CN113348362A - 用于毛细管电泳的可重复使用的盒 - Google Patents

Abstract

本文描述的实施方案总体涉及适合于对分析物执行电泳分离的盒。本文描述的盒特别适合于重复使用。本文描述的盒可包括储存器，所述储存器设置在毛细管与含有运行缓冲液的容器之间。所述储存器可抑制运行缓冲液侵入到所述毛细管中，从而允许重复的电泳分离更为一致、更为准确和/或更为可靠。

Description

用于毛细管电泳的可重复使用的盒

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年1月25日提交且名为“Reusable Cartridge for CapillaryElectrophoresis”的美国临时专利申请号62/797,110的优先权的权益，所述专利申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本文描述的实施方案总体涉及适合于对分析物执行电泳分离的盒。本文描述的盒特别适合于重复使用。

背景技术

分析物的混合物可使用电泳基于所述分析物在电场中的不同的行进速率而进行分离。一般而言，电泳是指悬浮或溶解的分子在施加到与流体或凝胶接触的一个或多个电极或导电构件的电动势的作用下移动通过所述流体或凝胶。一些已知的电泳分离模式包括至少部分地基于分子在缓冲溶液中(通常被称为区带电泳)，在凝胶或聚合物溶液中(通常被称为凝胶电泳)的移动性的差异，或氢(pH)梯度的电位(通常被称为等电聚焦)的差异而分离所述分子。在一些情况下，可通过毛细管电泳在毛细管中执行生物分子分离。名为“System and Methods for Capillary Electrophoresis,Isoelectric Point,andMolecular Weight Analysis”的美国专利申请号16/033,808(所述专利申请的公开内容以引用的方式整体并入本文)描述了用于执行毛细管电泳的各种系统、方法和技术。

用于电泳的毛细管通常填充有分离介质(例如，凝胶)并且流体地联接到在每个端部处含有运行缓冲液的储存器。在电泳过程期间，在毛细管壁处的表面电荷可能会导致电渗流(EOF)，这是毛细管内部的整体流体运动。取决于表面电荷的极性，流体可在任一方向上移动。在毛细管壁带负电的情况下(在许多毛细管电泳应用中可能是这种情况)，EOF会逆着分析物迁移的方向流动。在分析物从毛细管的底部迁移到毛细管的顶部的实施方案中，EOF通常会产生从顶部(阳极)到底部(阴极)的整体运动，从而引起顶部运行(阳极)缓冲液进入毛细管并且与分离介质混合。这种混合可能会改变分析物的分离行为。由于表面电荷的易变性质，EOF是不稳定的。因此，尤其是在顶部运行缓冲液与分离凝胶混合的区域延伸到或超出毛细管的检测分析物的一部分的情况下，分析物分离会随时间而变化。此外，如果多次重复使用毛细管，则流入的运行缓冲液可能会积聚在毛细管中，从而使分析测量的结果出现偏差。例如，峰面积可能会随着毛细管的重复使用而减小。本文描述的实施方案涉及对运行缓冲液流入具有降低的敏感性的毛细管盒。

附图说明

图1是如先前在美国专利申请号16/033,808中所示和所描述的被配置用于分子量分析的盒的剖面侧视图。

图2是根据一个实施方案的具有分离凝胶储存器的毛细管的端部部分的示意图。

图3是根据一个实施方案的具有放大的端部部分的用于检测分析物的盒的照片。

图4是根据一个实施方案的具有细长端部部分的用于检测分析物的盒的照片。

图5A是示出使用图1的盒执行的测定的图表。图5B是示出使用具有分离介质的储存器的盒(例如，图3的盒)执行的相同测定的图表。

图6是将不具有分离介质的储存器的盒与具有分离介质的储存器的盒进行比较的图表，从而示出了多次分离的提高的一致性。

图7是示出包括分离介质的储存器的系统的测试线性度的系列样品稀释实验的图表。

具体实施方式

图1是适合于执行电泳的毛细管盒2500’的剖面侧视图。毛细管2530’的端部部分2532’被配置为放置成与例如样品小瓶和/或试剂盘(未示出)中所含的样品流体连通。毛细管2530’通常含有凝胶或适合于分离样品内所含的分析物的其他分离介质。盒2500’和/或被配置为接纳毛细管盒2500’的仪器可被配置为将样品和/或分析物抽吸到毛细管2530’中。例如，可对含有样品的小瓶加压，从而将样品推入毛细管2530’中，可将毛细管2530’联接到真空源，可将样品流体动力地注入到毛细管2530’中，电动力地注入到毛细管2500’中，和/或使用任何其他合适的手段引入到毛细管中。在毛细管可重复使用的情况下，样品的电动力注入可能是期望的。

