專利名稱：離心分離的儀器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儀器和方法，用于分離和分配多相混合物中的不同密度的相。
背景技術(shù)：
通過使用離心分離器，多相混合物通常被分為由不同密度組分組成的不連續(xù)相。
離心分離器通常包括一個(gè)轉(zhuǎn)頭，該轉(zhuǎn)頭封閉在機(jī)架中。轉(zhuǎn)頭上附著有多個(gè)小室，其中可放置多個(gè)小容器，如試管。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)頭，容器中的多相混合物被分離成混合物的分離介質(zhì)。一旦轉(zhuǎn)頭停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后，被分離的介質(zhì)就可以通過手工或者通過機(jī)器臂從每一容器中被去除。該分離器可以在一批中處理大量的小樣品。這一類型分離器的問題在于，在旋轉(zhuǎn)之前，必須對(duì)轉(zhuǎn)頭上的容器進(jìn)行排列，以平衡轉(zhuǎn)頭周圍的重量分布，這樣設(shè)備就不會(huì)被未平衡負(fù)載破壞。
另一種離心分離器使用一個(gè)單一的可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)筒，來分離單份的多相混合物樣品。然而，這一類型分離器的問題在于，在轉(zhuǎn)頭已經(jīng)停止旋轉(zhuǎn)后，在已經(jīng)分離的相被收集之前，多相混合物的分離相可能再次混合在一起。
另一種離心分離器使用連續(xù)進(jìn)給方式，將多相混合物供給到旋轉(zhuǎn)部分中，這樣混合物就可以被分離到其離散介質(zhì)中。通常，旋轉(zhuǎn)部分的形狀是這樣的，即具有較高密度的介質(zhì)被導(dǎo)向固定收集點(diǎn)，所述較高密度的介質(zhì)在此被收集。然而，這一連續(xù)動(dòng)作僅僅允許分離具有已知密度介質(zhì)的大樣品混合物，并且該連續(xù)動(dòng)作不適合于具有未知相數(shù)量或密度的樣品。
因此，存在對(duì)于這樣的離心分離器的需求，即以適時(shí)方式、連續(xù)地處理具有未知相數(shù)量或相密度的大量樣品的離心分離器。
發(fā)明概述因此，在一個(gè)方面，本發(fā)明是一種用于分離多相混合物的儀器，所述多相混合物可分離為不連續(xù)的密度相，該儀器包括一個(gè)環(huán)形的轉(zhuǎn)筒，可繞著中心軸旋轉(zhuǎn)并且具有一個(gè)開口，通過該開口混合物被引入到轉(zhuǎn)筒中，從而轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)分離混合物，形成具有不連續(xù)密度相的有環(huán)紋的環(huán)；和一個(gè)收集裝置，用于去除業(yè)已分離的不連續(xù)密度相，
其中該收集裝置可相對(duì)于轉(zhuǎn)筒移動(dòng)，這樣收集裝置可以定位在轉(zhuǎn)筒中，以便順序地、選擇性地并且各別地從轉(zhuǎn)筒上去除環(huán)形柱狀物，而該轉(zhuǎn)筒正在旋轉(zhuǎn)，基本上不會(huì)破壞轉(zhuǎn)筒中剩余的環(huán)形柱狀物。
本發(fā)明的儀器能以及時(shí)方式形成離散的良好確定的相。消除了樣品平衡的需求以及與負(fù)載和卸載樣品容器相關(guān)的問題。該儀器也經(jīng)得起任何合理數(shù)量的批量考驗(yàn)，該儀器對(duì)于將被分離的混合物的均衡和相對(duì)密度也很靈活。
優(yōu)選地，該儀器能在樣品之間被自動(dòng)清洗，這樣自動(dòng)和連續(xù)的分離處理就可以發(fā)生，而樣品不會(huì)有交叉污染。
