CN202144483U - 一种微流体蛋白质结晶板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微流体蛋白质结晶板，包括支撑结构部以及在支撑结构部上以阵列形式分布的结晶单元，所述结晶单元由两端的储液孔部和连通两端储液孔部的连接槽部组成，所述储液孔部的内腔截面积从上向下逐渐减小，所述的连接槽部的连接槽包括相互隔离的开口向上的上连接槽和开口向下的下连接槽；上连接槽的一端与一个储液孔部的腔体的中上部相连通，上连接槽的另一端与另一个的储液孔部的腔体的中上部相连通；下连接槽的一端与一个储液孔部的腔体的底部相连通，下连接槽的另一端与另一个储液孔部的腔体的底部相连通。本实用新型的结晶板适合不同体积的蛋白质溶液滴试，对需要的覆盖油的体积容纳性也很大，很利于机械和人工操作。

Description

一种微流体蛋白质结晶板

技术领域

本实用新型涉及蛋白质结晶或结晶条件筛选的装置，具体涉及一种微流体蛋白质结晶板。

背景技术

随着生物技术的发展，蛋白质等生物大分子的独特的功能特性越来越受到人们的重视，其中，许多蛋白质的药用性能不断被发现。众所周知，分子的功能特性主要取决于它独特的三维空间结构，因而，要了解确定某一生物大分子的功能，就必须研究并测定其三维结构；另一方面，了解生物大分子的结构对于药物设计，改变或修饰分子结构并使之具有特定的应用特性也具有非常重要的意义。

目前蛋白质结构测定的方法主要有三种：X 射线衍射技术、核磁共振技术和电子显微镜技术。根据蛋白质结构数据库（Protein Data Bank, PDB）提供的数据，截至2009 年4 月16日，已有52,686 种蛋白质结构被解析并提交到PDB 数据库中，其中85%以上的结构（45,620）是通过X 射线衍射技术得到的。因此，X 射线衍射技术仍是现阶段最主要的和最可靠的蛋白质结构解析方法。高质量蛋白质晶体是X 射线衍射必须提供的样品，而如何获得高质量的适合衍射的晶体一直都是困扰结构生物学家的主要问题。从理论上来讲，只要找到合适的晶体生长条件，可溶性的蛋白质都可以得到高质量、适用于晶体结构解析的单晶；但是上述“合适的晶体生长条件”的寻找需要进行大量的尝试，进行繁琐的初筛和优化。

微流芯片技术（Microfluidic technique）是基于液-液扩散原理兴起的一种蛋白质结晶技术。微流芯片技术的主要优点在于只需要很少的蛋白质就可以筛选一系列不同浓度配比的结晶溶液条件。所以，微流芯片技术具有蛋白质需求量少、蛋白质溶液结晶剂量化和筛选高通量等特点，受到了很多结构生物学家的关注。但是微流芯片技术设备复杂、耗材昂贵，目前还没有得到广泛的应用。

美国专利文献US6409832公开了一种利用液-液扩散来促进蛋白质晶体生长的微流体装置，该装置包括一个或多个混合结晶室，各室包括蛋白质溶液的入口和相对的结晶剂（沉淀剂）的入口。蛋白质溶液通过蛋白质入口引入特定体积的填充室，并从该处进入混合室；结晶剂通过结晶剂入口填充入混合室，并利用液-液扩散将液体混合。但是该结晶装置结构较为复杂，因此装置的生产成本较高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于微流芯片技术的筛选条件更多和操作条件更便利的蛋白质结晶板。

实现本实用新型目的的技术方案是一种微流体蛋白质结晶板，该结晶板为注塑一体件；包括支撑结构部以及在支撑结构部上以阵列形式分布的结晶单元，每一个结晶单元由两端的储液孔部和连通两端储液孔部的连接槽部组成；所述的储液孔部的储液孔为沿上下方向设置的通孔，储液孔部的内腔截面积从上向下逐渐减小；所述的连接槽部的连接槽包括相互隔离的开口向上的上连接槽和开口向下的下连接槽；上连接槽的一端与一个储液孔部的腔体的中上部相连通，上连接槽的另一端与另一个的储液孔部的腔体的中上部相连通；下连接槽的一端与一个储液孔部的腔体的底部相连通，下连接槽的另一端与另一个储液孔部的腔体的底部相连通。

