CN110917877A

CN110917877A - 正交谐振电泳装置

Info

Publication number: CN110917877A
Application number: CN201911300380.XA
Authority: CN
Inventors: 李慧; 焦健
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-03-27
Anticipated expiration: 2039-12-17
Also published as: CN110917877B

Abstract

正交谐振电泳装置，涉及分子生物医学领域。解决现有电泳装置进行电泳分离过程中，对于迁移率相近的微粒难以实现分离的问题，包括电泳槽，电极A、电极B、电极C、电极D、电极E、电极F、电极G、电极H和谐振电源；电泳槽的内边缘为圆形，电极A、电极B、电极C、电极D、电极E、电极F、电极G和电极H均布在电泳槽的内边缘的圆周上；电泳槽的圆心作为各电极之间所在夹角的公共顶点，相邻电极之间夹角为45度；谐振电源设置有八个输出端；电极A、电极B、电极C、电极D、电极E、电极F、电极G和电极H分别与谐振电源的输出端电连接；在电泳槽的中心为电泳区，电泳槽内填充缓冲液；电泳支持物位于电泳区中。

Description

正交谐振电泳装置

技术领域

本发明涉及分子生物医学领域。具体涉及一种正交谐振电泳装置。

背景技术

在电场的作用下，带电微粒将向着与其电性相反的电极移动，这种现象称为电泳，在分子生物医学研究与应用中，经常使用电泳装置分离那些混杂在一起的各种微粒，例如氨基酸、肽、蛋白质和核苷酸等生物分子。

只有微粒的迁移率不同，才能利用电泳分离；迁移率差别较小的微粒就不容易分离；微粒的迁移率与微粒质量，携带电量，缓冲液以及电泳支持物的性质等多方面因素有关；传统方案主要是用恒定电场进行电泳；对于一些在稳恒电场下电泳迁移率相近的微粒，还有采用反转脉冲或者交变脉冲电场的电泳分离方式；因为电泳微粒的种类有无限多种，总是有一些迁移率相近的微粒在稳恒电场或脉冲电场下难以分离。

发明内容

本发明为解决现有电泳装置进行电泳分离过程中，对于迁移率相近的微粒难以实现分离的问题，提供一种正交谐振电泳装置。

正交谐振电泳装置，包括电泳槽，电极A、电极B、电极C、电极D、电极E、电极F、电极G、电极H和谐振电源；

所述电泳槽的内边缘为圆形，所述电极A、电极B、电极C、电极D、电极E、电极F、电极G和电极H均布在电泳槽的内边缘的圆周上；

所述电泳槽的圆心作为各电极之间所在夹角的公共顶点，相邻电极之间夹角为45度；谐振电源设置有八个输出端；

所述电极A、电极B、电极C、电极D、电极E、电极F、电极G和电极H分别与谐振电源的输出端电连接；

在电泳槽的中心为电泳区，电泳槽内填充缓冲液；电泳支持物位于电泳区中。

本发明的有益效果：本发明提供了一种利用微粒布朗运动特征频率不同，或者旋转特征频率不同而实现电泳分离的装置与方法。用谐振电源在电泳区产生振动并旋转的余弦交变电场，当电泳微粒发生谐振时，影响迁移率，从而分离那些原本相似的微粒。

附图说明

图1为本发明所述的正交谐振电泳装置的结构图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，正交谐振电泳装置，包括电泳槽W，电极A，电极B，电极C，电极D，电极E，电极F，电极G，电极H和谐振电源P。

所述电泳槽W内边缘为圆形，在内边缘固定安装有8个电级，分别为电极A，电极B，电极C，电极D，电极E，电极F，电极G，电极H；所有电极均匀分布在电泳槽W内边缘所在的圆周上，以电泳槽W的圆心O作为各电极之间所在夹角的公共顶点，相邻电极之间夹角为45度；谐振电源P有8个输出端，分别是OA，OB，OC，OD，OE，OF，OG，OH；电极A与谐振电源P的OA输出端电连接；

电极B与谐振电源P的OB输出端电连接；电极C与谐振电源P的OC输出端电连接；电极D与谐振电源P的OD输出端电连接；电极E与谐振电源P的OE输出端电连接；电极F与谐振电源P的OF输出端电连接；电极G与谐振电源P的OG输出端电连接；电极H与谐振电源P的OH输出端电连接；

在电泳槽W的中心有一个正方形的电泳区U，电泳区U所在正方形的四个顶点分别为I，J，K以及L；电泳区U所在正方形的对角线IL与电极HD连线重合，对角线JK与电极BF连线重合；电泳槽W内充满缓冲液；电泳支持物位于电泳区U中。

本实施方式中，谐振电源的4个输出端OA，OE，OC和OG输出电压为正弦波交流；若定义角频率为ω/2，t为时间，定义最大值为U_M，则；

电极A上电压VA函数表达式为；

VA＝U_Mcos(ωt/2)

电极E上电压VE函数表达式为；

VE＝-U_Mcos(ωt/2)

电极C上电压VC函数表达式为；

VC＝U_Mcos(ωt+π/2)

