CN108593748A - 毛细管及dna测序仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种毛细管及DNA测序仪，应用于DNA测序仪的毛细管包括第一子管和第二子管，第一子管与第二子管固定连接；第一子管的内径大于第二子管的内径。该变径结构的毛细管，在不影响其他器件和展宽的情况下，增加了大分子量样品的进样量，降低了不同分子量的样品的进样量差异，有利于大分子量样品的检出，从而提高了检测结果的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及生化设备技术领域，尤其是涉及一种毛细管及DNA测序仪。
背景技术
当前，DNA(deoxyribonucleic acid，脱氧核糖核酸)测序仪通常采用毛细管电泳技术来分离不同分子量的核酸分子，在毛细管电泳过程中，一般通过电动进样，如在毛细管的两端之间加上高压电场，即靠近样品溶液的端口和远离样品溶液的端口之间加上高压电场，让样品在电场作用下进入毛细管。
在电动进样中物质的进样量na可表示为：
na＝(μa+μEOF)r2πUinjtinjCa/L，
其中μa为物质的电泳迁移率，μEOF为电渗流的迁移率，r为毛细管的内半径，L为毛细管总长，Uinj为进样电压，tinj为进样时间，Ca为物质的摩尔浓度。
上述进样电压过大会造成电流增大，发热增大，而样品溶液体积有限，散热效果差，发热会造成样品损坏，因此进样电压不能过大。在进样电压和进样时间一定的情况下，由于毛细管较细(统一内径为50μm左右)，不同分子量的样品进入的机会会被毛细管内径所局限，因为在电场的迁移率μa上的优势，小分子量样本进入毛细管的样品数会大于大分子量样品。这样会对后续的电泳过程造成影响，即大分子量样品进入电泳过程的数量相较会少，对应的在检测过程中大分子量样品所带荧光被激发后，发出的荧光信号会变低，不利于大分子量样品的检出，从而影响检测结果的准确度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种毛细管及DNA测序仪，以降低不同分子量的样品的进样量差异，从而提高检测结果的准确度。
第一方面，本发明实施例提供了一种毛细管，应用于DNA测序仪，所述毛细管包括第一子管和第二子管，所述第一子管与所述第二子管固定连接；
所述第一子管的内径大于所述第二子管的内径。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一子管的内径为75-95μm。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第二子管的内径为45μm。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第一子管的长度为10-50mm。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述毛细管的总长为以下之一：22cm、36cm、50cm、80cm。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述第一子管的外表面包覆有电极。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述电极的材质为不锈钢。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述第一子管和所述第二子管的材质均为石英。
第二方面，本发明实施例还提供一种DNA测序仪，包括高压连接器及如上述第一方面或其任一种可能的实施方式所述的毛细管；
所述第一子管与被测样品溶液连接，所述第二子管与所述高压连接器连接。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述DNA测序仪包括阵列结构的多个所述毛细管。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例中，应用于DNA测序仪的毛细管包括第一子管和第二子管，第一子管与第二子管固定连接；第一子管的内径大于第二子管的内径。由于第一子管的内径较大，可以增加大分子量样品的进样量，而第二子管的内径较小，后续电泳过程不需要改变DNA测序仪的相关器件的尺寸，如CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)探头的尺寸或光学透镜的尺寸，并且未增长进样的时间，展宽没有增加。因此该变径结构的毛细管，在不影响其他器件和展宽的情况下，增加了大分子量样品的进样量，降低了不同分子量的样品的进样量差异，有利于大分子量样品的检出，从而提高了检测结果的准确度。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种毛细管的结构示意图；
