CN111351873B - 生物大分子裂解装置及其检测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种生物大分子裂解装置及其检测系统。该生物大分子裂解装置包括电离仓室，包括容置样品的内室及与所述内室连通的进样口和出样口；低温放电单元，包括上电极和下电极，所述电离仓室设置在所述上电极和所述下电极之间，所述上电极和所述下电极与所述内室相对；加热电极，用于加热所述内室里的样品；超声波电极，用于对所述内室里的样品进行超声波处理。本申请的生物大分子裂解装置能够将水溶性生物大分子降解成产物均一、大小可控的小分子片段产物。
Description
技术领域
本申请总地涉及等离子体电离领域，具体涉及生物大分子裂解装置及其检测系统。
背景技术
生物大分子的分子结构研究是生物化学和生物物理学等基础研究领域重要研究内容。目前在大分子蛋白和大分子核酸的结构研究中已经积累出完整的研究策略手段，但对大分子多糖的研究中仍未有有效可靠的研究方案。其中关键的限制因素即是无法有效地将大分子多糖分解成产物均一、大小可控的小分子片段。综合蛋白和核酸的研究策略可以总结出，这些大分子结构分析中一致的策略是将大分子有效地分解成可控的片段，例如采用蛋白酶将大分子蛋白分解成肽段；采用核酸酶将大分子核酸分解成小分子核酸片段。之后可以采用其他手段将小分子片段结构分析出来，再重新拼接出整个大分子结构。但在多糖的结构解析中，迄今仍未有一种有效可行的方法将多糖分子可控地分解成几个片段。这严重限制了多糖的结构和构效关系研究工作。对多糖药物研发产业带来巨大困难。
目前研究者已经建立了各种方法将多糖降解成寡糖。例如，酶降解法、酸降解法、β-消除降解法、高碘酸氧化法、钴60放射性降解法、微波降解法、高温高压降解法、过氧化氢降解法等等。但这些方法要么多糖降解位点不均一，导致降解产物的分子大小为连续分布，无法分离出单一组分，要么如酶降解法虽然降解产物均一，但降解效率极低，且操作繁琐成本高昂。因此目前已研究出的多糖降解方法的目标都是将降解产物进行活性测试，而并非应用于多糖结构分析中。少数应用于多糖结构分析当中的方法，如酸降解法和酶降解法都达不到产物均一大小可控的理想效果。
发明内容
本申请的目的在于提供一种生物大分子裂解装置及其检测系统。
本申请提供了一种生物大分子裂解装置，包括：
电离仓室，包括容置样品的内室及与所述内室连通的进样口和出样口；
低温放电单元，包括上电极和下电极，所述电离仓室设置在所述上电极和所述下电极之间，所述上电极和所述下电极与所述内室相对；
加热电极，用于加热所述内室里的样品；
超声波电极，用于对所述内室里的样品进行超声波处理。
可选地，根据前述的生物大分子裂解装置，还包括胶囊排气管道，连接所述电离仓室。
可选地，根据前述的生物大分子裂解装置，还包括补水管道，连接所述电离仓室。
可选地，根据前述的生物大分子裂解装置，所述电离仓室的材质为石英。
可选地，根据前述的生物大分子裂解装置，低温放电单元的上电极和下电极之间的距离为5-50mm。
可选地，根据前述的生物大分子裂解装置，所述加热电极和/或所述超声波电极为伸缩式电极。
可选地，根据前述的生物大分子裂解装置，还包括孔道，所述孔道贯通所述电离仓室外侧和内室，所述伸缩式电极放置在所述孔道中。
可选地，根据前述的生物大分子裂解装置，还包括微型泵，所述微型泵连接电离仓室的出样口。
本申请还提供了一种生物大分子检测系统，包括前述生物大分子裂解装置和液相色谱质谱联用仪，所述生物大分子裂解装置电离仓室的出样口连接所述液相色谱质谱联用仪的液相色谱进样口。
可选地，根据前述的生物大分子检测系统，所述电离仓室的出样口和所述液相色谱进样口通过石英管道连接，所述微型泵设置在所述石英管道内。
采用本申请的生物大分子裂解装置能够将水溶性生物大分子降解成产物均一、大小可控的寡糖产物。