所述支撑结构部由面板和支撑于面板四周边沿的支撑部组成；面板由其板体上所设置的以阵列形式分布的各个连接部位从上方连接在位于下侧的相应的结晶单元的两端储液孔部和连接槽部上，且所述的结晶单元的储液孔部的储液孔和连接槽部的上连接槽均与上方的外部空间相通，所述的结晶单元的储液孔部的储液孔和连接槽部的下连接槽则均与下方的外部空间相通。

所述储液孔部的储液孔按照从上至下的次序依次分为上孔段、下孔段和底部孔段；储液孔的上孔段为上大下小的带有侧部缺口的圆台形，储液孔的下孔段为开口向上的半球形，上下孔段的轴线相同；储液孔的底部孔段为沿连接槽部的下连接槽的长度方向设置的长条状矩形孔；上孔段的侧部缺口为开口向上的与上连接槽相通的截面形状为上大下小的梯形的缺口，该侧部缺口的下端与上孔段的下端处于同一高度位置。

所述连接槽部的上连接槽和下连接槽相对于一个沿其长度方向设置的铅垂面对称设置.

下连接槽是沟槽，下连接槽的位于长度方向上的一端与一个储液孔部的储液孔的底部孔段相连通，下连接槽的位于长度方向上的另一端与另一个储液孔部的储液孔的底部孔段相连通.

上连接槽是截面形状为上大下小的梯形的容纳槽，上连接槽的位于长度方向上的两端各与相应一个储液孔部的储液孔的上孔段的侧部缺口相连通。

所述下连接槽是截面形状为长方形的U型沟槽；或者下连接槽是截面形状为V型的V型沟槽。

当所述下连接槽为U型沟槽时，U型沟槽的宽度W为0.2mm或0.3mm，U型沟槽的深度D为0.2mm或0.3mm。

当所述下连接槽为V型沟槽时，V型沟槽的最上端的宽度W为0.2mm或0.3mm，V型沟槽的深度D为0.2mm或0.3mm。

所述在支撑结构部上以阵列形式分布的结晶单元有5列8行共40个。

所述以阵列形式分布的结晶单元为以方阵形式分布；各上下相邻的结晶单元之间，上下相邻的储液孔部的中心间距相等；各左右相邻的结晶单元之间，左右相邻的储液孔部的中心间距均相等。

本实用新型具有积极的效果：（1）本实用新型的结晶板基于液-液扩散法中微流芯片技术，结合了微流体和油覆盖两种技术，设计了有更多筛选条件和更便利的操作条件的蛋白质结晶板。

（2）本实用新型的结晶板的下连接槽的上方不与外界接触，只需向两端储液孔部滴入适量的覆盖油覆盖储液孔部的溶液。

（3）本实用新型的微流体蛋白质结晶板成本经济，不管人工或者机械操作，结晶板的精度较高。

（4）本实用新型的结晶板使用时，先在结晶板的底部完全覆盖一层薄膜，而从下方将结晶单元的下连接槽和储液孔密封起来，然后将结晶板正面朝上放置在工作台上；再在结晶单元的一个储液孔部中加入蛋白质溶液，在另一个储液孔部中加入沉淀剂或盐溶液，两端溶液分别流到由薄膜密封的储液孔的底部孔段后，再在位于2个储液孔部之间的下连接槽中扩散而使得两个储液孔部中的物质可以相互混合；下连接槽中的物质也不与上方外界接触，再向两端储液孔部滴入适量的覆盖油而覆盖储液孔部中的溶液，所加入的覆盖油能够阻止其中的溶液的大量快速挥发，还可以减少空气中的杂质污染以及在移动结晶板时可以防止其中溶液的晃动，从而有利于结晶板的运输和实验体系稳定。由于结晶板采用透明材料，因此工作人员使用时可以在上连接槽的上方观察下连接槽内蛋白质晶体的结晶状况。蛋白质结晶后只需撕开底部薄膜即可取出蛋白质晶体，操作方便，也可以进行下一步的结晶嫁接或直接X晶体衍射。