电极G上电压VG函数表达式为；

VG＝-U_Mcos(ωt+π/2)

所述谐振电源的另外4个输出端OB，OF，OD和OH输出电压为直流；电极B上电压为；

VB＝U_M

电极F上电压为；

VF＝-U_M

电极D上电压为；

VD＝-U_M

电极H上电压为；

VH＝U_M

以电泳区U中心O点为坐标原点，电极C与电极G连线作为x轴，电极E与电极A连线作为y轴，建立平面直角坐标系；则电泳区中心附近；

y轴方向电场强度为；

Uy＝U_M[1+cos(ωt/2)]

x轴方向电场强度为：

Ux＝U_M cos(ωt+π/2)

本实施方式所述的正交谐振电泳装置，在电场中进行电泳的微粒在x轴方向与y轴方向两个方向上受电场力的作用，随着电场方向旋转变化，在电泳区沿着蛇形曲线蜿蜒移动；x轴方向与y轴方向的电场力都符合简谐振动；y轴受力方向始终保持不变，大小按余弦规律变化，角频率为ω/2；x轴受力方向可以双向改变，大小按余弦规律变化，角频率为ω；电场方向旋转摆动也符合简谐振动，角频率为ω/2；当VC交流电压的正半周期间，电场按逆时针方向旋转；当VC交流电压的负半周期间，电场按顺时针方向旋转；电泳区y轴向存在偏移电场，电场力积分不为零，而电泳区x轴方向电场力积分为零，使电泳微粒最终只沿y轴方向移动；

本实施方式所述的电泳装置在未加电的情况下，电泳微粒受到电泳支持物的束缚，不能脱离被束缚的区域自由移动；同时微粒还受到缓冲液中分子的无规则撞击，因此只能束缚区域内振动；振动的频率称为这种电泳微粒的布朗运动特征频率；控制谐振电源输出角频率，当ω等于某种电泳微粒的布朗运动特征频率时，这种电泳微粒将发生谐振，谐振的电泳微粒振动幅度可明显加大，使它可以脱离电泳支持物的束缚，能从一个位置运动到另一位置；在这种谐振情况下，纵向的偏移电场使电泳微粒变得更容易移动，明显增加了迁移率；而其它没发生谐振的电泳微粒振动幅度不变，迁移率也不变；

本实施方式中，电泳微粒受到旋转电场的牵引而旋转摆动；不同种类电泳微粒电荷分布不同，因此受到电场力的力矩不同；又因为不同种类电泳微粒的转动惯量不同，所以与旋转电场发生谐振的频率也不同；把这种谐振频率称为这种电泳微粒的旋转特征频率；控制谐振电源输出角频率，使ω等于某种电泳微粒的旋转特征频率时，电泳微粒发生谐振摆动，以较大的幅度旋转摆动，使它更容易脱离电泳支持物的束缚，增加了迁移率；而其它没发生谐振的电泳微粒旋转摆动幅度很小，迁移率变化可忽略不计。

Claims

1.正交谐振电泳装置，包括电泳槽(W)，电极A、电极B、电极C、电极D、电极E、电极F、电极G、电极H和谐振电源(P)；其特征是：

所述电泳槽(W)的内边缘为圆形，所述电极A、电极B、电极C、电极D、电极E、电极F、电极G和电极H均布在电泳槽(W)的内边缘的圆周上；

所述电泳槽(W)的圆心作为各电极之间所在夹角的公共顶点，相邻电极之间夹角为45度；谐振电源(P)设置有八个输出端；

所述电极A、电极B、电极C、电极D、电极E、电极F、电极G和电极H分别与谐振电源(P)的输出端电连接；

在电泳槽(W)的中心为电泳区(U)，电泳槽(W)内填充缓冲液；电泳支持物位于电泳区(U)中。

2.根据权利要求1所述的正交谐振电泳装置，其特征在于：在所述电泳槽(W)的中心设置正方形的电泳区(U)，所述电泳区(U)的两条对角线分别与电极H和电极D的连线重合，以及电极B和电极F的连线重合。

3.根据权利要求1所述的正交谐振电泳装置，其特征在于：

所述谐振电源(P)的四个输出端OA，输出端OE，输出端OC和输出端OG的输出电压均为交流正弦波；定义交流正弦波的角频率为ω/2,定义最大值为U_M，则：

电极A、电极E、电极C和电极G上的电压均为：U_Mcos(ωt+π/2)，t为时间；

所述谐振电源(P)的四个输出端OB，输出端OF，输出端OD和输出端OH的输出电压均为直流，电极B和电极H上的电压均为U_M，电极F和电极D上的电压均为-U_M。

4.根据权利要求1所述的正交谐振电泳装置，其特征在于：将电泳区(U)中心O点为坐标原点，电极C与电极G连线作为x轴，电极E与电极A连线作为y轴，建立平面直角坐标系；则电泳区中心区域，即y轴方向电场强度和x轴方向电场强度分别用下式表示为：

Uy＝U_M[1+cos(ωt/2)]

Ux＝U_M cos(ωt+π/2)。