毛细管盒2500’还包括双隔膜小瓶2540’(在本文也被称为“缓冲容器”)，所述双隔膜小瓶2540’具有入口隔膜2543’和出口隔膜2542’。入口隔膜2543’和/或出口隔膜2542’可基本上不透液体。入口隔膜2543’被配置为由毛细管2530’的顶部端部部分2531’刺穿，以将毛细管2530’放置成与双隔膜小瓶2540’的内部体积流体连通并且电连通。例如，双隔膜小瓶2540’可含有可流体地联接到毛细管2530’的运行缓冲液，和/或可接收并储存在当前运行期间或在先前运行期间来自毛细管2530’的废弃样品。

在一些实施方案中，出口隔膜2542’可为气体可渗透的，使得在样品通过毛细管2530’抽吸到双隔膜小瓶2540’中时，可通过出口隔膜2542’排出空气，而非液体。另外地或可选地，双隔膜小瓶2540’可含有海绵、过滤器和/或阻止样品离开毛细管盒2500’的其他吸收性材料。在此实施方案中，出口隔膜2542’由真空接口2541’刺穿。在一些情况下，在运行完成之后，仪器可被配置为例如通过使空气循环通过双隔膜小瓶2540’来干燥双隔膜小瓶2540’。另外地，在一些情况下，仪器可被配置为在运行之前用运行缓冲液填充或重新填充双隔膜小瓶2540’。

可经由小瓶2540’以及毛细管盒2500’的一部分和/或毛细管2530’的一部分将电位施加到毛细管2530’的内容物(例如，分离介质、样品和/或分析物)，以在它们之间建立电连接。电位可对毛细管2530’内的分析物诱导电动势。在分析物带电的情况下，电位可将分析物吸引到毛细管2530’的端部部分2531’(例如，朝向双隔膜小瓶2540’吸引)。在一些情况下，分析物和/或样品的其他部分可至少部分地基于分子量而朝向毛细管2530’的具有一组特性(例如，移动性参数等)的端部部分流动，其中具有较小分子量的分析物可比具有较大分子量的分析物更快地行进。在其他情况下，分离介质可具有pH梯度(例如，由设置在小瓶2540’内的运行缓冲液诱导)，使得分析物可根据其等电点来分离。如上所述，电位还可能会在毛细管中引起EOF，从而诱导分离介质、分析物和/或运行缓冲液的整体流动。

可在分析物迁移经过由盒主体2501’限定的孔隙2505’时检测所述分析物。例如，光源可通过孔隙2505’照亮毛细管2530’，和/或相机或其他光学捕获装置可经由诱导或本体荧光、吸光度或任何其他合适的手段来检测分析物。因此，可在分析物移动经过孔隙时检测所述分析物，并且可基于到达孔隙2505’的时间和/或检测到的信号的强度而识别分析物移动性和/或数量。

毛细管盒2500’可被配置用于重复使用。例如，在执行分离之后，可注入另一个样品并且在毛细管2530’中进行分离，在一些情况下在没有冲洗和/或更换分离介质的情况下进行。类似地说，多个样品可行进通过分离介质。经过多次运行，运行缓冲液可能会侵入到毛细管2530’的顶部部分2531’中，和/或pH梯度的移动可能会更改尤其是在毛细管的顶部部分2531’处的分离介质的组成。这种缓冲液侵入可能会不利地影响分离性能，累积地减小检测到的峰面积和/或不可预测地更改检测特性。在运行缓冲液到达孔隙2505’的情况下，检测异常可能会特别显著。

