CN113466315A - 三重电极电泳装置及其电泳槽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多重电极电泳装置的电泳槽，包括槽体、设置在所述槽体内的中央电泳电极A、设置在所述中央电泳电极A外侧的环形电泳电极B、以及设置在所述环形电泳电极B外侧的环形电泳电极C；所述中央电泳电极A和环形电泳电极B的电极极性相同，且两者与环形电泳电极C的电极极性相反；所述中央电泳电极A和所述环形电泳电极B之间形成聚集生物大分子的富集区域；在电泳时，生物大分子向所述富集区域内聚集，同时，所述槽体内还设有用于收集富集区域内的生物大分子的收集结构。该电极电泳装置能够用于生物大分子的富集和提取，特别适用于中等体积或者较大体积的样本；其富集和提取所用时间短，且操作简单易于自动化。
Description
技术领域
本发明涉及生物大分子的分离技术，更具体地说，它涉及三重电极电泳装置及其电泳槽。
背景技术
生物大分子(如核酸、蛋白质)分析在生物医学和环境检测领域应用十分广泛。生物大分子分析的基础之一是从待分析标本中获取一定量的有机大分子，对含有较大量蛋白质或核酸分子的待测标本，如污染严重的环境标本、肿瘤组织标本、血液标本等，有多种大分子提取技术可供选用，包括凝胶法和磁珠法，尤其是磁珠法提取核酸，在近年来成为核酸提取的主要技术手段。
凝胶电泳除直接用于分析外，也常用于PCR扩增产物的凝胶回收。这种方法通常是从多条带产物中选取特定的条带进行切胶回收，切取的凝胶可以通过冰冻之后离心或直接采用磁珠法回收核酸。
与传统的核酸提取技术比较，磁珠法具有一系列显著优点(如效率更高、更安全、操作更简单、等)。以DNA为例，1μL磁珠的承载量可达几μg，且理论上磁珠可重复使用；其次因避免使用酚类、氯仿等有机溶剂，更加安全；再次，不必离心，操作简单，因而更有利于保留核酸的完整性。
磁珠法提取核酸的基本原理是，利用表面修饰的磁珠对核酸的高亲和力，可与样本液体中相对均匀自由扩散的核酸分子相结合；加上磁珠自身重量容易沉降的特征，实现分离提取核酸的目标。但现有磁珠法在应用于低度污染的环境标本、核酸含量较低的生物标本以及临床标本(如尿液)时，在一定程度上表现出效率低下和成本较高的不足。
申请公布号为CN102824854A的中国专利公开了一种电泳装置及其应用，该电泳装置包括至少两个固定分隔的或可操作性分隔的电泳区域，在不影响大分子正常电泳行为的情况下，这些分隔使不同电泳区域内的溶液以及其中的大分子能够被单独收集；该电泳槽及电泳系统能够应用在核酸、蛋白质、碳水化合物及病毒颗粒的分离、电洗脱及浓缩。但是，该电泳装置是通过机械的空间分隔来分离大分子，但是，其很难达到富集的要求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明在于提供三重电极电泳装置及其电泳槽，其能够用于中等体积或者较大体积样本的生物大分子的富集和提取。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：三重电极电泳装置的电泳槽，包括槽体、设置在所述槽体内的环形电泳电极A、设置在所述中央电泳电极A外侧的环形电泳电极B、以及设置在所述环形电泳电极B外侧的环形电泳电极C；所述中央电泳电极A和所述环形电泳电极B的电极极性相同，且两者与环形电泳电极C的电极极性相反；所述中央电泳电极A和所述环形电泳电极B之间形成聚集生物大分子的富集区域；在电泳时，生物大分子向所述富集区域内聚集，同时，所述槽体内还设有用于收集富集区域内的生物大分子的收集结构。