（5）本实用新型的结晶板采用阵列式排布结晶单元，且在相邻的结晶单元之间优选上下相邻或左右相邻的储液孔部的中心间距均相等，从而可方便快速地实现不同种类、不同浓度的蛋白质在蛋白质结晶板上的结晶与筛选。

附图说明

图1为本实用新型的结晶板的立体图；

图2为图1结晶板的下视图；

图3为图1结晶板中一个U型单元的俯视图；

图4为图3的A向立体视图；

图5为图4向右翻转180°后的立体图；

图6结晶板中一个V型单元的俯视图；

图7为图6的B向立体视图；

图8为图7向右翻转180°后的立体图；

图9为图1的C向立体视图；

上述附图中的标记如下：

支撑结构部1，面板11，支撑部12，上框架12-1，连接部12-2，下框架12-3； 

结晶单元2，储液孔部21，上孔段21-1，下孔段21-2，底部孔段21-3，缺口21-4；下连接槽22，U型沟槽22-1，V型沟槽22-2，上连接槽23，护壁24。

具体实施方式

（实施例1）

见图1，本实施例的微流体蛋白质结晶板为注塑一体件，包括支撑结构部1以及连接在支撑结构部1上的以阵列形式分布的结晶单元2。

支撑结构部1由面板11和支撑于面板11四周边沿的支撑部12组成。面板11的整体形状为缺了一个角的长方形，该三角形缺口用作使用时放置位置的标记，且面板11的板体上设有以阵列形式分布的与各结晶单元2上端截面形状、大小相同的异形通孔。

见图2和图9，支撑部12包括上框架12-1、下框架12-3和连接上、下框架的连接部12-2。上框架12-1的上端面的形状、大小与面板11相对应，支撑部12由其上框架12-1从下方沿着下端面边沿连接在面板11上，上框架12-1与面板11之间的夹角α为15°～90°（本实施例为80°）；下框架12-3的长、宽均大于上框架12-1，下框架12-3通过连接部12-2与上框架12-1固定相连而形成了底部外侧凸缘，所形成的凸缘用于不同结晶板之间的稳定堆叠。

见图2和图3，每一个结晶单元2均从下端沿着相应一个作为连接部位的异形通孔的边缘连接在支撑结构部1的面板11上，每一个结晶单元2包括两端的储液孔部21和连通两端储液孔部21的连接槽部。两端的储液孔部21的中心间距为9mm,12mm,15mm或18mm。

见图4，所述储液孔部21的储液孔为沿上下方向设置的通孔，储液孔部21的内腔截面积从上向下逐渐减小，按照从上至下的次序依次分为上孔段21-1、下孔段21-2和底部孔段21-3；储液孔的上孔段21-1为上大下小的带有侧部缺口的圆台形，所述侧部缺口为开口向上的与连接槽的上部相通的截面形状为上大下小的梯形的缺口21-4，且该缺口21-4的下端与上孔段21-1的下端处于同一高度位置；储液孔的下孔段21-2为开口向上的半球形，上下孔段的轴线相同；储液孔的底部孔段21-3为沿连接槽部的长度方向设置的长条状矩形孔。

连接槽部的连接槽包括相互隔离的开口向上的上连接槽23和开口向下的下连接槽22，上连接槽23和下连接槽22相对于一个沿其长度方向设置的铅垂面对称设置，且所述的铅垂面经过储液孔部21的2个储液孔的轴线。

连接槽的上连接槽23是截面形状为上大下小的梯形的容纳槽，上连接槽23的位于长度方向上的两端各与相应一个储液孔部21的储液孔的上孔段21-1的侧部缺口21-4相连通。上连接槽23从上向下逐渐变窄，上连接槽23的下端与下孔段21-2的上端处于同一高度位置。上连接槽23和结晶单元2的储液孔部21的储液孔均与上方的外部空间相通。

见图5，连接槽的下连接槽22是沟槽，下连接槽22设置在结晶单元2的底部，下连接槽22和结晶单元的储液孔部的储液孔均与下方的外部空间相通。下连接槽22的截面形状为长方形，作为U型沟槽22-1，所述U型沟槽22-1的宽度W为0.2mm或0.3mm，沟槽高度D为0.2mm或0.3mm，包含U型沟槽22-1的结晶单元2即为U型单元。U型沟槽22-1的宽度与储液孔部21的底部孔段21-3的宽度及高度相同，U型沟槽22-1的高度为储液孔部21的下孔段21-2的高度的1/10至1/20；U型沟槽22-1的位于长度方向上的一端与一个储液孔部21的储液孔的底部孔段21-3相连通，U型沟槽22-1的位于长度方向上的另一端与另一个储液孔部21的储液孔的底部孔段21-3相连通，由此U型沟槽22-1以及与其两端相连的储液孔的底部孔段21-3在结晶单元2的底部形成了连贯的开有向下的长方形槽。

