CN208334265U - 带有微阵列固定化pH梯度柱的等电聚焦电泳芯片 - Google Patents
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Abstract
一种带有微阵列固定化pH梯度柱的等电聚焦电泳芯片，包括：由上而下依次设置的微阵列支架、微电泳槽、电极以及微阵列透光窗口，其中：微阵列支架的底部设有阵列排布的若干个微阵列微柱对，每个微阵列微柱对的末端设有微型pH梯度柱。微型pH梯度柱包括：位于微阵列支架底部的微型pH梯度胶和微型支持膜，pH梯度胶朝下便于微阵列pH梯度柱样本进样，微型pH梯度柱通过微阵列支架和自身重力与电极充分接触以组成电泳回路。有效避免了传统IPG聚焦电泳复杂的操作，提高了IEF分离分析上样速度，加速了聚焦速度，尤其是能够直接在线检测。同时，与毛细管/芯片聚焦电泳技术相比，本实用新型的pH梯度柱具有稳定性好、通量高、聚焦蛋白条带可显微切割回收等特殊优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种生物检测领域的技术，具体是一种带有微阵列固定化pH梯度柱(IPG)的等电聚焦电泳芯片。
背景技术
等电聚焦电泳(isoelectric focusing,IEF)是在电场中产生连续pH梯度，上样的蛋白质依据其等电点(isoelectric point，pI)不同在IEF电场中实现聚焦分离分析。常见的为基于固定化pH梯度胶条(immobilized pH gradient，IPG strip)等电聚焦电泳通过在70～240mm长基片上通过化学键合IPG形成预制的pH梯度，进而通过聚焦电泳实现蛋白多肽的分离分析。这种长基片等电聚焦电泳技术具有稳定性好分辨率高等优点，但明显存在以下弊端：手工蛋白样本进样繁琐(10多步)，上样水化时间长(大于10小时)，聚焦速度慢(5-10小时)，以及冗长的蛋白固定染色成像分析(大于7小时)等。
实用新型内容
针对以上存在的问题，本实用新型提出一种带有微阵列固定化pH梯度柱的等电聚焦电泳芯片，摈弃了传统固定化pH梯度聚焦电泳和现有毛细管/芯片聚焦电泳的弊端，结合了二者的聚焦电泳技术优点，不仅很好地解决了传统固定化pH梯度聚焦电泳的四个弊端，而且较好地解决了上述毛细管/芯片聚焦技术的三个一直未得到解决的技术问题：低通量，样本难以回收，天然梯度引起的等电聚焦不稳定。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
本实用新型涉及一种带有微阵列固定化pH梯度柱的等电聚焦电泳芯片，包括：由上而下依次设置的微阵列支架、微电泳槽、电极丝以及微阵列透光狭窗，其中：微阵列支架的底部设有微阵列pH梯度柱，该微阵列pH梯度柱包括：阵列排布的若干个微阵列微柱对，每个微阵列微柱对的末端设有微型pH梯度柱，微型pH梯度柱通过微阵列支架和自身重力与电极充分接触以组成电泳回路。
所述的微型pH梯度柱包括：位于末端的微型pH梯度胶和微型支持膜，其中：pH梯度胶朝下便于微阵列pH梯度柱样本进样。
所述的微型pH梯度柱具有正负极性，且其正负极极性与微阵列支架极性一致。
所述的微阵列透光狭窗通过密封框架嵌合于微电泳槽底部，且微阵列透光狭窗与微阵列 pH梯度柱的排布方向一致。
所述的微阵列透光狭窗包括透明板与微阵列遮光膜。
所述的电极包括：阳极电极丝和阴极电极丝。
所述的阵列排布是指：由12～24根微型pH梯度柱组成单一陈列pH梯度柱单元，1～8 个单一陈列pH梯度柱单元构成微阵列pH梯度柱阵，可以实现12～192根微型pH梯度柱同时水化进样及进行多达192种不同样本测试。
技术效果
