CN113588697A - 一种用于蛋白质晶体结构解析的高粘度挤压喷射上样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于蛋白质晶体结构解析的高粘度挤压喷射上样装置，包括：与液压装置相连的进液段；与进液段相连的活塞段，包括在其内部做往复运动的活塞杆；与活塞段相连的样品段，活塞杆的一端与进液段输入的液体相接触，另一端与样品段内的粘性样品接触；通过毛细管与样品段连接的进气段；与进气段连接的交汇段，来自进气段的气体通过剪切力将从毛细管挤出的粘性样品聚焦为稳定射流并保持在该交汇段与X光交互；与交汇段连接的回收段；与交汇段连接的固定段；以及可插入样品段与进气段之间的线下分离段。该装置不仅可以进行晶体串行数据的采集，还可用于蛋白质晶体的时间分辨实验，在蛋白质晶体结构解析领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及蛋白质晶体结构解析领域，更具体地涉及一种用于蛋白质晶体结构解析的高粘度挤压喷射上样装置。
背景技术
随着结构生物学的发展，高效和稳定的上样方式变得越来越重要，单纯的固定靶上样技术已经无法满足晶体结构解析的需求，流动相上样技术被广泛的开发出来，流动约束技术即晶体本身做迁移运动以传递至X光光路，现有技术主要有：气体聚焦动态虚拟喷嘴(GDVN)、高粘度挤压喷射器(HVE)、微流体电动样品架(MESH)、毛细管技术(Capillary)、气溶胶喷头(Aerosol injector)、声学微滴喷射技术(ADE)。相比于固定靶技术，流动相上样技术的优势在于，其上样效率有显著提升，并且有利于常温下蛋白质结构时间分辨的研究。但与此同时，流动相上样技术对蛋白质样品的需求量较大，命中率较低，因而样品消耗量大。
高粘度挤压喷射器作为流动约束中一种典型的挤压喷射技术，其利用高粘度的介质传递晶体从而大大提高了晶体的命中率，降低了蛋白质样品损耗，弥补了流动约束技术的不足，作为蛋白质结构解析，特别是膜蛋白解析的一种重要技术，在同步辐射及自由电子激光装置上均得到了极大的发展，但现存的HVE技术由于兼容性等方面问题还未得到广泛应用，基于HVE的时间分辨平台也有待进一步开发。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于蛋白质晶体结构解析的高粘度挤压喷射上样装置，从而解决现有高粘度挤压喷射器技术中的兼容性等问题。
根据本发明，提供一种用于蛋白质晶体结构解析的高粘度挤压喷射上样装置，包括：进液段，其与一液压装置相连，液体在液压装置的作用下输入该进液段；与进液段相连的活塞段，包括在其内部做往复运动的活塞杆；与活塞段相连的样品段，活塞杆的一端与进液段输入的液体相接触，另一端与样品段内的粘性样品接触并将粘性样品通过毛细管挤出；通过毛细管与样品段连接的进气段，其具有一个用于输入高压气体的开口；与进气段连接的交汇段，来自进气段的气体通过剪切力将从毛细管挤出的粘性样品聚焦为稳定射流并保持在该交汇段与X光交互；与交汇段连接的回收段，用于粘性样品的回收；与交汇段连接的固定段；以及可插入样品段与进气段之间的线下分离段，其包括通过毛细管相连的线下分离上端和线下分离下端；其中，整个高粘度挤压喷射上样装置通过固定段与衍射仪的测角头组配实现固定，并用于蛋白质晶体结构的解析。
优选地，所述高粘度挤压喷射上样装置包括三种组配方式：一、毛细管从样品段贯穿进气段进入交汇段，用于进行串行晶体学实验；二、样品段与线下分离上端相连，进气段与线下分离下端相连，毛细管从样品段贯穿线下分离上端和线下分离下端进入进气段再到交汇段，用于进行线下分离实验；三、线下分离上端和线下分离下端分别内设凹槽，通过二通管螺柱连接二通管、三通管或四通管以接入介质液体，用于进行时间分辨实验。