三个电泳电极之间形成两个不同的电场强度区域，在槽体内由外向内形成中央电泳电极A和环形电泳电极B之间的低电压差区间、以及环形电泳电极B和环形电泳电极C之间的高电压差区间；带电大分子在电场的作用下在高电压差区间内由外向内快速迁徙，然后进入中央的低电压差区间进行缓慢迁徙并在低电压差区间内进行聚集，原本均匀分布的生物大分子在富集区域内聚集进而使得富集区域内生物大分子的浓度较高；最后通过收集机构将富集区域内的生物大分子收集。
作为优选，所述收集结构为设置在所述槽体内的分隔结构，所述分隔结构将槽体内的电泳区域分隔为过度区域和所述富集区域；在电泳时，生物大分子经过所述过度区域并进入富集区域，所述分隔结构能够使进入富集区域内的生物大分子在富集区域内聚集；在电泳结束后，分隔结构能够阻断生物大分子向过度区域扩散，进而能够将生物大分子限制在富集区域内。
作为优选，所述分隔结构为设置在中央电泳电极A和环形电泳电极B之间的凝胶环；在电泳时，生物大分子经过所述过度区域并穿过所述凝胶环进入富集区域内聚集。
作为优选，所述分隔结构为设置在中央电泳电极A和环形电泳电极B之间的凝胶体；在电泳时，生物大分子经过所述过度区域并进入所述凝胶体内聚集。
作为优选，所述凝胶体为凝胶圆柱、凝胶圆锥或者凝胶球。
作为优选，所述收集结构为所述中央电泳电极A和所述环形电泳电极B之间设有多个用于吸附结合核酸分子的磁珠。
作为优选，所述多个磁珠相互串联形成磁珠环。
作为优选，所述环形电泳电极C的电极极性为负极；所述环形电泳电极B和所述中央电泳电极A的电极极性均为正极。
作为优选，所述中央电泳电极A、所述环形电泳电极B以及所述环形电泳电极C三者同轴设置。
三重电极电泳装置，包括电源控制系统，还包括如上所述的环形电极电泳装置的电泳槽。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、该电极电泳装置能够用于生物大分子的富集和提取，特别适用于中等体积或者较大体积的样本；
2、其富集和提取所用时间短、高效；且操作简单易于自动化；
3、由于电泳富集的作用，样本中的生物大分子的提取总效率较高；
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的截面示意图；
图3为本发明的分隔结构为凝胶环的截面示意图；
图4为本发明的分隔结构为凝胶柱的截面示意图；
图5为收集结构为磁珠时的结构示意图。
附图标记：1、槽体；2、中央电泳电极A；3、环形电泳电极B；4、环形电泳电极C；5、顶盖；6、样品进样管；7、样品出样管；8、富集区域；9、过度区域；10、凝胶环；11、凝胶柱；12、磁珠环。
具体实施方式
参照附图对本发明做进一步说明。
实施例1，本实施例公开了三重电极电泳装置的电泳槽，如图1～4所示，包括槽体1、设置在槽体1内的中央电泳电极A2、设置在中央电泳电极A2外侧的环形电泳电极B3、以及设置在环形电泳电极B3内外侧的环形电泳电极C4，槽体1的顶部设有顶盖5，且槽体1上还设有与槽体1内部连通的样品进样管6和样品出样管7；中央电泳电极A2和环形电泳电极B3的电极极性相同，且两者与环形电泳电极C4的电极极性相反；中央电泳电极A2和环形电泳电极B3之间形成聚集生物大分子的富集区域8；在电泳时，生物大分子向富集区域8内聚集，同时，槽体1内还设有用于收集富集区域8内的生物大分子的收集结构。三个电泳电极之间形成两个不同的电场强度区域，在槽体内由外向内形成中央电泳电极A2和环形电泳电极B3之间的低电压差区间、以及环形电泳电极B3和环形电泳电极C4之间的高电压差区间；带电大分子在电场的作用下在高电压差区间内由外向内快速迁徙，然后进入中央的低电压差区间进行缓慢迁徙并在低电压差区间内进行聚集，原本均匀分布的生物大分子在富集区域8内聚集进而使得富集区域8内生物大分子的浓度较高；最后通过收集机构将富集区域8内的生物大分子收集。
