CN1588033A - 一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置 - Google Patents

一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置，其特征在于：它包括一芯片、外接的高、低压直流电源及检测系统，所述芯片上依序设置有微型电渗泵、进样系统、等电聚焦分离系统及废液池，所述高压直流电源加载在所述等电聚焦分离系统上，所述低压直流电源加载在所述微型电渗泵和进样系统上。本发明采用芯片作为装置的基体，通过与外接的高、低压电源的连接，将微型电渗泵、进样系统、等电聚焦分离系统、检测系统等全部制作在芯片上，使整体装置结构简单，体积小，使用方便。本发明可以通过控制电渗泵的驱动电压来调节电渗泵的输出流量，进而调节迁移聚焦区带的速度，适用于各种蛋白质等两性物质进行等电聚焦两步法检测分离分析，而且检测效率高，检测效果好。

Description

一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置
技术领域
本发明涉及一种芯片装置，特别是关于一种适用于蛋白质等两性物质使用的简易的两步法等电聚焦分离分析装置。
背景技术
等电聚焦分离方法是毛细管电泳分离分析的一种模式，广泛应用于具有不同等电点的蛋白质混合物样品的分离。等电聚焦分离方法分为两种形式：一步法和两步法。一步法也称为动态聚焦法，它是利用pH梯度和电渗的共同作用，使区带在聚焦中迁移或在迁移中聚焦。两步法是将等电聚焦分离中的聚焦过程和迁移过程分别进行。两步法比一步法具有更高的检测灵敏度、分离效率和更好的重现性，因此被更为广泛地应用。传统的两步法等电聚焦分离中的迁移方式有化学迁移和压差迁移。化学迁移方法就是在阳极(或阴极)电解液中加入盐或两性离子，在直流电场作用下，使聚焦区带向检测窗口方向迁移。压差迁移则是采用恒定的流体力学流动，利用真空或低压推动，使聚焦区带迁移。但是这两种迁移方式存在各自的缺点：化学迁移，无论是用盐或两性离子，均不能提供线性pH梯度，不利于等电点(pI)值的测定。而压差迁移需辅助设备，实验装置较为复杂，连接到毛细管上也比较麻烦。这在一定程度上阻碍了两步法等电聚焦分离方法的发展和应用，因此设计出一种简单的装置，使迁移区带易于控制，对于毛细管电泳等电聚焦蛋白质等两性物质的分离分析具有一定的实用意义。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是在压差迁移的基础上，提供一种结构简单，可以精确地控制和调节迁移聚焦区带速度的简易的两步法等电聚焦分离分析装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置，其特征在于：它包括一芯片，外接的高、低压直流电源及检测系统，所述芯片上依序设置有微型电渗泵、进样系统、等电聚焦分离系统及废液池，所述高压直流电源加载在所述等电聚焦分离系统上，所述低压直流电源加载在所述微型电渗泵和进样系统上。
所述等电聚焦分离系统包括分别连接所述高压直流电源正、负极的阳极缓冲溶液储液池和阴极缓冲溶液储液池，等电聚焦分离通道，及两纳米尺度通道，所述两纳米尺度通道分别连接所述阳极缓冲溶液储液池和阴极缓冲溶液储液池至所述等电聚焦分离通道，所述等电聚焦分离通道一端连接所述微型电渗泵，另一端连接所述废液池，在连接所述阴极缓冲溶液储液池的纳米尺度通道与等电聚焦分离通道的连接点与废液池之间，设置所述检测系统。
所述微型电渗泵包括储液池、填充通道和电极，所述填充通道一端连接所述储液池，另一端连接所述电聚焦分离通道，所述电极设置在所述填充通道与所述电聚焦分离通道的连接点处，且与所述低压直流电源负极连接，所述储液池连接所述低压直流电源正极。
所述进样系统包括样品池、修饰通道和电极，所述修饰通道一端连接所述样品池，另一端连接所述等电聚焦分离通道，且所述连接点位于连接所述阳极缓冲溶液储液池的纳米尺度通道与等电聚焦分离通道的连接点之后，所述电极连接所述低压直流电源的负极，所述样品池连接所述低压直流电源的正极。
所述等电聚焦分离通道为通过物理涂附涂层或化学改性抑制了电渗的通道，其内径为50～500μm。
所述填充通道为利用溶胶-凝胶技术成型的无机整体材料，通道内径为300μm以下。
所述修饰通道为强化电渗流的芯片通道。
所述检测系统为与芯片适配的检测器。
所述芯片检测器为激光诱导荧光检测器、紫外检测器、化学发光检测器中的一种。
本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用芯片作为装置的基体，通过与外接的高、低压电源的连接，将微型电渗泵、进样系统、等电聚焦分离系统、检测系统等全部制作在芯片上，因此使整体装置结构简单，体积小，制作、使用方便。2、本发明采用微型电渗泵作为驱动力，其可以方便精确地通过控制电渗泵的驱动电压来调节电渗泵的输出流量，进而调节迁移聚焦区带的速度，这在压差迁移中是极为重要的，可以提供线性pH梯度，用于未知蛋白质等电点的测定，从而拓展了两步法等电聚焦分离方法的发展和应用。3、本发明通过在芯片上制作各种不同材料和尺寸的流体通道，以及各种位置的高、低压电场的引入，有效地避免了现有技术中毛细管的复杂连接，使整个操作过程在各个通道的转换连接中有序进行，先是将待分离蛋白质等两性物质样品在分离通道内等电聚焦后，再通过微型电渗泵驱动将聚焦区带缓慢迁移经过检测系统，圆满地完成了检测目的。本发明结构简单，操作方便，检测效率高，检测结果稳定，它可以广泛适用于等电聚焦两步法分离分析蛋白质等两性物质。