根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明是一種方法，用于分離可分離為不連續(xù)密度相的多相混合物，所述方法包括如下步驟將混合物引入環(huán)形的轉(zhuǎn)筒，該轉(zhuǎn)筒具有一個(gè)開口和一個(gè)旋轉(zhuǎn)中心軸；使該轉(zhuǎn)筒繞著轉(zhuǎn)筒的中心軸旋轉(zhuǎn)，從而混合物被分離為由不連續(xù)密度相形成的環(huán)形柱狀物；以及通過收集裝置從轉(zhuǎn)筒上去除不連續(xù)的密度相，其中收集裝置相對(duì)于轉(zhuǎn)筒是可移動(dòng)的，這樣收集裝置可以被定位在轉(zhuǎn)筒中，以便在轉(zhuǎn)筒正在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，從轉(zhuǎn)筒上順序地、選擇性地并且單獨(dú)地去除環(huán)形柱狀物，基本上不會(huì)破壞轉(zhuǎn)筒中剩余的環(huán)形柱狀物。
根據(jù)本發(fā)明的方法，能以及時(shí)方式形成不連續(xù)的輪廓清晰的相。樣品平衡的需求以及與負(fù)載和卸載樣品容器相關(guān)的問題被消除了。該方法也經(jīng)得起任何合理數(shù)量的批量檢驗(yàn)，該方法對(duì)于被分離混合物的均衡和相對(duì)密度也很靈活。
優(yōu)選地，該儀器能在樣品之間被自動(dòng)清洗，這樣自動(dòng)和連續(xù)的分離處理就可以發(fā)生，而樣品不會(huì)有交叉污染。
發(fā)明詳述現(xiàn)在將通過僅僅參考附圖和實(shí)施例的方式，對(duì)本發(fā)明的某些實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中

圖1是一組圖，這些圖說明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的一種離心分離器，是加入多相混合物之前的情況。
圖2是一組圖，這些圖說明了如圖1所示的離心分離器，是多相混合物分離之后、并且從分離器上去除一部分已分離混合物予以棄去的情形。
圖3是一組圖，這些圖說明了如圖1所示的離心分離器，是多相混合物分離之后、并且從分離器上去除一部分已分離混合物用于進(jìn)一步處理的情形。
圖4是一組圖，這些圖說明了如圖1所示的離心分離器，是從分離器上去除分離混合物的所有組分后、并且將清洗溶液輸送到分離器中的情況。
圖5是一組圖，這些圖說明了如圖1所示的離心分離器，從分離器去除清洗溶液予以廢棄。
圖6是正在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的一個(gè)顆粒的示意圖。
圖7是處于正在旋轉(zhuǎn)的流體環(huán)中的一個(gè)顆粒的示意圖。
圖8是處于正在旋轉(zhuǎn)的流體環(huán)中的一個(gè)顆粒和一個(gè)收集嘴的示意圖。
參考圖1到5，離心分離器1具有一個(gè)圓圈形的轉(zhuǎn)筒2，一個(gè)輸送管3，和一個(gè)收集裝置4。輸送管3將多相溶液輸送給轉(zhuǎn)筒2，以便通過轉(zhuǎn)筒2繞著其中心軸旋轉(zhuǎn)，使多相混合物分離為它的不連續(xù)密度相。分離的相在旋轉(zhuǎn)著的轉(zhuǎn)筒2中形成環(huán)形柱狀物。轉(zhuǎn)筒2的頂部是開放的，之所以是這樣的一個(gè)形狀，是為了允許多相混合物的已經(jīng)分離的不同密度相之間的分界層被增強(qiáng)。轉(zhuǎn)筒2的形狀也允許通過收集裝置4的運(yùn)動(dòng)去除所有分離的多相混合物。收集裝置4包括收集管5，廢棄物收集管6，和一個(gè)清洗溶液管7。
收集管5與泵相連，該泵在圖中沒有給出，該泵直接抽吸或者產(chǎn)生降低的壓力，以便能將經(jīng)受進(jìn)一步處理或分析的分離混合物部分吸引到收集管5中。移動(dòng)收集裝置4，以便收集管8的末端能收集分離混合物部分，同時(shí)在轉(zhuǎn)筒2的旋轉(zhuǎn)過程中，使分離混合物的其它部分所遭到的破壞最小化。這可以通過移動(dòng)收集管8的末端，以便其接近但沒有接觸到將被收集的部分來實(shí)現(xiàn)，正如圖3所示。