应当理解的是，组配方式三就是在组配方式二的基础上又组配了通管。方式二的工作原理就是线下分离上端、下端相当于两个转接口，中间是毛细管相连，然后串行数据采集的时候，线下分离上端包括之前的样品段活塞段进气段等就不用放在测角仪上，放在线下来推动样品，后续线下分离下端及进气段交汇段等与测角仪组配，用于衍射数据采集，这样就大大减小了线站相位限制，也减小了测角仪承重。组配方式三在方式二的基础上进一步与通管组配后，就可以通过二通管、三通管、四通管再接入其它介质液体，使得线下分离模块的毛细管内晶体在到达交汇段衍射数据采集之前与其他液体混合产生晶体构象的变化，从而实现时间分辨。
优选地，进液段、活塞段、进气段、交汇段、回收段、固定段、线下分离段中任意相邻两模块之间通过螺纹接口以及密封圈相连，实现该高粘度挤压喷射上样装置的装配和密封。
优选地，进液段的液体输入端口采用收口设计，并具有周向延伸的凸缘，该液体输入端口通过胶皮管与液压装置相连实现密封。
优选地，活塞段内具有一用于安装活塞杆的活塞室，活塞杆的两端分别具有大端口和小端口，并与尺寸适配的弹性胶帽组配。
优选地，样品段内具有一用于容纳粘性样品的样品室，活塞杆的小端口伸入该样品室内挤压粘性样品向前移动，该样品室与进气段的接口处具有螺纹凹槽，并通过带有毛细管的密封螺钉密封。
优选地，进气段的内部为收口设计以便于毛细管位置校正，进气段还包括一个可装配的气体缓冲段，缓冲段内部采取螺旋通道，用于缓冲氮气罐或氦气罐通入进气段的高速气体。
优选地，交汇段具有五面贯通的腔体结构，其中三面分别与进气段、回收段、固定段连通，另外两面分别通入入射光和衍射光，该腔体结构的尺寸设计保证了可收集的衍射角范围。
优选地，回收段悬挂于交汇段的下方，该回收段具有两个相对延伸的侧臂，以及容纳粘性液体的回收槽，该回收段通过两个侧臂与交汇段卡接。
优选地，在时间分辨实验中，时间分辨的尺度可通过改变毛细管长度和液流速度进行调节。
本发明涉及一种应用于晶体学线站的高粘度挤压喷射上样装置，该装置主要包括进液段、活塞段、样品段、进气段、交汇段、回收段、固定段、以及可插入样品段与进气段之间的线下分离段这样八个模块。每相邻两个模块之间通过螺纹接口相连。由液压装置提供液体及压力，液体从进液段输入，经活塞段实现压力转换增大压力，然后将样品段的粘性样品挤出，氮气罐或氦气罐与进气段相连提供气体及压力，输入进气段的气体通过剪切力将挤出的粘性样品保持在交汇段与X光交互，采集衍射数据后，粘性样品流注入回收段，整套装置通过固定段与衍射仪的测角头组配来进行装置定位，即可以进行晶体串行数据的采集。除此之外，通过在样品段与进气段之间装配线下分离段，该装置还可用于蛋白质晶体的时间分辨实验。
根据本发明提供的这样一种高粘度挤压喷射上样装置，通过采用模块化设计，一方面，针对不同的光源条件和实验条件可方便地更改相应模块设计和不同型号，大大提高了装置兼容性，另一方面，采用统一廉价但相对精度要求不高的树脂零件，降低了该平台整体的搭建难度，装置加工和技术实现难度，使得该装置具有良好的应用前景。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的高粘度挤压喷射上样装置的整体结构示意图；
图2是根据本发明的一个优选实施例的进液段的结构示意图；
图3是根据本发明的一个优选实施例的活塞段的结构示意图；
图4是根据本发明的一个优选实施例的活塞杆的结构示意图；
图5是根据本发明的一个优选实施例的样品段的结构示意图；
图6是根据本发明的一个优选实施例的密封螺柱的结构示意图；
图7是根据本发明的一个优选实施例的线上分离上端的结构示意图；
图8是根据本发明的一个优选实施例的线下分离下端的结构示意图；
图9是根据本发明的一个优选实施例的进气段的结构示意图；
图10是根据本发明的一个优选实施例的气体缓冲段的结构示意图；
图11是根据本发明的一个优选实施例的大螺纹柱的结构示意图；