用于形成结晶单元2的上连接槽23的左右两块护壁24最上端的间距S即护壁间距S为4mm、5mm或7mm。护壁深度H即上连接槽23的深度也即面板11至上孔段21-1的下端的垂直距离为2.5mm、3mm、3.5mm或4mm。

本实施例的结晶单元2的储液孔部21采用倒圆台形内腔与半球形内腔组合的形式，使得操作时溶液可以很方便地滴入；并且使用时下连接槽22的上端被覆盖，仅两端储液孔部21的底部孔段21-3上端敞口，因此只需少量覆盖油即能完全密封滴入的溶液。

本实施例的微流体蛋白质结晶板（以下简称结晶板）使用时，先在结晶板的底部完全覆盖一层薄膜，作为对下连接槽22和储液孔的底部孔段21-3进行密封的阻挡物从而形成了将2个储液孔连通的密封通道；然后将结晶板正面朝上放置在工作台上。结晶单元2在使用时，其一个储液孔部21用于加入蛋白质溶液，另一个储液孔部21用于加入沉淀剂或盐溶液，两端溶液分别流到由薄膜作为底面的底部孔段21-3内，通过位于2个储液孔部21的储液孔之间的连接槽部的下连接槽22,两个储液孔部21中的物质可以相互扩散；此时工作人员使用时可以在上连接槽23的上方观察下连接槽内蛋白质晶体的结晶状况。由于下连接槽22的上方不与外界接触，只需向两端储液孔部滴入适量的覆盖油覆盖储液孔部的溶液，所加入的覆盖油能够阻止结晶剂的大量快速蒸发，减少空气中的杂质污染和晃动，有利于结晶板的运输和实验体系稳定。

见图6和图7，下连接槽22的截面形状还可以为V型，作为V型沟槽22-2，包含V型沟槽22-2的结晶单元2即为V型单元。V型沟槽22-2的最下端的宽度W为0.2mm或0.3mm，V型沟槽高度D为0.2mm或0.3mm。

V型沟槽22-2的最下端的宽度W及高度D分别与储液孔部21的底部孔段21-3的宽度及高度相同，V型沟槽22-2的高度D为储液孔部21的下孔段21-2的高度的1/10至1/20，V型沟槽22-2的位于长度方向上的两端各与相应一个储液孔部21的底部孔段21-3连通。

为保证微流控通道的稳定及不变形，控制单个微流控通道的宽度在5至2000微米范围。因为宽度太窄的话（例如小于5微米），可能出现纳米效应；反之太宽则导致检测结果出现偏差，因此本实施例选择V型沟槽22的宽度为200微米或300微米。

所述结晶板长127.76mm，宽85.48mm，共有5列8行共40个结晶单元2。以阵列形式分布的结晶单元2为以方阵形式分布，各上下相邻的结晶单元2之间，上下相邻的储液孔部21的中心间距相等；各左右相邻的结晶单元2之间，左右相邻的储液孔部21的中心间距均相等，从而可实现不同种类、不同浓度的蛋白质在蛋白质结晶板上的结晶与筛选。

结晶板采用PC树脂作为原料注塑而成，制成的结晶板透明并且不易产生划痕和损坏，同时也有足够稳定度；结晶板的材料也可选择其他相似性质的塑料如PE等。由于制备材料塑料具有疏水性质，而结晶板经常要求水溶液与材料有很大的亲和性，因此需要通过表面处理使结晶板表面变成亲水性；本实施例采用电晕法进行表面处理，使其表面具有亲水属性后再投入使用。

