專利名稱：制備型差速逆流高壓電泳分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可供工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的生物物質(zhì)分離純化設(shè)備。
隨著生物工程的迅速發(fā)展，針對某些重要的生物物質(zhì)例如各種特效蛋白質(zhì)藥物、激素、干擾素等進行批量較大的制備性分離純化，是人們迫切期待解決的新課題，也是形成新興的高技術(shù)、高利潤工業(yè)的迫切需要。
電泳作為生物技術(shù)領(lǐng)域中分析和表征蛋白質(zhì)復(fù)雜混合物的基本分離技術(shù)，無疑是一種有效的分析測試工具。其基本原量是帶有靜電荷的陽離子(+)或陰離子(-)在外加電場作用下按照其“荷質(zhì)比”的差異，以不同的運動速度進行遷移的“差動效應(yīng)”把溶液中不同的離子組份彼此分開。在蛋白質(zhì)的生化研究中，同其它分析性分離手段相比較，電泳分離技術(shù)具有條件溫和、分辨率高、操作方便、樣品用量少等優(yōu)點，因此，在臨床醫(yī)學(xué)和實驗室研究中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，遺憾的是，迄今為止將電泳分離技術(shù)應(yīng)用于大量蛋白質(zhì)樣品的生產(chǎn)制備時，無論是其分離精度還是其實用程度，都遠遠未能達到用于蛋白質(zhì)分析那樣的水平。即使有的電泳方法也能用于少量蛋白質(zhì)樣品的制備，但是，由于這些電泳方法難于實現(xiàn)大批量連續(xù)化生產(chǎn)，因而，目前只限于實驗室規(guī)模應(yīng)用和小量制備，且成本高昂。適當(dāng)?shù)母唠妷菏翘岣唠娪舅俾?、增大處理能力的有效措施，但施加高電壓以及增大電泳柱尺寸會帶來散熱困難、對流與放大效應(yīng)加重等問題。解決上述問題，并采取措施實現(xiàn)連續(xù)化操作和過程的在線監(jiān)測，則利用新型的電泳分離技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)生物與生化物質(zhì)的分離純化和大批量生產(chǎn)，不僅成為可能而且可大幅度降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的目的在于提供一種可用于工業(yè)規(guī)模的差速逆流電泳分離裝置，使之用于生物物質(zhì)特別是蛋白質(zhì)的分離純化。
本發(fā)明同現(xiàn)有的制備型電泳分離裝置比較，主要特征在于(1)本裝置可進行連續(xù)生產(chǎn)制備，也可間歇操作。電泳柱尺寸可比普通電泳柱大得多，因此生產(chǎn)能力可提高若干倍。本裝置電泳柱的Ⅰ、Ⅱ兩區(qū)域內(nèi)，分別以特殊方式裝以不同粒度和不同孔度的珠狀聚合物凝膠，中部為由多孔板構(gòu)成的目標(biāo)產(chǎn)品的純化濃縮室。這不僅解決了樣品組份的對流問題，提高了過程的分辨率;而且可以在保證目標(biāo)產(chǎn)品純度的同時，進行連續(xù)化分離操作。此外，間歇分離操作時，目標(biāo)產(chǎn)品亦可在純化腔室內(nèi)得到濃縮。
(2)整個電泳柱具有特殊的換熱結(jié)構(gòu)(見附圖2、3)。圖2為A型，適用于一般制備量或放大倍數(shù)不高的情況，柱子的外部套管與內(nèi)部徑向換熱支管連通，冷卻介質(zhì)同時在其中進行循環(huán)冷卻;圖3為B型，適用于處理量更大的制備要求，柱子做成列管式，管內(nèi)按要求裝填珠狀聚合物凝膠，殼方通以冷卻介質(zhì)，這一方面可實現(xiàn)良好換熱，另一方面可大大減輕甚至消除了對流的影響。此外，再加上連續(xù)進出料，從而徹底解決了電泳熱的排除問題，可靠地保證了工業(yè)規(guī)模電泳分離柱內(nèi)的恒低溫條件。
(3)電泳柱兩端電極室內(nèi)的緩沖液分別作循環(huán)流動的獨特設(shè)計，及時帶走了電極生成的氣體，解決了自由溶液電泳中因產(chǎn)生氣泡而對分離過程的影響;同時，通過多孔膜提供的緩沖液擴散作用還可以保證整個電泳分離柱內(nèi)PH環(huán)境的穩(wěn)定。
(4)目標(biāo)產(chǎn)品在純化濃縮室的濃縮過程及濃度可通過本裝置專配的光纖測試系統(tǒng)進行在線監(jiān)測。
附

圖1是本發(fā)明的分離原理示意圖。
其中，P代表目標(biāo)蛋白質(zhì)，α、β分別代表兩種具有不同物理性質(zhì)的分離介質(zhì)(如不同粒徑或不同孔度的凝膠)。此兩種介質(zhì)將導(dǎo)致溶液在Ⅰ、Ⅱ區(qū)域內(nèi)的流動速度有所不同。電泳分離柱中，各種離子組份均有兩種運動方式電泳運動和物料流流動。在Ⅰ區(qū)，具有目標(biāo)蛋白質(zhì)P的載液流動速度Vf，超過了該區(qū)域的電泳遷移速度Ve，從而目標(biāo)蛋白質(zhì)將被物流沖走，兩種速度凈差值(VⅠ)的方向是由Ⅰ→Ⅱ;反之，在Ⅱ區(qū)，具有較高電泳速度的目標(biāo)蛋白質(zhì)P將不屈從于具有相對較低的載液流速的移動而“逆水行舟”，兩種速度凈差值(VⅡ)的方向是由Ⅱ→Ⅰ。必然的結(jié)果是在適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件下，目標(biāo)蛋白質(zhì)P在Ⅰ、Ⅱ兩區(qū)域的交界處速度相互抵消而得到“富集”，完成與其它雜質(zhì)的分離純化。該分離過程是依據(jù)生物物質(zhì)分子的大小和帶電性質(zhì)兩個物理因素建立的，因此，較單純的電泳以及單純的色譜分離技術(shù)具有更高的分辨率。