图2是具有适于含有分离介质的储存器532的毛细管的端部部分的示意图。如本文更详细地所论述，储存器532可通过将大直径毛细管550附连到毛细管530来形成，所述毛细管530可适于分析物分离。毛细管530的管腔531也可填充有分离介质。储存器532可流体地联接到缓冲容器540，所述缓冲容器540可例如类似于上文描述的双隔膜小瓶2540’并且可填充有(或被配置为填充有)运行缓冲液。

在分离诱导了EOF的情况下，运行缓冲液可能会从缓冲容器540渗入储存器532。分离介质可能会从储存器532流动到毛细管530的管腔531中，但是储存器532中的分离介质可能会抑制运行缓冲液到达毛细管530的管腔531。

在其他实施方案中，缓冲容器(例如，双隔膜小瓶)可含有分离介质。类似地说，单个储存器可用作分离介质储存器和运行缓冲液储存器两者。然而，具有如图2所示的不同的缓冲容器和不同的分离介质储存器可能是优选的，因为使分离介质接触经受电解的表面可能是不期望的。另外地，缓冲容器450内部的电流可能是不均匀的，以至于EOF可能会使运行缓冲液流过过量的分离介质并且渗入毛细管530。如图2所示将缓冲容器540(例如，双隔膜小瓶)与分离介质储存器532(例如，由大直径毛细管550形成)分开可能会导致通过分离介质缓冲物的电流是相对均匀的并且可防止运行缓冲液渗入毛细管530，直到储存器532中基本上所有的分离介质都被移位到毛细管530的管腔531中为止。

图3是根据一个实施方案的毛细管盒3500的照片。毛细管盒3500在大多数方面类似于上文参考图1所示和所描述的毛细管盒2500’。然而，毛细管3530的顶部端部部分3531具有比毛细管3500的其余部分大的直径。例如，毛细管3530的主体可具有在10微米与250微米之间的内径。毛细管3500的顶部端部部分3531可具有二至十倍于毛细管3530的主体的内径的内径。例如，在一种情况下，毛细管的主体可具有约(+/-10％)100微米的内径，并且毛细管3500的顶部端部部分3531可具有约300至500微米的内径。毛细管3530(包括顶部部分3531)可一体地形成，或者顶部部分3531可单独地构造并且胶粘或以其他方式附连到毛细管3530的主体。

毛细管的顶部部分3531可填充有分离介质(例如，凝胶)并且可充当储存器，所述储存器可捕获因扩散、重力诱导流和/或电渗流而流动到毛细管3530中的运行缓冲液。顶部部分3531可吸收运行缓冲液或在运行缓冲液到达毛细管3530的主体之前以其他方式阻止所述运行缓冲液，从而防止运行缓冲液侵入影响分离性能和/或相对于具有均匀直径的毛细管的毛细管盒(例如，毛细管盒2500’)提高毛细管盒3500的寿命。在一些情况下，毛细管的顶部部分3531可为2至4mm长，并且可含有体积等于或大于毛细管3530的主体的长度中的凝胶的体积的分离介质。以此方式，毛细管的顶部部分3531在电渗流的情况下可优先将额外的分离介质供应到毛细管3530的主体中，并且抑制运行缓冲液到达毛细管3530的主体。因此，毛细管3530的主体中的分离介质的组成可保持基本上均匀。因此，对分析物的分离行为更为一致，从而在注入之间产生更具重复性的数据。防止运行缓冲液侵入物到达可利用来检测分析物的孔隙3505对于提高测量准确性和再现性来说可能是特别有益的。特别地，防止运行缓冲液侵入到毛细管中通常会带来更一致和/或准确的峰形状并且降低峰高度和/或面积的累积减少。

因此，包括毛细管3530的较大直径顶部部分3531可显著地降低在多次样品运行的过程中峰面积出现累积性减小的趋势，从而提高使用毛细管盒3500执行的测定的再现性和线性度。较大直径顶部部分3531还可产生更一致且可再现的分离分辨率和/或使得毛细管盒对因蒸发、配方变化等所致的运行缓冲液的组成的变化不太敏感。