附图说明
图1是本发明的装置示意图
图2是图1的局部放大图
具体实施方式
如图1、图2所示，为本发明包括一芯片10、外接的高、低压直流电源6、7及检测系统4，芯片10上设置有微型电渗泵1、进样系统2、等电聚焦分离系统3、及废液池5。
如图2所示，微型电渗泵1包括储液池11、填充通道12及电极13，储液池11通过引线与低压直流电源7的正极连接，并通过填充通道12与等电聚焦分离系统3的等电聚焦分离通道33相连通。电极13设置在填充通道12与等电聚焦分离通道33的连接处，并通过引线与低压直流电源7的负极连接。其中，填充通道12为利用溶胶-凝胶技术成型的无机整体材料，通道内径在300μm以下(0除外)。微型电渗泵1由100～200V的低压直流电源驱动，通过控制电压来调节流体的输出压强和流量。
进样系统2包括样品池21、修饰通道22及电极23，样品池21通过引线与低压直流电源7的正极连接，并通过修饰通道22与等电聚焦分离系统3的等电聚焦分离通道33相连通，且该连接点与填充通道12与等电聚焦分离通道33的连接处间隔一定距离。修饰通道22为通过表面修饰阴离子基团强化电渗流的通道，更有利于电渗驱动进样。电极23设置于修饰通道22中部，并通过引线与低压直流电源7的负极连接。当然，进样系统2也可以直接采用重力进样的方式，比如利用样品池与废液池之间液面差进样，或者将样品池一端直立使之液面高于废液池从而进样。
如图1所示，等电聚焦分离系统3，包括阳极缓冲溶液储液池31、阴极缓冲溶液储液池34及等电聚焦分离通道33，两储液池31、34分别通过起控制限流开关作用的纳米尺度通道32与等电聚焦分离通道33相连通，其中阳极缓冲溶液储液池31与等电聚焦分离通道33的连接点位于修饰通道22与等电聚焦分离通道33的连接点之前；阴极缓冲溶液储液池34与等电聚焦分离通道33的连接点位于等电聚焦分离通道33的后部，等电聚焦分离通道33的末端连通废液池5。阳极缓冲溶液储液池31通过引线与高压直流电源6的正极连接，阴极缓冲溶液储液池34通过引线与高压直流电源6的负极连接。在连接阴极缓冲溶液储液池34的纳米尺度通道32与等电聚焦分离通道33的连接点与废液池5之间，设置检测系统4。检测系统4为各种与芯片适配的光学检测器，例如激光诱导荧光检测器，紫外检测器，化学发光检测器，也可以采用质谱检测，其连接方式与光学检测器的连接方式不同。等电聚焦分离通道33为通过物理涂附涂层或化学改性抑制了电渗的通道，其内径为50～500μm，长度在2～5cm，可在通道两端施加2～5kV的高压直流电源，实现蛋白质的等电聚焦分离。
本发明采用了两台高稳定的高、低压直流电源6、7，其中高压直流电源6用于等电聚焦分离系统3，低压直流电源7用于微型电渗泵1的输液以及进样系统2。
本发明的工作过程如下：首先，接通样品池21和电极23的低压直流电源7，样品池21内的待测样品便通过修饰通道22的驱动，进入等电聚焦分离通道33，由于微型电渗泵1的填充通道12内成型无机整体材料的阻力，以及纳米尺度通道32的限流作用，待测样品主要进入并充满等电聚焦分离通道33，完成进样过程。然后切断导通样品池21和电极23的低压直流电源7，接通阳极缓冲溶液储液池31和阴极缓冲溶液储液池34间的高压直流电源6，进行等电聚焦。等电聚焦分离通道33中的待测样品在高压电场的作用下完成等电聚焦分离后(这个过程要持续一段时间，例如几分钟)，再开启微型电渗泵1，即接通储液池11中流体和电极13间的低压直流电源7，使之在填充通道12的作用下，以一定的流速和压强被驱动，由于修饰通道22的阻力、以及纳米尺度通道32的限流作用，这些被驱动的流体主要进入等电聚焦分离通道33中，对等电聚焦分离通道33中已聚焦好的区带进行迁移，使聚焦区带缓慢经过检测系统4，实现检测。本发明可以通过控制加在微型电渗泵1上低压直流电源7的电压来调节储液池11中流体的输出压强和流量，控制聚焦区带的迁移速度。
实施例1：将本发明用于等电聚焦分离溶菌酶和牛血清蛋白。
等电聚焦分离通道33为二甲基聚硅氧烷涂层通道，膜厚0.06μm，通道宽度100μm，通道长5cm，有效长度4.2cm。阴极缓冲溶液为20mM的0.2％MC溶液，阳极缓冲溶液为120mM的0.2％MC溶液。聚焦电压1KV；微型电渗泵1输送的液体为甲醇/水＝30/70；微型电渗泵1的驱动电压为100V。柱上紫外-可见毛细管电泳检测器的检测波长为280nm。取得了很好的分离效果。
实施例2：将本发明用于等电聚焦分离血红蛋白和细胞色素c。等电聚焦分离通道33为聚二甲基硅氧烷(PDMS)通道，通道宽度200μm，通道长5cm，有效长度4cm。阴极缓冲溶液为0.7％的NaOH溶液，阳极缓冲溶液为0.1mM的H3PO4溶液，衍生的染料为异硫氰酸荧光素(FITC)。聚焦电压为2KV；微型电渗泵1输送的液体为甲醇/水＝40/60；微型电渗泵1的驱动电压为150V。激光诱导荧光检测器的检测波长为488nm。分离效果良好。
综上所述，本发明装置简单，适用于等电聚焦两步法分离分析蛋白质等两性物质。

