至300μm。
41.根据权利要求1所述的设备，其中所述入口外径为约50μm至约200μm。
42.根据权利要求1所述的设备，其中所述入口外径为约100μm至200μm。
43.根据权利要求1所述的设备，其中所述入口传送毛细管的长度为大于约30mm。
44.根据权利要求1所述的设备，其中所述入口传送毛细管的长度为大于约100mm。
45.根据权利要求1所述的设备，其中所述入口传送毛细管的长度为约100mm至约300mm。
46.根据权利要求1所述的设备，其中所述入口传送毛细管的长度为约10mm至500mm。
47.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径大于所述出口内径。
48.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径是所述出口内径的至少两倍。
49.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径是所述出口内径的至少三倍。
50.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径是所述出口内径的至少四倍。
51.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径是所述出口内径的至少五倍。
52.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径大于所述出口外径。
53.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径约等于所述出口外径。
54.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径是所述出口外径的至少两倍。
55.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径是所述出口外径的至少三倍。
56.根据权利要求1所述的设备，其中所述分离内径是所述出口外径的至少四倍。
57.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口内径为约30μm至约200μm。
58.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口内径为约50μm至约100μm。
59.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口内径为约30μm至250μm。
60.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口内径为约30μm至200μm。
61.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口外径为约30μm至300μm。
62.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口外径为约50μm至约200μm。
63.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口外径为约100μm至400μm。
64.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口传送毛细管的长度大于30mm。
65.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口传送毛细管的长度大于400mm。
66.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口传送毛细管的长度为约30mm至约600mm。
67.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口传送毛细管的长度为约100mm至约600mm。
68.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口传送毛细管的长度为约10mm至500mm。
69.根据权利要求1所述的设备，其中将所述入口传送毛细管连接到所述分离毛细管的第一端部以提供入口连接。
70.根据权利要求69所述的设备，其中所述入口连接具有零死体积。
71.根据权利要求69所述的设备，其中将所述出口传送毛细管连接到所述分离毛细管的第二端部以提供出口连接，并且其中所述第一端部与所述第二端部相对。
72.根据权利要求71所述的设备，其中所述出口连接具有零死体积。
73.根据权利要求71所述的设备，其中所述入口连接和所述出口连接独立地填充有海绵材料。
74.根据权利要求73所述的设备，其中所述海绵材料包括聚合物材料。
75.根据权利要求74所述的设备，其中所述海绵材料包括纤维素、乙酸纤维素、多孔玻璃料、铜铵RC或它们的组合。
76.根据权利要求73所述的设备，其中所述海绵材料在原位形成。
77.根据权利要求76所述的设备，其中通过使碱性溶液与乙酸纤维素凝胶接触以提供再生的纤维素海绵，原位形成所述海绵材料。
78.根据权利要求71所述的设备，其中用粘合剂独立地稳定所述入口连接和所述出口连接。
79.根据权利要求78所述的设备，其中所述粘合剂包括环氧胶。
80.根据权利要求71所述的设备，其进一步包括用于容纳第一电解液的第一储液器，其中所述第一储液器与所述入口连接流体连通。
81.根据权利要求80所述的设备，其中所述第一储液器是槽。
82.根据权利要求80所述的设备，其中将所述第一储液器附接到所述基座。
83.根据权利要求80所述的设备，其进一步包括第一电极，其中所述第一电极经配置与所述第一电解液电连通。
84.根据权利要求80所述的设备，其进一步包括用于容纳第二电解液的第二储液器，其中所述第二储液器与所述出口连接流体连通。
85.根据权利要求84所述的设备，其中所述第二储液器是槽。
86.根据权利要求84所述的设备，其中将所述第二储液器附接到所述基座。
87.根据权利要求84所述的设备，其进一步包括第二电极，其中所述第二电极经配置与所述第二电解液电连通。
88.根据权利要求87所述的设备，其进一步包括电压电源，其中所述电压电源经配置与所述第一电极和所述第二电极电连通，并且其中所述分离毛细管和所述电压电源经配置形成闭路。
89.根据权利要求1所述的设备，其中所述基座包括陶瓷、玻璃、聚合物、塑料、金属或它们的组合。
90.根据权利要求1所述的设备，其中将所述分离毛细管粘合到所述基座上。
91.根据权利要求1所述的设备，其中所述基座包括光学孔，并且其中所述分离毛细管与所述光学孔对准。
92.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备是盒。
93.根据权利要求1所述的设备，其中所述出口传送毛细管与分析仪器、分离装置或它们的组合流体连通。
94.根据权利要求93所述的设备，其中所述分析仪器包括MS、I R、UV、拉曼光谱仪或它们的组合。
95.根据权利要求93所述的设备，其中所述分离装置是蛋白质分级装置。
96.一种用于分离混合物的系统，所述系统包括，
根据权利要求1所述的设备，以及
成像传感器，其中所述成像传感器经配置监测所述分离毛细管。
97.根据权利要求96所述的系统，其中所述成像传感器包括线性电荷耦合装置或线性互补金属氧化物半导体传感器。
98.根据权利要求96所述的系统，其中所述成像传感器经配置与图像分析装置进行电子通信。
99.根据权利要求98所述的系统，其进一步包括与所述入口传送毛细管流体连通的样品注射装置。
100.根据权利要求99所述的系统，其进一步包括与所述出口传送毛细管流体连通的分析仪器。
101.根据权利要求100所述的系统，其中所述图像分析装置、所述样品注射装置和所述通信装置配置成与中央处理器进行电子通信。
102.一种用于分离混合物的系统，所述系统包括根据权利要求84所述的设备，其中所述第一储液器包括所述第一电解液，并且所述第二储液器包括所述第二电解液。
103.一种用于制造用于分离混合物的设备的方法，所述方法包括，
将分离毛细管粘附到基座上，其中所述分离毛细管具有第一端部和第二端部，并且其中所述分离毛细管具有分离内径和分离外径；
将具有入口内径和入口外径的入口传送毛细管连接到所述第一端部以提供入口连接；以及
将具有出口内径和出口外径的出口传送毛细管连接到所述第二端部以提供出口连接，
其中所述入口传送毛细管、所述分离毛细管和所述出口传送毛细管经配置彼此流体连通；以及
其中所述分离内径大于所述出口内径。
104.根据权利要求103所述的方法，其进一步包括在所述入口连接处原位形成海绵膜。
105.根据权利要求103所述的方法，其进一步包括在所述出口连接处原位形成海绵膜。
106.根据权利要求104所述的方法，其进一步包括在所述入口连接上构造第一储液器。
107.根据权利要求105所述的方法，其进一步包括在所述出口连接上构造第二储液器。
108.一种使用根据权利要求88所述的设备的方法，所述方法包括：
将所述第一电解液置于所述第一储液器中，
将所述第二电解液置于所述第二储液器中，
将混合物加载到所述分离毛细管中，以及
在所述第一电极和所述第二电极上施加电压。
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