CN1570621A - 用于毛细管电泳的电动进样复合管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于毛细管电泳的电动进样复合管，采用双管式带隔膜结构，其中一管设计为样品管，而另一管为电极管，分别用来接纳电动进样的毛细管和铂电极，同时在样品管与电极管之间共有的内管壁上设置一多孔隔膜用来防止样品管与电极管之间的液体流动，隔膜的多孔性又能起着良好的导电作用。在样品管的底部与外壁之间为曲面连接，这样可以有效地消除电场死角。本发明有效地解决了传统电动进样(包括场放大进样)时电极表面产生气泡和热不均匀性所致的液体对流，同时也有效地避免了电动进样的电场死角。

Description

用于毛细管电泳的电动进样复合管

技术领域

本发明涉及一种用于毛细管电泳的电动进样复合管，可广泛应用于毛细管电泳的多种样品常规压力进样、重力进样和电动进样，尤其是大体积电动进样富集，提高分析毛细管电泳的稳定性和检测灵敏度。

背景技术

毛细管电泳(capillary electrophoresis，CE)为高效分离分析技术，已广泛应用于基因、蛋白质、药物等多种化合物的分离和分析。由于内径小，常规CE上样量一般控制在柱体积的5％以内，上样体积在几-几十nl之间。Thormann(A.B.Wey，C.-X.Zhang and W.Thormann，J.Chromatogr.A 853：95-106，1999)等采用的大体积进样富集技术，能将进样体积提高到几百nl，甚至达到μl级，但远未达到10μl以上的数量级。Hjerten(J.-L.Liao，R.Zhang and S.Hjerten，J.Chromatogr.A 676：421-430，1994)等利用内经较大的毛细管成功研制出微量制备性CE，但其进样能力仍然在10μl级以下。因此，CE很难用于真正意义上的蛋白质、DNA和药物等的微量制备需要。

场放大样本进样富集(Y.He and H.K.Lee，Anal.Chem.71：995-1001，1999)能显著提高进样体积。但场放大进样(包括常规电动进样)所用的样品管为单管式结构，电动进样时铂电极与毛细管同在样品管中的样品液中；因此，样品管本身又为电极管，样品液本身又为电极液。这种设计导致在场放大进样时铂电极产生的电解气泡引起样品液的对流。同时，在场放大进样时还存在样品液因电场不匀所致的温度不匀引起的热对流以及样品管因设计不当所致的电场死角。这些都将大大减低场放大进样富集和制备的效率。由于气泡所致的对流、热对流和电场死角的存在，常规电动进样(包括场放大进样)的重复性较差，不利于严格的定量分析。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于毛细管电泳的电动进样复合管，消除大体积电动进样时铂电极产生的电解气泡引起样品液的对流，降低样品液电场不匀所致的温度不匀导致的热对流，消除样品管因设计不当产生的电场死角，提高电动进样的体积和富集的效率，提高电动进样(包括场放大进样)的稳定性和重复性。

为实现上述目的，本发明采用以下实施方案：摒弃原有的单管式样品管的设计，转而改成双管式带隔膜的电动进样复合管，其中一管设计为样品管，而另一管为电极管，分别用来接纳电动进样的毛细管和铂电极。同时在样品管与电极管之间共有的内管壁上设置一多孔隔膜，用来防止样品管与电极管之间的液体流动，隔膜的多孔性又能起着良好的导电作用。在样品管的底部与外壁之间为曲面连接，这样可以有效地消除电场死角。最后，复合管配备一管盖。

本发明的复合管由样品管、电极管、隔膜、管盖组合而成。样品管设计成直立，由外管壁、内管壁、隔膜和管底形成，管底与外管壁之间为曲面连接(用来消除电场死角)，其容纳的样品液体积一般10-2000μl之间，并有相应的样品液刻度标记。电极管为直立结构，由外管壁、内管壁、隔膜和管底组成，其容纳的样品液体积一般设计在200-2000μl之间，并有相应的样品液刻度标记。隔膜固定在内管壁和管底之间，或在内管壁的上部，其作用是为样品管和电极管之间液体的导电提供通道，同时对抗两管之间的液体流动和对流。隔膜可用微孔滤膜、或透析膜、或超滤摸、或多孔陶瓷、或凝胶制成。复合管配备一管盖，管盖上可设计毛细管孔道和铂电极孔道，它们分别为毛细管和铂电极通行提供通道，管盖可由塑料或橡胶等材料制成。内管壁、外管壁和管底可由透明的憎水性材料制成。整个复合管外形可设计成圆柱形、或棱柱形。

使用时，在样品管和电极管分别注满样品液和电极液，上下移动复合管或毛细管与铂电极，毛细管和铂电极便分别进入样品管的样品液和电极管的电极液。开启CE的高压电源，便可进行常规电动进样或大体积进样富集。

本发明有以下优点和效果：

第一、有效地消除了传统电动进样(包括场放大进样)时电解产生的气泡引起的样品液的对流。在传统电动进样(包括场放大进样)时，铂电极和毛细管同在样品液中。由于电解的存在，在铂电极表面会形成气泡，气泡的上升不可避免的产生液体的对流。本发明完全避免了气泡产生的对流对样品液的影响。

第二、有效地避免了传统电动进样(包括场放大进样)时热不均匀性引起的热对流。在传统的电动进样中存在严重的电场非均匀性。由于溶液的电导为均匀的，因此溶液中产热为非均匀性的，从而溶液的温度随着电动进样的进行也为非均匀性的。这不可避免的产生热对流。本发明在很大程度上避免了电场的非均匀性。虽然在样品液中，毛细管末端处电场密度最大、产热最多、温度最高；但毛细管末端可设计在样本液的最高点，因此不能引起明显的热对流。