图12是根据本发明的一个优选实施例的交汇段的结构示意图；
图13是根据本发明的一个优选实施例的回收段的结构示意图；
图14是根据本发明的一个优选实施例的固定段的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
如图1所示，是根据本发明的一个优选实施例提供的一种高粘度挤压喷射上样装置。该装置包括进液段10、活塞段20、样品段30、进气段40、交汇段50、回收段60、以及固定段70。其中，进液段10、活塞段20、样品段30、进气段40、交汇段50、固定段70每相邻两个模块之间通过螺纹接口相连，每两个螺纹接口之间设置一个O型圈，用于装置的密封与保护。
如图2所示，进液段10具有收口设计的液体输入端口11，该液体输入端口11上具有一圈凸起的凸缘12，进液段10在该液体输入端口11处通过胶皮管与液压装置相连，实现液体的输入，同时凸缘12起到密封以防止液体从液体输入端口11泄露的现象发生。
结合图3、图4所示，活塞段20内具有一用于安装活塞杆21的活塞室24，活塞杆21的两端分别具有大端口22和小端口23，两个端口分别与尺寸适配的弹性胶帽组配。通过将如图4所示的活塞杆21从上方插入如图3所示的活塞段20的活塞室24中，即可实现活塞段20的装配。
如图5所示，样品段30内具有一用于容纳粘性样品的样品室31，活塞杆21的大端口22与进液段10输入的液体相接触，活塞杆21的小端口23伸入该样品室31内，在液压的作用下挤压粘性样品向前移动，该样品室31与进气段40的接口处具有螺纹凹槽32，并通过如图6所示带有毛细管的密封螺钉33密封。该密封螺钉33带有胶套且胶套中插有毛细管，通过将密封螺钉33拧入螺纹凹槽32中，就可以将毛细管压紧起到接口处的液体密封作用，即常规的二通管液体密封方式。
根据本发明提供的这样一种高粘度挤压喷射上样装置，共包括三种组配方式，说明如下。
1)对于普通的串行晶体学实验，样品室31的粘性样品被压入毛细管后，毛细管从样品段30贯穿进气段40进入交汇段50。
2)对于线下分离实验，该装置还包括可插入样品段30与进气段40之间的线下分离段，其包括通过毛细管相连的线下分离上端81和线下分离下端82，如图7、图8所示。其中，样品段30与线下分离上端81相连，进气段40与线下分离下端82相连，线下分离下端82具有密封凹槽83，其也可以与密封螺钉33组配来密封液体，然后毛细管从样品段30贯穿线下分离上端81和线下分离下端82进入进气段40再延伸到交汇段50。
3)对于时间分辨实验，如图7、图8所示，线下分离上端81和线下分离下端82分别具有通管内置凹槽84、85，该内置凹槽84、85可与二通管螺柱相组配，组配之后，二通管、三通管或四通管就可以通过二通管螺柱与线下分离上端81和线下分离下端82组装，从而搭建时间分辨模块。
应当理解的是，无论采用以上三种组配方式中的哪一种，后续进气段40、交汇段50、回收段60、以及固定段70之间的连接方式都是一样的。
结合图9、图10、图11所示，进气段40的内部为收口设计以便于毛细管位置校正，进气段40还包括一个可装配的气体缓冲段41，该缓冲段内部采取螺旋通道，用于缓冲氮气罐或氦气罐通入进气段的高速气体。进气段螺纹大凹槽42和进气缓冲段大螺纹柱43相组配，进气缓冲段端口44为收口设计以防止气体从该处泄露，进气段出口同样有一个螺纹小凹槽45，其与如图11所示的大螺纹柱46相组配，毛细管穿过大螺纹柱46进入交汇段50。毛细管与大螺纹柱46之间留有缝隙，高压气体通过该缝隙将从毛细管中挤出的粘性液体聚焦为稳定射流通过交汇段50，流入回收段60。
如图12所示，交汇段50具有五面贯通的腔体结构，其中三面分别与进气段40、回收段60、固定段70连通，另外两面分别通入入射光和衍射光，该腔体结构的尺寸设计保证了可收集的衍射角范围。