图4是根据一个实施方案的毛细管盒4500的照片。毛细管盒4500在大多数方面类似于上文参考图1和图3所示和所描述的毛细管盒2500’和3500。然而，设置在毛细管盒4500中的毛细管4530具有伸展的顶部端部部分4531。类似地说，毛细管4530环行到水平地偏离孔隙4505的缓冲容器，而不是终止于竖直地定位在孔隙4505上方的小瓶或其他缓冲容器(例如，如图1所示)。额外长度的毛细管柱4530执行与上文参考图3所示和所描述的较大直径顶部部分3531大致相同的功能。例如，毛细管4530的3-10cm可设置在孔隙4505与入口隔膜之间，这在图4中隐藏在电极4560后方。具体地，伸展的顶部端部部分4531提供一定的额外距离和体积的分离介质以吸收侵入到毛细管4530中的任何运行缓冲液。因此，顶部端部部分4531阻止运行缓冲液到达孔隙4505。

与毛细管盒3500相比较，由于毛细管的增加的总长度，毛细管盒4500可能需要更高的分离电压以在毛细管5430的分离部分中获得等效场强。

图5A是示出使用图1的盒执行的测定的图表。图5B是示出使用具有分离介质的储存器的盒(例如，图3的盒)执行的相同测定的图表。图5A和图5B的比较示出了图1的盒对顶部运行缓冲液组成的变化是敏感的，而图3的盒能更加强有力地抵抗此类变化，如由峰面积变化的差异所表明。此外，图5B所示的分离分辨率始终是更高的，并且独立于顶部运行缓冲液组成。

图6是将不具有分离介质的储存器的盒610(例如，图1的盒)与具有分离介质的储存器的盒620(例如，图3的盒)进行比较的图表，从而示出了多次分离的提高的一致性。使用不具有分离介质的储存器的盒获得的数据610显示出了相对于48次注入的相对大的峰面积变大，而使用具有分离介质的储存器的盒获得的数据620显示出了相对于相同的48次注入状况的更稳定的峰面积图案。

图7是示出包括分离介质的储存器的系统(例如，图3的盒)的测试线性度的系列样品稀释实验的图表。数据点721和722使用具有分离介质的储存器的盒来产生。在框720中汇总了数据点721和722的结果。使用具有分离介质储存器的盒进行的分离720产生了比使用不具有分离介质储存器的盒进行的分离710更具线性度的数据。使用具有分离介质储存器的盒产生的分离720的R平方值在两次运行中都超过0.99，而使用不具有分离介质储存器的盒产生的分离710具有0.921的R平方值。总而言之，本文描述的包括适于含有分离介质的储存器的毛细管组件最小化了运行缓冲液侵入对毛细管中分析物的分离行为的影响，从而带来更好且更一致的分离性能。

虽然上文已描述了各种实施方案，但是应理解，所述各种实施方案仅通过举例而非限制的方式呈现。例如，图1示出了双隔膜小瓶2540’，所述双隔膜小瓶2540’被描述为储存运行缓冲液。应理解，运行缓冲液可通过任何合适的手段流体地联接到毛细管。在上文描述的示意图和/或实施方案指示特定部件以特定取向或位置布置的情况下，可修改部件的布置。虽然已具体地示出并描述了实施方案，但是将理解，可在形式和细节上进行各种改变。尽管各种实施方案已被描述为具有特定特征和/或部件组合，但是具有来自如上所述的实施方案中的任一者的任何特征和/或部件的组合的其他实施方案是可能的。

Claims (20)

1.一种设备，所述设备包括：

壳体；

含有分离介质的毛细管，所述毛细管设置在所述壳体内；

缓冲容器，所述缓冲容器含有运行缓冲液，所述毛细管的第一端部流体地联接到所述缓冲容器，所述壳体、所述毛细管和所述缓冲容器共同地被配置为有助于设置在所述毛细管内的样品的电泳分离，所述缓冲容器不含分离介质；