图2为采用50μm统一内径毛细管的电泳图；
图3为采用本发明实施例提供的变径结构毛细管的电泳图；
图4为本发明实施例提供的一种DNA测序仪的结构示意图。
图标：
100-第一子管；200-第二子管；10-毛细管；20-高压连接器；30-毛细管检测窗口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前现有的毛细管为统一的较细内径，不同分子量的样品进入的机会会被毛细管内径所局限，小分子量样本进入毛细管的样品数会大于大分子量样品，不利于大分子量样品的检出，从而影响检测结果的准确度。基于此，本发明实施例提供的一种毛细管及DNA测序仪，采用变径结构的毛细管，增加了大分子量样品的进样量，降低了不同分子量的样品的进样量差异，从而提高了检测结果的准确度。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种毛细管进行详细介绍。
实施例一：
毛细管区带电泳中组分区带的展宽是影响分离度的重要因素，展宽过宽会造成样品电泳误差增加，其总方差(R2)为：
R2＝R2 inj+R2 det+R2 dif+R2 heat，
上式中R2 inj、R2 det、R2 dif、R2 heat分别为进样区带长度(与进样的时间有关)、检测窗宽度、扩散、焦耳热对R2的贡献，其中，R2 inj＝L2/12，L为进样区带长度，因此进样区带长度增加会导致误差急剧增加，控制进样区带长度是影响区带展宽(误差)的重要因素。基于上述内容，为了让大分子量样品的进样量增加，又不能直接用增长进样的时间(进样区带长度)的情况下，本实施例提供了一种变径结构的毛细管来消除进样量的差异问题。
图1为本发明实施例提供的一种毛细管的结构示意图，该毛细管应用于DNA测序仪。如图1所示，该毛细管包括第一子管100和第二子管200，第一子管100与第二子管200固定连接。图1中两个虚线之间的宽度表示内径的大小，如图1所示，第一子管100的内径大于第二子管200的内径。
应用于DNA测序仪中时，第一子管100与被测样品溶液连接，即第一子管100插入到被测样品溶液中，被测样品溶液从内径较大的第一子管100进入毛细管。
总所周知，毛细管越细，不同分子量的样品的进样量差异越大。然而若直接增大毛细管的内径，会导致现有的DNA测序仪的相关器件的尺寸不匹配，例如CCD探头拍摄的电泳图不完整，或者光学透镜尺寸过小，会漏掉部分荧光，从而导致测试结果不准确。若增大毛细管的内径的同时，改变相关器件的尺寸，则工作量较大，成本较高。而本实施例提供的变径结构的毛细管，一方面，第二子管200的内径较小，不需要改变DNA测序仪的相关器件的尺寸；另一方面，第一子管100的内径较大，能够增加大分子量样品的进样量，并且未增长进样的时间，展宽没有增加；即该毛细管具有成本低、工作量小的优点，在不影响其他器件和展宽的情况下，还增加了大分子量样品的进样量，降低了不同分子量的样品的进样量差异，有利于大分子量样品的检出，从而提高了检测结果的准确度。
本发明实施例中，应用于DNA测序仪的毛细管包括第一子管和第二子管，第一子管与第二子管固定连接；第一子管的内径大于第二子管的内径。由于第一子管的内径较大，可以增加大分子量样品的进样量，而第二子管的内径较小，后续电泳过程不需要改变DNA测序仪的相关器件的尺寸，如CCD探头的尺寸或光学透镜的尺寸，并且未增长进样的时间，展宽没有增加。因此该变径结构的毛细管，在不影响其他器件和展宽的情况下，增加了大分子量样品的进样量，降低了不同分子量的样品的进样量差异，有利于大分子量样品的检出，从而提高了检测结果的准确度。
进一步地，在一些较优的实施例中，上述第一子管100的内径为75-95μm。例如，第一子管100的内径为85μm。
进一步地，在一些较优的实施例中，上述第二子管200的内径为45-50μm，例如，第二子管200的内径为45μm。
进一步地，在一些较优的实施例中，上述第一子管100的长度为10-50mm。例如，第一子管100的长度为30mm。
进一步地，上述毛细管的总长可以为以下之一：22cm、36cm、50cm、80cm。
进一步地，上述第一子管100和第二子管200的材质均为石英。
考虑到用于电动进样的DNA测序仪时，需要在毛细管上安装电极，本实施例中，第一子管100的外表面包覆有电极。这样一体化设置的毛细管可以方便在DNA测序仪上的安装，从而简化安装过程，提高安装效率。
进一步地，考虑到上述位于第一子管100的外表面的电极经常与溶液接触，本实施例中，该电极采用防腐蚀性导电材料，可以但不限于为不锈钢。不锈钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。