廢棄物收集管6也與泵相連，該泵在圖中沒有給出，該泵能夠直接抽吸或者產(chǎn)生降低的壓力，以便能將被拋棄的分離混合物部分吸引到廢棄物收集管6中。移動(dòng)收集裝置4，以便廢棄物收集管9的末端能收集分離混合物部分，同時(shí)在轉(zhuǎn)筒2的旋轉(zhuǎn)過程中，使針對(duì)分離混合物的其它部分的破壞最小化。這可以通過移動(dòng)廢棄物收集管的末端，使其接近但不接觸到將被收集的部分來實(shí)現(xiàn)，正如圖2所示。
清洗溶液管7能給轉(zhuǎn)筒2供給清洗溶液，這是為了將另一種多相混合物放入到潔凈的轉(zhuǎn)筒中，正如圖4所示。清洗溶液能清洗轉(zhuǎn)筒2，以去除任何殘余物，并且阻止樣品的交叉污染。然后清洗溶液能通過廢棄物收集管6從轉(zhuǎn)筒中去除，正如圖5所示。
經(jīng)過輸送管3，通過將混合物引入到環(huán)形的轉(zhuǎn)筒2中，多相混合物被分離為不連續(xù)密度相，使轉(zhuǎn)筒2繞著其中心軸旋轉(zhuǎn)，以便混合物被分離為至少兩個(gè)不連續(xù)密度相，形成環(huán)形柱狀物，并且通過收集裝置4從轉(zhuǎn)筒中去除不連續(xù)密度相。收集裝置4相對(duì)于轉(zhuǎn)筒2是可移動(dòng)的，這樣收集裝置4可以位于轉(zhuǎn)筒2中，以便在轉(zhuǎn)筒2正在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，順序地、選擇性地并且各別地從轉(zhuǎn)筒2上去除環(huán)形柱狀物，而基本上不會(huì)破壞轉(zhuǎn)筒2中剩余的環(huán)形柱狀物。
具有最高密度的相形成離轉(zhuǎn)筒2的中心軸最遠(yuǎn)的外部環(huán)形柱狀物，而具有最低密度的相形成距離轉(zhuǎn)筒2的中心軸最近的內(nèi)部環(huán)形柱狀物。收集裝置4能被移動(dòng)，以便收集裝置4序貫地收集所有分離相，首先收集內(nèi)部柱狀物，最后收集外部柱狀物。旋轉(zhuǎn)速率在收集過程中可降低到這樣的程度，即分離開的不連續(xù)密度相將不再重新混合。
用清洗溶液清潔轉(zhuǎn)筒2允許在連續(xù)的處理循環(huán)中批量處理樣品，而沒有交叉污染。在優(yōu)選的構(gòu)型中，自動(dòng)化的離心分離器包括一個(gè)平面的、圓圈形的轉(zhuǎn)筒；對(duì)于該轉(zhuǎn)筒，機(jī)動(dòng)的自動(dòng)化收集裝置，其包括收集管、泵、閥門、清洗管和光學(xué)檢測(cè)設(shè)備，提供將多相混合物連續(xù)引入到分離環(huán)境中，從旋轉(zhuǎn)的離心分離器自動(dòng)化收集解析開的相部分，以及在離心分離器的連續(xù)操作過程中、在混合物之間的轉(zhuǎn)筒清洗。
對(duì)于施加在位于收集點(diǎn)處的液體表面上的樣品的力，當(dāng)前的理解為——是作用在旋轉(zhuǎn)液體中的顆粒上的離心力和摩擦力的函數(shù)，如下所述1.如圖6所描繪，考慮位于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒內(nèi)的旋轉(zhuǎn)液體柱狀物之表面上的一個(gè)顆粒，其中61是旋轉(zhuǎn)軸；62是位于旋轉(zhuǎn)的環(huán)形液體柱狀物表面上的第i個(gè)顆粒Pi；63是顆粒Pi在液體柱狀物旋轉(zhuǎn)時(shí)所經(jīng)過的路徑。設(shè)ri是圓盤中心到第i個(gè)顆粒的距離，并且設(shè)θi是該顆粒運(yùn)動(dòng)通過的角度。當(dāng)該顆粒運(yùn)動(dòng)通過角度(角位移)dθ時(shí)，該顆粒運(yùn)動(dòng)通過的弧長(zhǎng)為dsi＝ri|dθ|2.旋轉(zhuǎn)物體的角速度變化的時(shí)間速率被稱作角加速度α，其中α＝d2θ/dt2＝dω/dt。
角dθ是角位移，在時(shí)間周期dt內(nèi)，并且ω是與旋轉(zhuǎn)方向平行的角速度矢量。
3.位于旋轉(zhuǎn)液體表面上的顆粒的線速度與該顆粒的圓形途徑相切，該速率具有量級(jí)Vit＝dsi/dt。