收集结构为设置在槽体1内的分隔结构，分隔结构将槽体1内的电泳区域分隔为过度区域9和富集区域8；在电泳时，生物大分子经过过度区域9并进入富集区域8，分隔结构能够使进入富集区域8内的生物大分子在富集区域8内聚集；同时，在电泳结束后，分隔结构能够阻断生物大分子向过度区域扩散，进而能够将生物大分子限制在富集区域内。
上述技术方案中，如图1、图2和图3所示，上述的分隔结构为设置在中央电泳电极A2和环形电泳电极B3之间的凝胶环10，在电泳时，生物大分子经过过度区域9并穿过凝胶环10进入富集区域8内聚集。该技术方案能够用于核酸液态富集。在电场作用下，高电压差和高电流驱动核酸分子在凝胶环10外的液体中做由外向内的快速迁移并进入半固体状的凝胶环10之内；由于半固体状的凝胶环10内的电压始终高于凝胶环10外，核酸分子在电泳条件下始终保持只进不出的由外向内运动，高浓度生物大分子在电泳后聚集在半固体状的凝胶环10内侧；这一富集后的液体可直接留取和用于后续分析或用于进一步的富集，有利于提高生物大分子分析是的敏感性。在使用凝胶环富集核酸时，电极A2和电极B3设置为仅仅相差1伏特电压差，两个正电极不停实现高压低压交替变化，相对电极C4的负极，在电极A2和电极B3之间形成一个事实上的等电压区间。电泳完成后，凝胶环内的溶液含有富集的核酸，即可直接用于保存和分析。
上述技术方案中，如图1、图2和图4所示，上述的分隔结构为设置在中央电泳电极A2和环形电泳电极B3之间的凝胶体；在电泳时，生物大分子经过过度区域9并进入凝胶体内聚集；其中，凝胶体为凝胶圆柱、凝胶圆锥或者凝胶球。具体的，凝胶体为凝胶圆柱11；在电泳时，生物大分子经过过度区域9并进入凝胶圆柱11内聚集。该技术方案能够用于核酸半固态富集。在电场作用下，高电压差和高电流驱动核酸分子在凝胶圆柱11外的液体中做由外向内的快速迁移；由于环形电泳电极B3和环形电泳电极之间内高外低的电压差不大和电流差不大的设置条件，加上凝胶圆柱11的半固体状态，核酸分子由外向内继续迁移但速度显著减慢，于是高浓度生物大分子核酸在电泳后聚集在半固体状的凝胶圆柱11之内。其中，凝胶为琼脂糖凝胶或者聚丙烯酰胺凝胶。凝胶体体中的富集的核酸，可以直接保存供未来经一步采用磁珠法提取和分析，或直接磁珠法提取在用于保存与分析。
上述技术方案中，如图1、图2和图5所示，收集结构为中央电泳电极A2和环形电泳电极B3之间设有多个用于吸附结合核酸分子的磁珠；作为优选，多个磁珠相互串联形成磁珠环12，如此，便于收集磁珠。电泳槽能够用于核酸固态富集。固体富集时采用偶联磁珠环12或循环使用的磁珠环12，该电泳槽的电泳体系使电泳区域中央的核酸分子浓度提高。进一步的，环形电泳电极B3和中央电泳电极A2可以交替改变电压，使环形电泳电极B3和中央电泳电极A2之间的高浓度核酸分子在磁珠周围形成折返运动，折返运动的速度和方向由两个环形电泳电极之间的相对电压差所决定，从而加速核酸与磁珠表面的结合。当偶联循环磁珠环12时，循环运行的磁珠链，通过在电泳池、漂洗池和洗脱池三个池中循环运动，循环利用磁珠对核酸的结合能力，以进一步提高磁珠法对核酸的提取效率。该电极电泳装置中的环形电泳电极B3和中央电泳电极A2可以交替改变电压，使核酸分子在磁珠环周围来回折返运动，进而加速核酸与磁珠的结合，提高了核酸的提取效率；另外，因为磁珠链可以重复使用，进而可以降低提取成本。磁珠收集生物大分子后，采用洗脱液洗脱磁珠上富集的生物大分子，然后保存或分析。
另外，环形电泳电极C4、环形电泳电极B3以及中央电泳电极A2三者同轴设置。当环形电泳电极C4的电极极性为负极，环形电泳电极B3和中央电泳电极A2的电极极性均为正极，可以用于收集在电场中带负电的核酸和带负电的蛋白质等生物大分子；当环形电泳电极C4的电极极性为正极；环形电泳电极B3和中央电泳电极A2的电极极性均为负极，可以用于在电场中带正电的蛋白质等生物大分子。