本申请的生物大分子裂解装置实现了短时间内连续操作，整个降解过程只需要数分钟即可完成，而目前已有降解方法往往需要消耗数十小时甚至数天时间以进行反复的提纯去溶剂过程，且不能连续完成整个降解过程。
本申请的生物大分子裂解装置降解效率高，测试表明，单一降解片段的降解率往往可以高达80％甚至达到90％以上。
本申请的生物大分子裂解装置在多糖等大分子定向降解过程中可以只采用水作为溶剂使用，不添加任何其他物质，因此对使用者提供便捷的操作方法，提供无毒的工作环境，是一种环境友好型多糖降解设备，解决了其他降解方法，例如酸碱降解、放射性降解等对环境具有污染性的问题。
本申请的生物大分子裂解装置消耗成本低，除添加纯水作为溶剂使用外，只消耗电力能源，无其他消耗。因此成本低廉，解决了其他降解方法中添加外来物质的成本以及反复纯化带来的额外使用成本。
本申请的生物大分子裂解装置可前置于液相色谱-质谱设备前端，作为液相色谱-质谱设备的前置设备而主要服务于水溶性生物大分子结构解析工作。
本申请的生物大分子检测系统对生物大分子的结构分析建立了完整解决方案，并可自动化连续使用，整个降解过程和后期结构分析可于整个连续设备内实现。
附图说明
图1为本申请实施例的生物大分子裂解装置结构示意图；
图2为本申请实施例的生物大分子裂解装置工作流程图；
图3为本申请实施例的生物大分子裂解装置各部件加电时序控制图；
图4为本申请实施例的生物大分子检测系统结构示意图；
图5为实施例1鲍鱼多糖经裂解后液相色谱图谱；
图6为实施例2海参糖蛋白复合物经裂解后液相色谱图谱。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本申请的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本申请的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。下述实施例中如未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段和市售的常用仪器、试剂，可参见相应教科书以及相应仪器和试剂的厂商说明书等参考。
本申请提及的方法中各步骤的执行顺序，除特别说明外，并不限于本文的文字所体现出来的顺序，也就是说，各个步骤的执行顺序是可以改变的，而且两个步骤之间根据需要可以插入其他步骤。
本申请中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本申请的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”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申请和简化描述，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申请的限制。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
发明人研究发现，采用大气压介质阻挡放电方式产生的低温等离子体可以将绝大多数水溶性生物大分子(例如多糖)可控地分解成产物均一、大小可控的片段(例如寡糖片段)，并且在不同条件下其断裂位点不同，这一现象可以为生物大分子的分子结构研究提供有效可行的降解手段。基于此，本申请提出针对生物大分子结构研究策略为，采用低温等离子体将生物大分子降解为几个大小可控的片段，再将片段结构拼接成完整大分子。期间可以调节降解参数，产生2套或更多套降解位点不同的片段，最终综合每套降解产物的结构信息，拼接出完整的生物大分子结构。