附圖2、3是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本發(fā)明A型裝置。其中，1為冷卻夾套，2為連通1的柱內(nèi)徑向冷卻支管，冷卻介質(zhì)在夾套和支管內(nèi)進行循環(huán)流動，從而實現(xiàn)對電泳柱的換熱;3為電極室，供緩沖溶液作循環(huán)流動，帶走電極產(chǎn)生的氣體;4為電泳分離柱主體，兩端分別裝有不同物理性質(zhì)的珠狀聚合物凝膠;5為鉑電極，在4兩端產(chǎn)生均勻直流電場;6為分離介質(zhì)(珠狀聚合物凝膠)，既可起到防止樣品對流的作用，同時，又參與分離過程，提高分辨率;7為多孔板，用以分隔不同的分離介質(zhì)，同時構(gòu)成目標(biāo)蛋白質(zhì)的純化濃縮室;8為光纖探頭，用以跟蹤監(jiān)測目標(biāo)蛋白質(zhì)的濃度;9為目標(biāo)蛋白質(zhì)純化濃縮室;10為不銹鋼網(wǎng)，作為分離介質(zhì)6和多孔膜11的支撐體;11為多孔膜，連通電極室和主體分離柱，用以確保整個分離柱的PH值恒定，同時防止待分離的蛋白質(zhì)組份向電極室中的擴散;12為“O”形環(huán)，起密封作用。
對附圖2中進出口的說明A、A′代表負極循環(huán)緩沖液進出口，B、B′代表正極循環(huán)緩沖液進出口，C、C′代表載液(含待分離的生物物質(zhì))的進出口，D、D′代表循環(huán)冷卻介質(zhì)的進出口，P代表產(chǎn)品出口。
附圖3為本發(fā)明的B型裝置。其中，1為列管式電泳柱主體;2為多孔板;3為光纖探頭;4為殼程，供冷卻介質(zhì)循環(huán)流動;5為鉑電極;6為分離介質(zhì);7為管板;8為電極室;9為目標(biāo)蛋白質(zhì)純化濃縮室。B型與A型的主要區(qū)別在于B型電泳柱的分離段分別做成列管式(類似于列管式換熱器)，目的是在裝置處理能力大幅度增加時，進一步強化和改善柱子的冷卻條件及流動狀況，從而使裝置的生產(chǎn)能力不因電泳發(fā)熱而受到限制。
本發(fā)明可廣泛用于帶有不同電荷的離子或具有可電離基團的生物大分子如氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)、同功酶、各種激素以及核酸等的分離和提純。調(diào)整操作參數(shù)可從復(fù)雜的混合物系中分離出其中一種純組份，也可用增加分離段和純化濃縮室的辦法同時分出幾個純組份。
本發(fā)明解決了生物制品與生化藥物的高純化、大批量連續(xù)生產(chǎn)的技術(shù)與設(shè)備問題，有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景，將在生物工程及其它大分子化合物分離與制備方面發(fā)揮重要作用。例如，該裝置已成功地用于γ-古氨酰移換酶的分離制備，并取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
權(quán)利要求
1.一種由裝有不同性質(zhì)或不同規(guī)格分離介質(zhì)的多段電泳柱，段間濃縮純化室，以及具有循環(huán)緩沖液和分隔膜的電極室等所構(gòu)成的，可用于工業(yè)規(guī)模分離純化生物物質(zhì)的差速逆流高壓電泳分離裝置，其特征在于a.電泳柱具有兩個或多個分離段，在各段中裝以不同性質(zhì)或規(guī)格的凝膠分離介質(zhì)，柱子帶有由徑向支管連通的冷卻夾套(A型)或列管式冷卻殼程(B)，在分離段之間設(shè)有由多孔板構(gòu)成的濃縮純化室，該室中設(shè)有監(jiān)測濃縮過程與產(chǎn)品純度的光纖檢測探頭，并外接測試系統(tǒng)。b.電極室與柱子之間設(shè)有多孔膜及其支撐體，在正負電極室又分別設(shè)有供緩沖液循環(huán)流動的進出口。
2.按權(quán)力要求1所說的差速逆流高壓電泳分離裝置，其特征在于電泳柱可采用不銹鋼或石英玻璃制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)規(guī)模的生物物質(zhì)分離純化的差速逆流高壓電泳分離裝置。該裝置主要由具有良好的換熱結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝不同性質(zhì)分離介質(zhì)的電泳柱及電極室和電極等構(gòu)成。本發(fā)明具有處理能力大、分辨率高、操作方便等特點，可用于生物制品與生物藥物的高純度、大批量連續(xù)生產(chǎn)，具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號B01D57/02GK1066405SQ92103718
公開日1992年11月25日 申請日期1992年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月20日
發(fā)明者王世昌, 高瑞昶, 王宇新, 金曼蓉 申請人:天津大學(xué)