4.切向速度與旋轉(zhuǎn)體的角速度相關(guān)，因此Vit＝dsi/dt＝ridθ/dt＝riω。
5.類似地，位于旋轉(zhuǎn)液體柱狀物的表面上的顆粒的切向加速度是αit＝dvit/dt＝ridω/dt，因此αit＝riα。
6.考慮圖7所示的位于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒內(nèi)的旋轉(zhuǎn)液體柱狀物的表面上的一個(gè)顆粒，其中71是旋轉(zhuǎn)的環(huán)形液體柱狀物73的內(nèi)部表面，第i個(gè)顆粒Pi位于其上，72是旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒的(平截的)內(nèi)壁或內(nèi)部柱狀物73和外部柱狀物之間分界層。
類似地，施加在該顆粒上的凈切向力是Fit＝miαit＝miriα，其中mi是顆粒Pi的質(zhì)量。
因此，施加在位于液體的旋轉(zhuǎn)柱狀物表面上的顆粒上的切向力，與顆粒距離旋轉(zhuǎn)軸的徑向距離以及顆粒的切向加速度成比例。
7.在恒定的角速度下，該力是零；然而，當(dāng)通過靜態(tài)收集管(相對(duì)于液體柱狀物的圓周運(yùn)動(dòng)而言，是靜態(tài)的)從液體的旋轉(zhuǎn)著的環(huán)形柱狀物的表面上收集顆粒時(shí)，顆粒要經(jīng)歷一個(gè)很快的減速，從而經(jīng)歷一個(gè)扭力，該力接近于切向加速度Fit＝miαit＝miriα顆粒的受力可以被分解為兩個(gè)部分，如圖7所示Fir＝FicosΦ，沿著徑向線ri，以及Fit＝FisinΦ，垂直于徑向線8.圖8顯示了收集導(dǎo)管81的開口，垂直位于內(nèi)部半徑為ri的液體柱狀物82的內(nèi)部表面上，在轉(zhuǎn)筒中旋轉(zhuǎn)。收集管的遠(yuǎn)端通向(平截的)近中心側(cè)的收集裝置83。內(nèi)部管狀收集管81的直徑為sap；在該距離范圍內(nèi)，顆粒Pi被收集。途徑距離sap也與圓弧途徑大約接近；通過該圓弧，顆粒Pi在時(shí)間dtap內(nèi)、在旋轉(zhuǎn)角度dθap上被減速。收集管具有外壁84。液體本體85駐留于與轉(zhuǎn)筒86的內(nèi)壁接近的環(huán)形旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒中，或者駐留于內(nèi)部柱狀物85和外部柱狀物之間的分界層中，同時(shí)收集裝置被置于朝向轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)軸的位置。
因此，對(duì)于通過收集裝置83所收集的顆粒，保持與旋轉(zhuǎn)液體柱狀物85的表面垂直，并且正好在其上面，這顯示了轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)方向；當(dāng)收集顆粒時(shí)，顆粒的減速發(fā)生在整個(gè)收集管81的內(nèi)部寬度之間。因此，當(dāng)它通過長(zhǎng)度接近dsap的圓弧運(yùn)動(dòng)時(shí)，施加在這些顆粒上的力與顆粒減速過程中發(fā)生的力接近；其中，dsap對(duì)著角度dθap，并且其與收集管81的孔徑寬度相等。
該力Fiap的大小將受到顆粒運(yùn)動(dòng)經(jīng)過該位移距離所花費(fèi)時(shí)間的影響，因此Fiap＝mitriαap＝mitri(d2θap/dtap2)9.典型地，從液體的內(nèi)部表面收集樣品的流速被維持在等于或大于這樣的一個(gè)流速，即旋轉(zhuǎn)的液體柱狀物85之內(nèi)的相等體積以該流速收集，從而確保當(dāng)收集臂朝著液體82的內(nèi)部表面均勻地并且行進(jìn)式移動(dòng)時(shí)，收集臂的末端不會(huì)進(jìn)入液體的表面、并且維持在液體表面的外面。臂移動(dòng)的速度和收集泵速度的微處理器控制維持了該平衡。