环形电极电泳装置，包括电源控制系统，环形电泳电极C4、环形电泳电极B3以及中央电泳电极A2分别与该电源控制系统电连接，还包括如上所述的环形电极电泳装置的电泳槽。该三重电极电泳装置具有如下有益效果：
1、该电极电泳装置能够用于生物大分子的富集和提取，特别适用于中等体积或者较大体积的样本；
2、其富集和提取所用时间短、高效；且操作简单易于自动化；
3、由于电泳富集的作用，样本中的生物大分子的提取总效率较高；
本发明中，以中央电泳电极A2的中心为内，中央电泳电极A2的四周为外。
本具体实施例中的指定方向仅仅是为了便于表述各部件之间位置关系以及相互配合的关系。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.三重电极电泳装置的电泳槽，其特征是：包括槽体(1)、设置在所述槽体(1)内的中央电泳电极A(2)、设置在所述中央电泳电极A(2)外侧的环形电泳电极B(3)、以及设置在所述环形电泳电极B(3)外侧的环形电泳电极C(4)；所述中央电泳电极A(2)和所述环形电泳电极B(3)的电极极性相同，且两者与环形电泳电极C(4)的电极极性相反；所述中央电泳电极A(2)和所述环形电泳电极B(3)之间形成聚集生物大分子的富集区域(8)；在电泳时，生物大分子向所述富集区域(8)内聚集，同时，所述槽体(1)内还设有用于收集富集区域(8)内的生物大分子的收集结构。
2.根据权利要求1所述的三重电极电泳装置的电泳槽，其特征是：所述收集结构为设置在所述槽体(1)内的分隔结构，所述分隔结构将槽体(1)内的电泳区域分隔为过度区域(9)和所述富集区域(8)；在电泳时，生物大分子经过所述过度区域(9)并进入富集区域(8)，所述分隔结构能够使进入富集区域(8)内的生物大分子在富集区域(8)内聚集；在电泳结束后，分隔结构能够阻断生物大分子向过度区域扩散，进而能够将生物大分子限制在富集区域内。
3.根据权利要求2所述的三重电极电泳装置的电泳槽，其特征是：所述分隔结构为设置在中央电泳电极A(2)和环形电泳电极B(3)之间的凝胶环(10)；在电泳时，生物大分子经过所述过度区域(9)并穿过所述凝胶环(10)进入富集区域(8)内聚集。
4.根据权利要求2所述的三重电极电泳装置的电泳槽，其特征是：所述分隔结构为设置在中央电泳电极A(2)和环形电泳电极B(3)之间的凝胶体；在电泳时，生物大分子经过所述过度区域(9)并进入所述凝胶体内聚集。
5.根据权利要求4所述的三重电极电泳装置的电泳槽，其特征是：所述凝胶体为凝胶圆柱、凝胶圆锥或者凝胶球。
6.根据权利要求1所述的三重电极电泳装置的电泳槽，其特征是：所述收集结构为所述中央电泳电极A(2)和所述环形电泳电极B(3)之间设有多个用于吸附结合核酸分子的磁珠。
7.根据权利要求6所述的三重电极电泳装置的电泳槽，其特征是：所述多个磁珠相互串联形成磁珠环(12)。
8.根据权利要求1所述的三重电极电泳装置的电泳槽，其特征是：所述环形电泳电极C(4)的电极极性为负极；所述中央电泳电极A(2)和所述环形电泳电极B(3)的电极极性均为正极。
9.根据权利要求1所述的三重电极电泳装置的电泳槽，其特征是：所述中央电泳电极A(2)、所述环形电泳电极B(3)以及所述环形电泳电极C(4)三者同轴设置。
10.三重电极电泳装置，包括电源控制系统，其特征是：还包括如权利要求1～9中任一项所述的多重电极电泳装置的电泳槽。
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