第三、极大地消除了电场死角。在传统的电动进样(包括场放大进样)中存在很多电场死角，这会引起进样效率和重复性的下降。本发明在电场死角处采用曲面设计，将毛细管末端接触样品液的表面，尤其是在图1的设计(内管壁和外管壁为憎水材料，毛细管末端为亲水材料)会自动形成弓形曲面，这样会有效的消除电场死角。

第四、显著提高了电动进样的稳定性和重复性。上述的电解气泡产生的对流、热对流和电场死角等是造成电动进样不稳定性的主要原因。本发明的实施有效地避免了这些电动进样稳定性不利的因素，因此将提高电动进样的稳定性和重复性。

本发明有以下应用前景：

第一、用于CE常规的电动进样，包括场放大进样富集。到目前为止，常规电动进样的模式仍为铂电极和毛细管同时插入样品液进行电动进样，因此存在上述的一系列无法避免问题，如对流和电场死角。本发明有效的消除了常规电动进样(包括场放大进样)时的多种不利因素，会明显提高CE的稳定性和重复性，提高多种富集方法对CE灵敏度的贡献。

第二、用于制备性CE。虽然有少量制备性CE的研究报道，但在实际应用中很少见制备性CE的报道。这主要归咎于CE的上样量少，即使整根毛细管充满样品液一般只有5μl以下。利用本发明，结合其他电动进样的富集技术，为微量制备型CE提供了条件。

第三，通过在管盖上设计气动孔道，实现与压力进样的兼容，可用于常规的压力和重力进样。

附图说明

图1为本发明隔膜下置型电动进样复合管实施例的结构示意图。

图1中，1是样品管(点画线线框包含的部分)，2是电极管(虚线线框包含的部分)，3为隔膜，4为管盖，5为样品管外管壁，6为电极管外管壁，7为管底，8为样品液刻度，9为电极液刻度，10为连接曲面，11为内管壁，12为毛细管孔道，13为铂电极孔道，14为样品液，15为电极液，16为毛细管，17为铂电极，18为高度卡板。

图2为本发明隔膜上置型复合管实施例的结构示意图。

图2中，3为隔膜，4为管盖，5为样品管外管壁，6为电极管外管壁，7为管底，8为样品液刻度，9为电极液刻度，10为连接曲面，11为内管壁，12为毛细管孔道，13为铂电极孔道，14为样品液，15为电极液，16为毛细管，17为铂电极，18为高度卡板。

图3为本发明简易型复合管实施例的结构示意图。

图3中，3为隔膜，4为管盖，5为样品管外管壁，6为电极管外管壁，7为管底，8为样品液刻度，9为电极液刻度，10为连接曲面，11为内管壁，14为样品液，15为电极液，16为毛细管，17为铂电极，18为高度卡板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明的用于毛细管电泳的电动进样复合管结构如图1所示，采用双管式带隔膜结构，主要包括样品管1、电极管2、隔膜3和管盖4。样品管1与电极管2均为直立结构，分别由各自的外管壁、管底7及两者共有的内管壁11、隔膜3组成。在样品管1与电极管2之间设置的隔膜3为样品管1和电极管2之间液体的导电提供通道。在图1所示隔膜下置型电动进样复合管的实施例中，隔膜3设置在内管壁11的下部和管底7之间。在复合管上部有一管盖4覆盖在样品管1和电极管2上，管盖4上方设置高度卡板18，管盖4上开有毛细管孔道12和铂电极孔道13，毛细管16通过高度卡板18及毛细管孔道12插入样品液14，铂电极17通过高度卡板18及铂电极孔道13插入电极液15。样品管外管壁5与管底7之间采用连接曲面10进行连接，以消除电场死角。样品管外管壁5上有样品液刻度8，电极管外管壁6上有电极液刻度9。

图2所示为隔膜上置型电动进样复合管的结构。与图1相比，隔膜3设置在内管壁11的上部。使用时，毛细管16插入样品液14并接近管底7。

图1的隔膜下置型电动进样的复合管，以及图2的隔膜上置型电动进样的复合管可用于自动化电动进样的CE，适合于自动化程度很高的高效毛细管电泳(如Beckmann公司的HPCE和Agilent公司的HPCE)。

图3所示为适合于自动化程度较低的CE的简易复合管的结构。与图1所示结构相比，管盖4不是固定覆盖在复合管上，管盖4上也没有设计毛细管孔道12和铂电极孔道13，使用时可以开启管盖4，将毛细管16和铂电极17直接插入样品管1和电极管2至指定位置。

Claims (4)

1、一种用于毛细管电泳的电动进样复合管，其特征在于采用双管式带隔膜结构，包括样品管(1)、电极管(2)、隔膜(3)和管盖(4)，样品管(1)与电极管(2)共有的内管壁(11)中设置隔膜(3)，为样品管(1)和电极管(2)之间液体的导电提供通道，管盖(4)覆盖在样品管(1)和电极管(2)上，管盖(4)上开有毛细管孔道(12)和铂电极孔道(13)，样品管外管壁(5)与管底(7)之间采用连接曲面(10)进行连接以消除电场死角，样品管外管壁(5)上有样品液刻度(8)，电极管外管壁(6)上有电极液刻度(9)。

2、如权利要求1的用于毛细管电泳的电动进样复合管，其特征在于所述隔膜(3)设置在内管壁(11)下部和管底(7)之间。

3、如权利要求1的用于毛细管电泳的电动进样复合管，其特征在于所述隔膜(3)设置在内管壁(11)上部。

4、如权利要求1的用于毛细管电泳的电动进样复合管，其特征在于所述管盖(4)可以取下，管盖(4)上不设毛细管孔道(12)和铂电极孔道(13)。

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