本申请利用自有研究成果，基于液相色谱-质谱联用的结构分析技术，将低温等离子体降解技术制作成连续的自动仪器前置于液相色谱-质谱设备前端。作为液相色谱-质谱设备的前置设备主要服务于生物大分子结构解析工作。因等离子体降解大分子多糖等物质时会附带产生大量自由基物质，易损伤后置液相色谱-质谱设备，因此本申请在主体电离仓室内置了加热电极和超声波电极以去除这些自由基副产物，有利于本仪器的自动化和连续化与液相色谱-质谱设备相连接使用。
本申请公开了一种生物大分子裂解装置，示例性地包括电离仓室、低温放电单元、加热电极和超声波电极。
本申请设计主体为电离仓室。水溶性生物大分子可以以纯水作为溶剂配制成一定浓度样品溶液，例如浓度5％(w/w)，推送至本申请的电离仓室之后，通电，通过介质阻挡放电在电离仓室产生等离子体放电反应，此过程大约持续1-9分钟。介质阻挡放电是有绝缘介质插入放电空间中的一种气体放电，与火花放电相比，它不会发出巨大的击穿响声。低温放电单元包含了两个电极，两电极极板间的距离大约为几毫米至几厘米，提供的电压大概为20kV。这种放电表现很均匀、漫散和稳定，它是由大量的快脉冲放电通道构成的，这些微放电在时间和空间上任意分布，寿命约为10纳秒。通过调节放电参数，例如电压、放电时间、电极板间距离和水溶性生物大分子浓度等多种参数组合，可以将降解产物的分子质量控制在任意大小范围内，经过调节各种参数，可以得到任意大小分子量片段。从而实现产物均一，分子大小可控的降解效果，且产物得率超过70％。
该装置实现了多糖等生物大分子的快速有效可控降解。通过电离裂解后可以得到产物均一，分子大小可控的产物片段。产物片段分子量大小可通过调节放电参数得到任何想要得到的片段大小，且得率最高可达到95％。此均一产物经过高效液相色谱分离后进入质谱进行质量分析，从而可以实现高效快速的多糖等生物大分子结构鉴定分析。
电离仓室包括容置样品的内室及与内室连通的进样口和出样口。举例来说，电离仓室外表为一立方薄长条形石英物质，内部开有狭长内室。低温放电单元包括上电极和下电极，电离仓室设置在上电极和下电极之间，上电极和下电极与内室相对。低温放电单元的上电极和下电极之间的距离例如为5-50mm。使用时，上下电极连通高压电源以便于通电产生低温大气压等离子体。加热电极用于加热内室里的样品。超声波电极用于对内室里的样品进行超声波处理。
上述装置工作流程举例包括：首先，从进样口流进大分子物质溶液，例如通过注射器推送的方式，并聚集于内室里；其次，通过低温放电单元连接高压电源进行放电，在电离仓室的内室里产生低温大气压等离子体，大分子物质溶液中的水溶性大分子物质由此被降解成组成均一、分子大小可控的片段；之后，放电停止，加热电极开始工作，将大分子物质溶液温度加热至60-95℃保持1-5分钟以清除水溶液中的自由基；再之后，超声波电极开始工作，释放超声波1-5分钟以避免加热电极新形成的物质溶解于溶液中。
水溶性大分子物质(即水及其他溶剂可溶的生物大分子，例如可溶性多糖物质、可溶性蛋白物质、可溶性糖苷物质、可溶性核酸等)可以直接以水溶液或其他溶剂溶解，如氯化钠盐溶液、磷酸盐溶液等并发送至电离仓室进行等离子体电离降解。放电停止后由于等离子体对溶液所产生的作用将在溶液中产生大量自由基物质，例如，·H,·O,·OH，O3,H2O2等物质，这将严重影响后续装置对大分子结构的分析。因此，通过先后开通加热电极和超声波电极进行短时间的工作，以达到排除副产物自由基物质的目的。
根据一些实施例，本申请的生物大分子裂解装置还包括胶囊排气管道，连接电离仓室。该管道从电离仓室外侧贯通至内室里，与电离仓室紧密结合，不留空隙。该管道在放电产生等离子体后，溶液电离产生的自由基和其他物质可通过胶塞排汽管路与外界大气压相联通，将产生的副产物排出到外界大气当中，但又由于胶塞和内部气压的作用阻止外界物质进入电离仓室。