与传统IPG聚焦电泳技术相比，本实用新型技术效果包括：第一、水化进样等操作步骤显著减少。传统的IPG聚焦电泳需要10步以上的操作才能完成进样等操作，而本实用新型只需排枪进样和上样后微阵列pH梯度柱转移至微型电泳槽即操作完成整个芯片的组装，实现IEF 运行。因此，实验步骤减少了5倍。第二、本实用新型水化进样速度大幅度提升。传统的IPG 进样时间至少10小时，而本实用新型只需要30分钟完成蛋白样本水化进样，进样速度提高了 20倍以上。其主要原因是微型pH梯度柱的比表面积较传统IPG胶条提升7-26倍。第三、本实用新型的聚焦电泳速度得到很大提高。传统的IPG聚焦电泳时间需要5-10小时，而本实用新型聚焦时间只需要4分钟，聚焦速度提升了75-150倍。其主要原因是本实用新型的pH梯度柱较现有传统的IPG胶条缩短了7-24倍，相应的聚焦电泳时间减少7-24倍。并且因高比表面积导致散热快，本实用新型能够承受高于传统IPG聚焦电泳2-4倍的电场强度，相应的聚焦电泳时间减少2-4倍。第四、与传统IPG聚焦电泳相比，本实用新型检测速度提升210-420倍。传统IPG聚焦电泳完成后需要长达7小时以上的蛋白固定、染色和脱色、以及扫描分析，而本实用新型只需要2分钟即可完成24通道蛋白样本的在线动态成像分析。因此，不仅极大简化聚焦电泳后处理工作，而且检测速度提高了210-420倍。
与传统基于毛细管/芯片IEF技术相比，本实用新型技术效果包括：第一、本实用新型的稳定性得到极大提升。毛细管/芯片IEF是基于自然pH梯度的电泳技术，始终存在pH梯度漂移等造成的不稳定；由此造成在15钟以内pH梯度是基本稳定的，超过此时间pH梯度即不稳定。而本实用新型的pH梯度能够持续至少24小时以上保持稳定，因此稳定性至少提升80 倍以上。第二、本实用新型的聚焦电泳通量显著提升。常规的毛细管/芯片IEF为单通道实验，每次检测分析一个蛋白样品，检测的时间为10-15分钟。而本实用新型可以同时开展多达 12-192个蛋白样本的同步聚焦电泳分离分析，分析时间为6分钟。因此，本实用新型的通量提升24-384倍。第三、本实用新型解决了微量蛋白条带的提取分离稳定，微阵列pH梯度胶条中提取用于后续的质谱和western blotting鉴定。毛细管/芯片IEF技术无法实现聚焦后蛋白的提取回收，无法进行后续的质谱和western blotting鉴定。而本实用新型很好的解决了这方面问题。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型微阵列pH梯度柱的等电聚焦电泳芯片性能测试；
图3为带有一组微阵列pH梯度柱的等电聚焦电泳芯片示意图；
图4为带有二组微阵列pH梯度柱的等电聚焦电泳芯片示意图；
图5为带有三组微阵列pH梯度柱的等电聚焦电泳芯片示意图；
图6为带有四组微阵列pH梯度柱的等电聚焦电泳芯片示意图；
图中：1微阵列pH梯度柱、1.1微型pH梯度胶、1.2微型支持膜、2微阵列支架、2.1 微阵列微柱对、3微阵列透光狭窗、3.1透光窗口、3.2微阵列遮光膜、4微电泳槽、5阴极电极丝、6阳极电极丝、7负电极端口、8正电极端口、9微型密封框架、10透光板。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中包括：带有微阵列pH梯度柱1的微阵列支架2、带有负电极端口7和正电极端口8的微电泳槽4、阴极电极丝5、阳极电极丝6、透光板10、微阵列透光狭窗3和微型密封框架9。
所述的微阵列pH梯度柱1包括：若干阵列排布的微型pH梯度柱，每条微型pH梯度柱包括：设置于微阵列支架2底部的微阵列微柱对2.1上的微型支持膜1.2和微型pH梯度胶1.1，其中：其正负极极性与微阵列支架2极性一致。
所述的微阵列支架2上有微阵列微柱对2.1，每根微型pH梯度柱的微型支持膜1.2粘附在微阵列支架2的微柱对2.1上，其pH梯度胶层1.1朝下便于微阵列pH梯度柱1进行样本进样；相邻微型pH梯度柱的距离由微阵列支架2上的相邻微柱对2.1确定，并与微阵列支架2的极性一致。
由于微阵列支架2具有一定的重量，通过重力压附在微阵列pH梯度柱1上；一方面支撑微阵列微柱对2.1，另一方面确保微型pH梯度胶1.1与电极丝充分接触，再经过正电极端口 8和负电极端口7，最终连接电泳电源，形成环路。
所述的微阵列透光狭窗3包括：透明板10与微阵列遮光膜3.2，并由密封框架9嵌合于微电泳槽4底部，其与微阵列pH梯度柱1排布一致。
所述的微电泳槽4中间两侧刻有微阵列凹槽，与微阵列pH梯度柱1阵列排布一致；阳极电极丝6和阴极电极丝5内置于微电泳槽底部，其电泳极性与微阵列pH梯度柱1保持一致。