Claims (10)

1、一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置，其特征在于：它包括一芯片，外接的高、低压直流电源及检测系统，所述芯片上依序设置有微型电渗泵、进样系统、等电聚焦分离系统及废液池，所述高压直流电源加载在所述等电聚焦分离系统上，所述低压直流电源加载在所述微型电渗泵和进样系统上。
2、如权利要求1所述的一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置，其特征在于：所述等电聚焦分离系统包括分别连接所述高压直流电源正、负极的阳极缓冲溶液储液池和阴极缓冲溶液储液池，等电聚焦分离通道，及两纳米尺度通道，所述两纳米尺度通道分别连接所述阳极缓冲溶液储液池和阴极缓冲溶液储液池至所述等电聚焦分离通道，所述等电聚焦分离通道一端连接所述微型电渗泵，另一端连接所述废液池，在连接所述阴极缓冲溶液储液池的纳米尺度通道与等电聚焦分离通道的连接点与废液池之间，设置所述检测系统。
3、如权利要求2所述的一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置，其特征在于：所述微型电渗泵包括储液池、填充通道和电极，所述填充通道一端连接所述储液池，另一端连接所述电聚焦分离通道，所述电极设置在所述填充通道与所述电聚焦分离通道的连接点处，且与所述低压直流电源负极连接，所述储液池连接所述低压直流电源正极。
4、如权利要求2所述的一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置，其特征在于：所述进样系统包括样品池、修饰通道和电极，所述修饰通道一端连接所述样品池，另一端连接所述等电聚焦分离通道，且所述连接点位于连接所述阳极缓冲溶液储液池的纳米尺度通道与等电聚焦分离通道的连接点之后，所述电极连接所述低压直流电源的负极，所述样品池连接所述低压直流电源的正极。
5、如权利要求3所述的一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置，其特征在于：所述进样系统包括样品池、修饰通道和电极，所述修饰通道一端连接所述样品池，另一端连接所述等电聚焦分离通道，且所述连接点位于连接所述阳极缓冲溶液储液池的纳米尺度通道与等电聚焦分离通道的连接点之后，所述电极连接所述低压直流电源的负极，所述样品池连接所述低压直流电源的正极。
6、如权利要求2或3或4或5所述的一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置，其特征在于：所述等电聚焦分离通道为通过物理涂附涂层或化学改性抑制了电渗的通道，其内径为50～500μm。
7、如权利要求3或4或5所述的一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置，其特征在于：所述填充通道为利用溶胶-凝胶技术成型的无机整体材料，通道内径为300μm以下。
8、如权利要求4或5所述的一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置，其特征在于：所述修饰通道为强化电渗流的芯片通道。
9、如权利要求1或2或3或4或5所述的一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置，其特征在于：所述检测系统为与芯片适配的检测器。
10、如权利要求9所述的一种简易的两步法等电聚焦分离分析装置，其特征在于：所述芯片检测器为激光诱导荧光检测器、紫外检测器、化学发光检测器中的一种。
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