根据一些实施例，本申请的生物大分子裂解装置还包括补水管道，连接电离仓室。该管道从电离仓室外侧贯通至内室里，与电离仓室紧密结合，不留空隙。由于放电作用会将一部分水以水蒸气的形式挥发掉，此管道可适时地补充丢失掉的水分，不至于使降解后的大分子溶液浓度产生过大变动。同时也可以作为石英介质电离仓室内室的清洗管路使用。
为了不影响放电反应，根据一些实施例，加热电极和/或超声波电极为伸缩式电极。如果加热电极为伸缩式电极，则只有在需要加热内室中的样品时，加热电极才伸入内室时进行加热；平时加热电极并不会位于内室内。举例来说，该生物大分子裂解装置还包括孔道，孔道贯通电离仓室外侧和内室，伸缩式电极放置在孔道中，与孔道严密结合，不留空隙。例如，伸缩式电极结构可参考专利申请CN105081484A中的装置结构。当等离子体放电完毕后断开电源，此时加热电极从孔道中伸出，至少一部分进入内室里开始工作，将内室里的溶液温度加热至60-95℃保持1-5分钟后停止工作，加热电极缩回孔道中。
加热溶液的作用为帮助低温等离子体放电过程中在溶液中产生的自由基物质进行加热反应，经过一系列电子传递反应，加热自由基物质使之重新变为水分子或者过氧化氢等易挥发物质。此步骤作用为清除水溶液中残留的反应后物质，避免降解产物等目标之外的物质残留于溶液中，避免残留物进入后续检测、损坏相关设备。
超声波电极为伸缩式电极时的工作方式与前述加热电极类似，在此不做赘述。
对溶液进行超声波处理的作用为帮助溶液加热后新形成物质如过氧化氢加速脱离溶液，降低其在溶液中的饱和度，使之挥发进入空气中，避免溶解于降解产物的溶液中，从而进入后续检测、损坏相关设备。
根据一些实施例，本申请的生物大分子裂解装置还包括微型泵，连接电离仓室的出样口。微型泵将电离仓室内室里的液体输送出内室。
上述实施例的生物大分子裂解装置可定向可控的裂解生物大分子物质，以便于生物大分子物质通过多次可控的在大分子结构链内不同位置进行断裂，通过分析降解片段的结构可以有效的拼接出生物大分子的完整整体结构。
图1示出了根据本申请一种实施例的生物大分子裂解装置。
参见图1，生物大分子裂解装置1示例性包括电离仓室11、低温放电单元12、加热电极13、超声波电极14、第一孔道15、第二孔道16、胶囊排气管道17、补水管道18和微型泵19。
电离仓室11包括进样口111、出样口112和内室113。该出样口111还可连接其他装置。例如如图1所示，经微型泵19连接液相色谱-质谱设备2。低温放电单元12包括上电极121和下电极122。电离仓室11设置在上电极121和下电极122之间。上下电极(121和122)连接电源。第一孔道15和第二孔道16均贯通电离仓室11的外侧至内室113。加热电极13和超声波电极14分别放置在第一孔道15和第二孔道16中，其可如图1所示通过加热电极13的接线和超声波电极14的接线连接电源，也可自带电源，在此不作限制。胶囊排气管道17和补水管道18分别贯通电离仓室11的外侧至内室113。
根据一些实施例，电离仓室的出样口之后还具有接口，该接口可连接多个其它装置，也可交替连接其他装置，以方便将含有降解产物的溶液输送至其它装置检测，或者将清洗电离仓室的清洗液输送出内室。
根据示例性实施例，生物大分子裂解装置还包括控制单元(图中未示出)。控制单元用于控制电离仓室、低温放电单元、加热电极、超声波电极、胶囊排气管道和补水管道，其被配置为发射数字信号，完成以一定的时间顺序控制装置动作的目的。
图2示出该生物大分子裂解装置的一种工作流程。图3示出了该生物大分子裂解装置各部件的一种加电时序控制图。
结合图2和图3，该生物大分子裂解装置的工作流程包括：
如无特别指明，下述步骤中，胶囊排气管道处于打开通气状态。
S101进样：通过进样口将样品溶液输送至内室。
S102放电：低温放电单元进行放电使内室里产生低温大气压等离子体，其与样品溶液混合导致样品溶液中的大分子物质降解。
S103加热：加热电极加热样品溶液以去除样品溶液中的副产物。