如图13所示，回收段60具有两个相对延伸的侧臂62，以及用于回收粘性液体的回收槽61，侧臂62的端部具有倒角，该回收段60通过两个侧臂62与交汇段50卡接，悬挂于交汇段50的下方。
如图14所示，固定段70内部具有凹槽71，该凹槽71通过圆角72与侧角头外形适配。即可根据侧角头的位置移动来将稳定射流与X光对中，从而进行衍射数据的采集。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述均为常规技术内容。
Claims (10)
1.一种用于蛋白质晶体结构解析的高粘度挤压喷射上样装置，其特征在于，包括：
进液段，其与一液压装置相连，液体在液压装置的作用下输入该进液段；
与进液段相连的活塞段，包括在其内部做往复运动的活塞杆；
与活塞段相连的样品段，活塞杆的一端与进液段输入的液体相接触，另一端与样品段内的粘性样品接触并将粘性样品通过毛细管挤出；
通过毛细管与样品段连接的进气段，其具有一个用于输入高压气体的开口；
与进气段连接的交汇段，来自进气段的气体通过剪切力将从毛细管挤出的粘性样品聚焦为稳定射流并保持在该交汇段与X光交互；
与交汇段连接的回收段，用于粘性样品的回收；
与交汇段连接的固定段；以及
可插入样品段与进气段之间的线下分离段，其包括通过毛细管相连的线下分离上端和线下分离下端；
其中，整个高粘度挤压喷射上样装置通过固定段与衍射仪的测角头组配实现固定，并用于蛋白质晶体结构的解析。
2.根据权利要求1所述的高粘度挤压喷射上样装置，其特征在于，所述高粘度挤压喷射上样装置包括以下三种组配方式：一、毛细管从样品段贯穿进气段进入交汇段，用于进行串行晶体学实验；二、样品段与线下分离上端相连，进气段与线下分离下端相连，毛细管从样品段贯穿线下分离上端和线下分离下端进入进气段再到交汇段，用于进行线下分离实验；三、线下分离上端和线下分离下端分别内设凹槽，通过二通管螺柱连接二通管、三通管或四通管以接入介质液体，用于进行时间分辨实验。
3.根据权利要求1所述的高粘度挤压喷射上样装置，其特征在于，进液段、活塞段、进气段、交汇段、回收段、固定段、线下分离段中任意相邻两模块之间通过螺纹接口以及密封圈相连，实现该高粘度挤压喷射上样装置的装配和密封。
4.根据权利要求1所述的高粘度挤压喷射上样装置，其特征在于，进液段的液体输入端口采用收口设计，并具有周向延伸的凸缘，该液体输入端口通过胶皮管与液压装置相连实现密封。
5.根据权利要求1所述的高粘度挤压喷射上样装置，其特征在于，活塞段内具有一用于安装活塞杆的活塞室，活塞杆的两端分别具有大端口和小端口，并与尺寸适配的弹性胶帽组配。
6.根据权利要求5所述的高粘度挤压喷射上样装置，其特征在于，样品段内具有一用于容纳粘性样品的样品室，活塞杆的小端口伸入该样品室内挤压粘性样品向前移动，该样品室与进气段的接口处具有螺纹凹槽，并通过带有毛细管的密封螺钉密封。
7.根据权利要求1所述的高粘度挤压喷射上样装置，其特征在于，进气段的内部为收口设计以便于毛细管位置校正，进气段还包括一个可装配的气体缓冲段，缓冲段内部采取螺旋通道，用于缓冲氮气罐或氦气罐通入进气段的高速气体。
8.根据权利要求1所述的高粘度挤压喷射上样装置，其特征在于，交汇段具有五面贯通的腔体结构，其中三面分别与进气段、回收段、固定段连通，另外两面分别通入入射光和衍射光，该腔体结构的尺寸设计保证了可收集的衍射角范围。
9.根据权利要求1所述的高粘度挤压喷射上样装置，其特征在于，回收段悬挂于交汇段的下方，该回收段具有两个相对延伸的侧臂，以及回收粘性液体的回收槽，该回收段通过两个侧臂与交汇段卡接。
10.根据权利要求2所述的高粘度挤压喷射上样装置，其特征在于，在时间分辨实验中，时间分辨的尺度可通过改变毛细管长度和液流速度进行调节。
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