储存器，所述储存器设置在所述缓冲容器与所述毛细管之间，所述储存器含有分离介质并且具有比所述毛细管大的横截面积。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述壳体、所述毛细管、所述壳体、所述缓冲容器和所述储存器被配置为可重复使用，使得可在所述毛细管中电泳地分离多个样品，而不用更换所述分离介质。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述壳体、所述毛细管、所述壳体、所述缓冲容器和所述储存器被配置为可重复使用，使得可在所述毛细管中电泳地分离多个样品，而不用更换所述运行缓冲液。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述储存器具有比所述毛细管的直径至少大三倍的直径。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述储存器中的所述分离介质抑制所述缓冲容器中所含的运行缓冲液到达所述毛细管。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述储存器被配置为吸收在所述样品的电泳分离期间从所述缓冲容器迁移的运行缓冲液。

7.如权利要求1所述的设备，其中：

所述毛细管中的所述分离介质具有pH梯度；并且

所述储存器被配置为防止运行缓冲液到达所述毛细管并且更改所述毛细管中的所述分离介质的所述pH梯度。

8.如权利要求1所述的设备，其中所述毛细管和所述缓冲容器被配置为与设置在所述毛细管上方的所述缓冲容器竖直地定向。

9.如权利要求1所述的设备，其中：

所述毛细管是第一毛细管；并且

所述储存器通过将具有比所述第一毛细管大的直径的第二毛细管附连在所述第一毛细管的所述第一端部上方来构造。

10.一种设备，所述设备包括：

壳体；

第一毛细管部分，所述第一毛细管部分设置在所述壳体内，所述第一毛细管部分和所述壳体被配置为竖直地定向，所述第一毛细管部分被配置用于对所述第一毛细管部分内的样品进行电泳分离；

缓冲容器，所述缓冲容器设置在所述壳体内并且含有运行缓冲液，所述缓冲容器流体地联接到所述第一毛细管部分；以及

第二毛细管部分，所述第二毛细管部分设置在所述第一毛细管部分与所述第二毛细管部分之间，所述第二毛细管部分被配置为抑制运行缓冲液到达所述第一毛细管部分。

11.如权利要求10所述的设备，其中：

所述第一毛细管部分和所述第二毛细管部分一体地形成；并且

所述第二毛细管部分与所述第一毛细管部分不同轴。

12.如权利要求10所述的设备，其中所述第一毛细管部分和所述第二毛细管部分是单独地形成，联接在一起的毛细管。

13.如权利要求10所述的设备，其中：

所述壳体限定暴露所述第一毛细管部分的一部分的孔隙；

所述第二毛细管部分是在所述第一毛细管部分的由所述孔隙暴露的所述部分上方；并且

所述第二毛细管部分至少长3cm。

14.如权利要求10所述的设备，其中：

所述缓冲容器设置在所述第一毛细管部分的顶部下方；

所述第二毛细管部分的第一端部直接地联接到所述第一毛细管部分的所述顶部；并且

所述第二毛细管部分的第二端部直接地联接到所述缓冲容器。

15.如权利要求10所述的设备，其中：

所述第一毛细管部分中的所述分离介质具有pH梯度；并且

所述第二毛细管部分被配置为防止运行缓冲液到达所述第一毛细管部分并且更改所述毛细管中的所述分离介质的所述pH梯度。

16.如权利要求10所述的设备，其中所述第一毛细管部分和所述第二毛细管部分填充有分离介质。

17.一种方法，所述方法包括：

电泳地分离毛细管中的第一样品，所述毛细管竖直地定向在壳体中，所述毛细管含有分离介质，所述毛细管直接地联接到含有分离介质的储存器，所述储存器直接地联接到运行缓冲容器；

在分离所述第一样品之后电泳地分离所述毛细管中的第二样品，而不用更换所述毛细管内的分离介质。

18.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括：

在分离所述第一样品之后将所述第二样品电动力地注入到所述毛细管中。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述储存器含有分离介质并且具有比所述毛细管大的直径。

20.如权利要求17所述的方法，其中：

所述毛细管是第一毛细管部分；并且

所述储存器是第二毛细管部分，所述第二毛细管部分设置在所述第一毛细管部分与所述第二毛细管部分之间，所述方法还包括：

在所述第一样品的组分穿过所述壳体的孔隙时检测所述组分，所述第二毛细管部分设置在所述壳体的所述孔隙上方。

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