S104超声波处理：超声波电极对样品溶液进行超声波处理以去除样品溶液中的副产物。
S105补水：补水管路对样品进行补充溶液以调节经过前述处理后的样品溶液浓度。
S106送样：通过出样口将样品溶液输送至其它装置。
S107清洗：使用补水管路补充清洗液，例如纯水，以清洗内室，并通过出样口将清洗液输出内室。在该步骤中，胶囊通气管路关闭，不再允许内室里的溶液或气体流出，以加强清洗过程中内室的密封性。
本实施例的生物大分子裂解装置在不影响大气压低温放电基础上加装了伸缩式超声波电极和伸缩式加热电极，有利于去除等离子体放电后在溶剂中产生的残留自由基物质。胶塞通气管路和补水管路有利于挥发性残留物质排除以及补充蒸发掉的水分和有利于内室的清洗。这些部件可将等离子体放电过程中和其后的残留物去除过程在一个仓室内一体完成。
本申请的生物大分子裂解装置可定向可控地裂解生物大分子物质，以便于生物大分子物质通过多次可控地在不同位置进行降解，再通过分析降解片段的结构可以有效地拼接出生物大分子的完整整体结构。且在该装置中，可将等离子体放电过程中和其后的残留物去除过程在一个仓室内一体完成。因此，本申请的生物大分子裂解装置也可前置于液相色谱-质谱设备，作为液相色谱-质谱设备的前置设备而主要服务于水溶性生物大分子结构解析工作。
图4示出了本申请一种实施例的生物大分子检测系统。
参见图4，本申请还公开了一种生物大分子检测系统，示例性地包括上述生物大分子裂解装置和液相色谱质谱联用仪(LC-MS)，生物大分子裂解装置电离仓室的出样口连接液相色谱质谱联用仪的液相色谱(LC)进样口。被电解的大分子物质水溶液可以从进样口进入，经一系列处理后再从液相色谱进样口进入LC-MS进行结构解析。
生物大分子检测系统中的生物大分子裂解装置结构、工作流程等与前述生物大分子裂解装置相同，在此不作赘述。
根据一些实施例，电离仓室的出样口和液相色谱进样口经微型泵通过石英管道连接。在石英管道中内置的微型泵的驱动下，将电离仓室内的液体排送至LC进样口接口，输送至LC进行组分分离，再将各组分发送至质谱(MS)进行质量特征分析。
根据一些实施例，电离仓室的出样口和液相色谱进样口之间还具有液相色谱接口。该接口即可连接液相色谱进样口，以将含有降解产物的溶液输送至液相色谱质谱联用仪检测；也可连接废液瓶，也将清洗电离仓室的清洗液输送出内室。
在本申请实施例的生物大分子检测系统中，在与电离仓室进样口相对设置的出样口测设计有降解产物排除管路(即石英管道)，在管路中间设计有微型泵，可以将降解产物溶液泵出电离仓室，并输送至另一侧的LC进样口。通过控制LC进样口进样量可以调节输送至LC-MS的样品进样量。降解产物输送进入LC后，会在LC色谱柱的作用下分离纯化出不同降解产物片段，各个降解产物片段纯化后进入MS进行质量分析，从而可以揭示出各个降解产物片段的结构特征。通过将降解产物的各个片段结构进行拼接最终得到生物大分子的整体结构。在将各个降解产物片段结构拼接成大分子整体结构的过程中，可以采用调节等离子体降解的各个参数，从而得到2套或多套降解位点不同的几组降解产物片段。最终通过几套片段拼接时找到序列共同点，可以有效的确认降解产物片段之间的结合序列，从而最终揭示出大分子整体结构。
本申请采用介质阻挡放电技术在电离仓室内产生低温等离子体，利用低温等离子体降解生物大分子物质，下面以水溶性多糖为举例对象，说明水溶性大分子物质如何在本装置内实现降解以及如何连续性输送至LC-MS进行进一步结构分析。
实施例1
生物大分子检测系统结构如图1所示。采用纯化后鲍鱼多糖为材料进行可控裂解电离。