以上各实施例是对本实用新型的具体实施方式的说明，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本实用新型的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种微流体蛋白质结晶板，该结晶板为注塑一体件；其特征在于：包括支撑结构部（1）以及在支撑结构部（1）上以阵列形式分布的结晶单元（2），每一个结晶单元（2）由两端的储液孔部（21）和连通两端储液孔部（21）的连接槽部组成；所述的储液孔部（21）的储液孔为沿上下方向设置的通孔，储液孔部（21）的内腔截面积从上向下逐渐减小；所述的连接槽部的连接槽包括相互隔离的开口向上的上连接槽（23）和开口向下的下连接槽（22）；上连接槽（23）的一端与一个储液孔部（21）的腔体的中上部相连通，上连接槽（23）的另一端与另一个的储液孔部（21）的腔体的中上部相连通；下连接槽（22）的一端与一个储液孔部（21）的腔体的底部相连通，下连接槽（22）的另一端与另一个储液孔部（21）的腔体的底部相连通。

2.根据权利要求1所述的微流体蛋白质结晶板，其特征在于：所述支撑结构部（1）由面板（11）和支撑于面板（11）四周边沿的支撑部（12）组成；面板（11）由其板体上所设置的以阵列形式分布的各个连接部位从上方连接在位于下侧的相应的结晶单元（2）的两端储液孔部（21）和连接槽部上，且所述的结晶单元（2）的储液孔部（21）的储液孔和连接槽部的上连接槽（23）均与上方的外部空间相通，所述的结晶单元（2）的储液孔部（21）的储液孔和连接槽部的下连接槽（22）则均与下方的外部空间相通。

3.根据权利要求2所述的微流体蛋白质结晶板，其特征在于：所述储液孔部（21）的储液孔按照从上至下的次序依次分为上孔段（21-1）、下孔段（21-2）和底部孔段（21-3）；储液孔的上孔段（21-1）为上大下小的带有侧部缺口的圆台形，储液孔的下孔段（21-2）为开口向上的半球形，上下孔段的轴线相同；储液孔的底部孔段（21-3）为沿连接槽部的下连接槽（22）的长度方向设置的长条状矩形孔；上孔段（21-1）的侧部缺口为开口向上的与上连接槽（23）相通的截面形状为上大下小的梯形的缺口（21-4），该侧部缺口（21-4）的下端与上孔段（21-1）的下端处于同一高度位置。

4.根据权利要求3所述的微流体蛋白质结晶板，其特征在于：连接槽部的上连接槽（23）和下连接槽（22）相对于一个沿其长度方向设置的铅垂面对称设置；

下连接槽（22）是沟槽，下连接槽（22）的位于长度方向上的一端与一个储液孔部（21）的储液孔的底部孔段（21-3）相连通，下连接槽（22）的位于长度方向上的另一端与另一个储液孔部（21）的储液孔的底部孔段（21-3）相连通；

上连接槽（23）是截面形状为上大下小的梯形的容纳槽，上连接槽（23）的位于长度方向上的两端各与相应一个储液孔部（21）的储液孔的上孔段（21-1）的侧部缺口（21-4）相连通。

5.根据权利要求4所述的微流体蛋白质结晶板，其特征在于：下连接槽（22）是截面形状为长方形的U型沟槽（22-1）；或者下连接槽（22）是截面形状为V型的V型沟槽（22-2）。

6.根据权利要求5所述的微流体蛋白质结晶板，其特征在于：下连接槽（22）为U型沟槽（22-1），U型沟槽（22-1）的宽度W为0.2mm或0.3mm，U型沟槽（22-1）的深度D为0.2mm或0.3mm。

7.根据权利要求5所述的微流体蛋白质结晶板，其特征在于：下连接槽（22）为V型沟槽（22-2），V型沟槽（22-2）的最上端的宽度W为0.2mm或0.3mm，V型沟槽（22-2）的深度D为0.2mm或0.3mm。

8.根据权利要求1所述的微流体蛋白质结晶板，其特征在于：所述在支撑结构部（1）上以阵列形式分布的结晶单元（2）有5列8行共40个。

9.根据权利要求1所述的微流体蛋白质结晶板，其特征在于：以阵列形式分布的结晶单元（2）为以方阵形式分布；各上下相邻的结晶单元（2）之间，上下相邻的储液孔部（21）的中心间距相等；各左右相邻的结晶单元（2）之间，左右相邻的储液孔部（21）的中心间距均相等。

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