所述的pH梯度是指：微型pH梯度柱1中的每一根微型pH梯度柱的pH梯度范围满足：pH range＝pH X～Y，其中：0.3pH单位≤pH Y-pH X≤12pH单位， pH 2≤pH X≤pH 11.7，pH2.3≤pH Y≤pH 12。
所述的微型pH梯度柱长度为5mm～50mm，优选的10～30mm。
所述的微型pH梯度柱宽度为0.3mm～2.0mm，优选的0.7～1.5mm。
所述的微型pH梯度柱厚度为0.1mm～2.0mm，优选的0.6～1.5mm。
所述的微型pH梯度柱的干胶层厚度为0.03～0.3mm，优选的0.1～0.2mm。
所述的微阵列pH梯度柱阵是由3～960根微型pH梯度柱阵列排布形成，优选由12～96 根微型pH梯度柱阵列排布形成，如图3～图6所示。
本实施例中单组微阵列pH梯度柱芯片可供1～12种不同蛋白质样品同时进行等电聚焦电泳(图3)；图4中两组微阵列pH梯度柱芯片可供多达24种不同蛋白质样品同时进行等电聚焦电泳；图5中三组微阵列pH梯度柱芯片可供多达36种不同蛋白质样品同时进行等电聚焦电泳；图6中四组微阵列pH梯度柱芯片可供多达48种不同蛋白质样品同时进行等电聚焦电泳，有效解决了等电聚焦电泳装置中样品进样引起的上样时间过长和操作复杂等一系列问题，尤其是实现了高通量快速pH梯度聚焦电泳的分离分析。
所述的一种微阵列pH梯度柱的等电聚焦电泳技术芯片，图2为应用蛋白marker进行微阵列pH梯度柱的等电聚焦电泳芯片性能测试(图2)，实验条件为：电压800伏，电流1200微安，上样总量240微升，上样时间30分钟，聚焦时间4分钟，成像时间2分钟。实验显示出了优越的性能：30分钟样本进样，4分钟电泳聚焦时间，2分钟进行24micro-columns成像和动态分析以及简便的操作，极好地解决了经典IPG IEF的四个问题。同时，微阵列等电聚焦电泳芯片具有高稳定性，高通量以及可在微阵列电泳芯片上进行聚焦蛋白条带切割回收，很好解决了毛细管/芯片聚焦技术的三个问题。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本实用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本实用新型的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本实用新型之约束。
Claims (7)
1.一种带有微阵列固定化pH梯度柱的等电聚焦电泳芯片，其特征在于，包括：由上而下依次设置的微阵列支架、微电泳槽、电极以及微阵列透光狭窗，其中：微阵列支架的底部设有微阵列pH梯度柱；
该微阵列pH梯度柱包括：阵列排布的若干个微阵列微柱对，每个微阵列微柱对的末端设有微型pH梯度柱，微型pH梯度柱通过微阵列支架和自身重力与电极充分接触以组成电泳回路。
2.根据权利要求1所述的等电聚焦电泳芯片，其特征是，所述的微型pH梯度柱包括：位于末端的微型pH梯度胶和微型支持膜，其中：pH梯度胶朝下便于微阵列pH梯度胶样本进样。
3.根据权利要求1所述的等电聚焦电泳芯片，其特征是，所述的微型pH梯度胶具有正负极性，且其正负极极性与微阵列支架极性一致。
4.根据权利要求1所述的等电聚焦电泳芯片，其特征是，所述的微阵列透光狭窗通过密封框架嵌合于微电泳槽底部，且微阵列透光狭窗与微阵列pH梯度胶的排布方向一致。
5.根据权利要求1所述的等电聚焦电泳芯片，其特征是，所述的微阵列透光狭窗包括透明板与微阵列遮光膜。
6.根据权利要求1所述的等电聚焦电泳芯片，其特征是，所述的阵列排布是指：由12～24根微型pH梯度柱组成单一陈列pH梯度柱单元，1～8个单一陈列pH梯度柱单元构成微阵列pH梯度柱阵，可以实现12～192根微型pH梯度柱同时水化进样及进行多达192种不同样本测试。
7.根据权利要求1所述的等电聚焦电泳芯片，其特征是，所述的pH梯度，即微型pH梯度柱中的每一根微型pH梯度柱的pH梯度范围满足：pH range＝pH X～Y，其中：0.3pH单位≤pHY-pH X≤12pH单位，pH 2≤pH X≤pH11.7，pH 2.3≤pH Y≤pH 12。
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