鲍鱼多糖为一种海洋动物多糖，经测量，其糖含量在纯化后材料中含量达90％以上。鲍鱼多糖采用纯水溶解配制成5％水溶液，取2mL从进样口注入石英介质电离仓室。之后，上电极和下电极加电电离5分钟设置输入电压60、70、80、90V，输入电流1A；或上电极和下电极加电电离3、5、7分钟设置输入电压60V，输入电流1A。电离停止后可从补水管道处补水少量以维持原体积。然后，可伸缩式加热电极伸入到石英介质电离仓内与样品溶液接触，通电90℃加热2分钟，停止加热后缩回原位。其后，可伸缩式超声波电极伸入到电离仓室内与样品溶液接触，通电释放600W超声波5分钟，停止超声后缩回原位。再之后，微型泵开始工作，将石英介质电离仓内多糖溶液推送至液相色谱进样接口处注射1mL，采用容量为200μL定量环注射，液相色谱进样接口与液相色谱进样口结合后在液相色谱进样口的推动下进入LC-MS进行电离后小片段鲍鱼多糖结构分析。
HPLC-MSn条件：SunFire TM C18(5μm，4.6×150mm)，流动相20mmol乙酸铵-乙腈(78：22，V/V)，进样量10μL，流速1mL/min，LXQ线性离子阱质谱仪，电喷雾离子源(ESI)和光电二极管阵列检测器PAD检测，软件操作系统为XCalibur。质谱条件：离子源ESI源；喷雾电压4.5kV；毛细管温度为275℃；毛细管电压为37V；鞘气：40AU；辅助气：10AU；正离子模式检测；扫描方式为全扫描(Full Scan)；扫描范围为m/z100～2000。
最后，加热电极和超声波电极均伸入石英介质电离仓，从补水管道处注入纯水，纯水经微型泵输送至液相色谱进样接口处排至废液瓶中，完成管路设备的清洗工作。
同时，多糖在本系统工作中已降解成产物均一，大小可控的分子小段的混合物。LC可将混合的分子小段分离纯化为单一纯度极高的降解产物单体，将各单体分时输送至MS进行单体再碎片化质量分析，可分析出各单体的结构信息。之后再将各单体的结构信息综合，可建构出整个鲍鱼多糖的结构模型。
对照试验的样品为采用纯水溶解配制成1mg/mL水溶液的鲍鱼多糖1mL，直接进行LC-MS分析。HPLC-MSn条件与前述一致。
图5为鲍鱼多糖经生物大分子裂解装置裂解后输送至LC得到的图谱。未被电离前的多糖图(即图5A1中的0V)，其成分均一，纯度良好，为一大质量多糖物质。图5中A1为在不同电压作用下产物的LC图谱，可以看出被裂解之后的产物峰型狭窄对称，表明降解产物均一，且在不同电压作用下得到的片段大小不同，表明本设备对裂解产物的分子量大小可控。图5中A2为图谱A1中每次降解产物最末峰面积与总和峰面积的比率，能够表明降解效率，从图中可以看出，随着电压的提高，降解产物中最小组分的得率从70％提高到80％，说明其裂解效率极高。图5中B1为鲍鱼多糖在不同降解时间后的产物LC图谱；B2为降解效率图谱。此实例可说明本申请的生物大分子裂解装置对生物多糖物质有着良好的降解效率，能够生成产物均一，大小可控的降解产物。本申请极大的方便了大分子多糖的结构解析工作。
实施例2
生物大分子检测系统结构如图1所示。采用纯化后海参糖蛋白复合物为材料进行可控裂解电离。
海参糖蛋白复合物为一种海洋动物糖蛋白，主要由多糖和蛋白构成。海参糖蛋白复合物采用纯水溶解分别配制成浓度为1mg/mL、3mg/mL和5mg/mL的水溶液，再分别采用本装置进行等离子体降解。进样量为2mL，从进样口注入石英介质电离仓。之后上电极和下电极加电电离6分钟，设置输入电压60V，输入电流1A,电离停止后可伸缩式加热电极伸入到石英介质电离仓内与样品溶液接触，通电95℃加热2分钟，停止加热后缩回原位。其后，可伸缩式超声波电极伸入到石英介质电离仓内与样品溶液接触，通电释放700W超声波5分钟，停止超声后缩回原位。再之后，微型泵开始工作，将石英介质电离仓内样品溶液推送至液相色谱进样接口处，液相色谱进样接口与液相色谱进样口结合后在微型泵的推动下，将降解产物溶液1mL推送至液相色谱定量环中，采用容量为200μL定量环进行进样，进入LC-MS后小片段海参糖蛋白复合物进行结构分析。