为了验证本实施例提供的毛细管在DNA测序仪中的应用效果，本实施例还提供了一组不同毛细管的电泳结果对比结果。图2为采用50μm统一内径毛细管的电泳图，其中，该毛细管的总长为36cm，石英材质。图3为采用本发明实施例提供的变径结构毛细管的电泳图，其中，第一子管100的内径为85μm，第二子管200的内径为45μm，第一子管100的长度为30mm，毛细管的总长为36cm，第一子管100和第二子管200的材质均为石英。
图2和图3中，横轴均为拍摄的荧光照片的帧数，代表时间；纵轴均为拍摄的荧光照片中荧光强度的累计结果，代表相对荧光强度。由于小分子量样品的运动速度快，大分子量样品的运动速度慢，图2和图3中，从左至右，分子量递增。
对比图2和图3可知，图3中对应于大分子量的4500到5000帧的荧光强度有显著提高，即图3中4500到5000帧时的大分量峰高有显著提高，且展宽没有增加。由此证明了，本实施例提供的毛细管，在不影响展宽的情况下，增加了大分子量样品的进样量。
实施例二：
图4为本发明实施例提供的一种DNA测序仪的结构示意图，如图4所示，该DNA测序仪包括高压连接器20及如上述实施例一的毛细管10。
具体地，毛细管10的第一子管与被测样品溶液连接，毛细管10的第二子管与高压连接器20连接。
进样过程如下：毛细管10的第一子管插入被测样品溶液内，毛细管10的第一子管的电极上加有负高压，如图4所示，高压连接器20接地，这样在毛细管10的两端之间(毛细管10内)形成高压电场，样品在电场的作用下从毛细管10的第一子管进入毛细管10内。
如图4所示，毛细管检测窗口30设置在毛细管10的第二子管靠近高压连接器20处。上述DNA测序仪还包括激光器、分光光栅、CCD摄像机等，检测过程如下：激光器发出的激光可通过激光检测器窗口照到毛细管检测窗口30上。当荧光标记DNA链上的荧光基团通过毛细管检测窗口30时，受到激光的激发而产生特征性的荧光光谱，荧光经分光光栅分光后投射到CCD摄像机上同步成像。
进一步地，上述毛细管10可为单根或阵列结构。
如图4所示，上述DNA测序仪包括阵列结构的多个毛细管10，每个毛细管10用于检测一个样品。毛细管10的个数可以但不限于为4、8、16、32、48、96等，如图4所示，毛细管10的个数为8。
采用阵列结构的多个毛细管10的DNA测序仪，可以同时检测多个样品，因此可以提高检测效率。
本发明实施例中，应用于DNA测序仪的毛细管包括第一子管和第二子管，第一子管与第二子管固定连接；第一子管的内径大于第二子管的内径。由于第一子管的内径较大，可以增加大分子量样品的进样量，而第二子管的内径较小，后续电泳过程不需要改变DNA测序仪的相关器件的尺寸，如CCD探头的尺寸或光学透镜的尺寸，并且未增长进样的时间，展宽没有增加。因此包含该变径结构毛细管的DNA测序仪，在不影响其他器件和展宽的情况下，增加了大分子量样品的进样量，降低了不同分子量的样品的进样量差异，有利于大分子量样品的检出，从而提高了检测结果的准确度。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的DNA测序仪的具体工作过程，可以参考前述毛细管实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本发明实施例提供的DNA测序仪，与上述实施例提供的毛细管具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
在本发明实施例中，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种毛细管，其特征在于，应用于DNA测序仪，所述毛细管包括第一子管和第二子管，所述第一子管与所述第二子管固定连接；
所述第一子管的内径大于所述第二子管的内径。
2.根据权利要求1所述的毛细管，其特征在于，所述第一子管的内径为75-95μm。
3.根据权利要求1所述的毛细管，其特征在于，所述第二子管的内径为45μm。
4.根据权利要求1所述的毛细管，其特征在于，所述第一子管的长度为10-50mm。
5.根据权利要求1所述的毛细管，其特征在于，所述毛细管的总长为以下之一：22cm、36cm、50cm、80cm。
6.根据权利要求1所述的毛细管，其特征在于，所述第一子管的外表面包覆有电极。
7.根据权利要求6所述的毛细管，其特征在于，所述电极的材质为不锈钢。
8.根据权利要求1所述的毛细管，其特征在于，所述第一子管和所述第二子管的材质均为石英。
9.一种DNA测序仪，其特征在于，包括高压连接器及如上述权利要求1-8中任一项所述的毛细管；
所述第一子管与被测样品溶液连接，所述第二子管与所述高压连接器连接。
10.根据权利要求9所述的DNA测序仪，其特征在于，所述DNA测序仪包括阵列结构的多个所述毛细管。
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