HPLC-MSn条件：SunFire TM C18(5μm，4.6×150mm)，流动相20mmol乙酸铵-乙腈(78：22，V/V)，进样量10μL，流速1mL/min，LXQ线性离子阱质谱仪，电喷雾离子源(ESI)和光电二极管阵列检测器PAD检测，软件操作系统为XCalibur。质谱条件：离子源ESI源；喷雾电压4.5kV；毛细管温度为275℃；毛细管电压为37V；鞘气：40AU；辅助气：10AU；正离子模式检测；扫描方式为全扫描(Full Scan)；扫描范围为m/z100～2000。
最后，加热电极和超声波电极均伸入石英介质电离仓，从补水管道处注入纯水，纯水经微型泵输送至液相色谱进样接口处排至废液瓶中，完成管路设备的清洗工作。
同时，糖蛋白复合物在本设备工作中已降解成产物均一，大小可控的分子小段的混合物。LC可将混合的分子小段分离纯化为单一纯度极高的降解产物单体，将各单体分时输送至MS进行单体再碎片化质量分析，可分析出各单体的结构信息。之后再将各单体的结构信息综合，可建构出整个糖蛋白的结构模型。
图6为海参糖蛋白复合物经可控裂解装置裂解后输送至LC得到的图谱。A1为海参糖蛋白复合物在不同初始浓度下的降解产物LC图谱；A2为图谱A1中每次降解产物最末峰面积与总和峰面积的比率，能够表明降解效率。可以看出被裂解之后的产物峰型狭窄对称，表明降解产物均一，且在不同初始浓度作用下得到的片段大小不同，表明本设备对裂解产物的分子量大小可控。从图中可以看出，随着初始浓度的改变，降解产物中最小组分的得率从40％到接近80％，说明其裂解效率极高。此实例可说明本申请的生物大分子检测系统对生物糖蛋白复合物物质有着良好的降解效率，能够生成产物均一，大小可控的降解产物。本申请也能够极大的方便生物糖蛋白复合物物质的结构解析工作。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种生物大分子裂解装置，其特征在于，包括：
电离仓室，包括容置样品的内室及与所述内室连通的进样口和出样口；
低温放电单元，包括上电极和下电极，所述电离仓室设置在所述上电极和所述下电极之间，所述上电极和所述下电极与所述内室相对，所述低温放电单元采用大气压介质阻挡放电方式产生低温等离子体；
加热电极，用于加热所述内室里的样品；
超声波电极，用于对所述内室里的样品进行超声波处理。
2.根据权利要求1所述的生物大分子裂解装置，其特征在于，还包括胶囊排气管道，连接所述电离仓室。
3.根据权利要求1所述的生物大分子裂解装置，其特征在于，还包括补水管道，连接所述电离仓室。
4.根据权利要求1所述的生物大分子裂解装置，其特征在于，所述电离仓室的材质为石英。
5.根据权利要求1所述的生物大分子裂解装置，其特征在于，低温放电单元的上电极和下电极之间的距离为5-50mm。
6.根据权利要求1所述的生物大分子裂解装置，其特征在于，所述加热电极和/或所述超声波电极为伸缩式电极。
7.根据权利要求6所述的生物大分子裂解装置，其特征在于，还包括孔道，所述孔道贯通所述电离仓室外侧和内室，所述伸缩式电极放置在所述孔道中。
8.根据权利要求1所述的生物大分子裂解装置，其特征在于，还包括微型泵，所述微型泵连接电离仓室的出样口。
9.一种生物大分子检测系统，其特征在于，包括权利要求8所述生物大分子裂解装置和液相色谱质谱联用仪，所述生物大分子裂解装置电离仓室的出样口连接所述液相色谱质谱联用仪的液相色谱进样口。
10.根据权利要求9所述的生物大分子检测系统，其特征在于，所述电离仓室的出样口和所述液相色谱进样口通过石英管道连接，所述微型泵设置在所述石英管道内。
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| GR01 | Patent grant | ||
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