10.同時(shí)，位于液體85的柱狀物表面上的每一顆粒也經(jīng)歷了徑向加速度，沿著徑線指向內(nèi)部的向心加速度，并且具有這樣的量值αic＝(Vit)2/ri＝(riω)2/ri＝riω2因此，被收集過程所擾亂的、位于液體表面上的顆粒持續(xù)地經(jīng)受向心加速度和向心力，試圖在液體柱85上重新建立均勻的表面。
11.從表面收集的顆粒必須經(jīng)受一個(gè)超過αic的力，αic＝(Vit)2/ri＝riω2，通過收集裝置、以便借助泵作用從液體表面重新得到顆粒。
12.對(duì)于收集管，其保持在小于與旋轉(zhuǎn)液體柱的表面相垂直(對(duì)著偏離垂直方向Φ角度)的角度，并且面向旋轉(zhuǎn)方向，這些力將是跨越傾斜的收集孔徑Fiap和與徑向線垂直的矢量FitsinΦ的一個(gè)分量的總和。因此，在這些顆粒的減速過程中發(fā)生的力不能超過最大力Fit。該力Fitotal的大小也將受到顆粒用于移動(dòng)該位移距離所花費(fèi)的時(shí)間的影響。
13.與徑向線垂直的力矢量FitsinΦ之一部分也將驅(qū)動(dòng)收集的液體到收集導(dǎo)管中；對(duì)于收集導(dǎo)管，其保持在小于與旋轉(zhuǎn)液體柱的表面垂直的角度，并且面向旋轉(zhuǎn)方向。
在一個(gè)實(shí)施方案中，多個(gè)成分之間的確定可以通過鑒定存在于從轉(zhuǎn)筒而來的分離混合物的流中分界層來實(shí)現(xiàn)。傳感設(shè)備，如測(cè)量光密度或光散射的設(shè)備，可以放置在收集溶液的途徑中，用于檢測(cè)相溶液的不同組分。從該傳感所得到的數(shù)據(jù)激活受控的適當(dāng)處理器，以確定柱狀物是否應(yīng)該被收集，用于進(jìn)一步處理或棄為廢棄物。傳感器可定位在收集管入口或者收集裝置的廢棄物收集管入口的相對(duì)側(cè)。可以替代性地，傳感器可以是固定的，并且通過掃描數(shù)據(jù)分析、確定用于收集和分離的適當(dāng)流體組分。
在可替換的實(shí)施方案中，在轉(zhuǎn)筒中鑒定分離密度介質(zhì)，這樣每種介質(zhì)被鑒定出距離旋轉(zhuǎn)軸有特定的距離。然后，收集裝置能將收集管或者廢棄物收集管移動(dòng)到與內(nèi)部柱狀物最接近。然后從內(nèi)部柱到外部柱順序收集隨后的部分，其中每種離散密度介質(zhì)指向廢棄物或一個(gè)收集容器，例如試管。然后，收集容器中的分離混合物可以被進(jìn)一步分析，例如在顯微鏡或其它設(shè)備下。
仍然在另一個(gè)實(shí)施方案中，流動(dòng)離心也作為混合器發(fā)揮作用；轉(zhuǎn)筒可以被修改，以便在轉(zhuǎn)筒的底部具有小的混合器/攪拌器葉片，從而在水相的離心分離之前，為引入的多相混合物的混合提供完整的低速交替旋轉(zhuǎn)。例如，在離心分離器的自動(dòng)化的、連續(xù)的操作中，含有被破壞以便從細(xì)胞中釋放細(xì)胞核的植物材料的緩沖溶液和緩沖液，相緩沖液，或其它適當(dāng)溶液或添加劑，可以被加入到轉(zhuǎn)筒中，相緩沖液和其它成分通過混合葉片或攪拌器以低速的葉輪作用被輕輕地混合在一起。在所施加的離心場(chǎng)的影響下，轉(zhuǎn)筒模式中的旋轉(zhuǎn)速率的增加導(dǎo)致溶液和材料沿著轉(zhuǎn)筒壁移動(dòng)，直到溶液集聚在轉(zhuǎn)筒的徑向末端。
在混合葉片的一個(gè)可選方案中，收集裝置移動(dòng)到混合物主體中，以便為加入到轉(zhuǎn)筒中的溶液提供紊流混合作用。例如，在離心分離器的自動(dòng)化的、連續(xù)操作中，含有植物材料的緩沖溶液和緩沖液，相緩沖液，或其它適當(dāng)?shù)娜芤夯蛱砑觿梢员患尤氲睫D(zhuǎn)筒中；相緩沖液和其它成分通過收集裝置插入到混合物中所產(chǎn)生的紊流作用被輕輕地混合在一起。收集臂的撤出和離心模式中旋轉(zhuǎn)速率的增加引起溶液和材料形成由分離的不連續(xù)密度相組成的環(huán)形柱。
在本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用中，組織樣品，例如植物組織，在離心分離器中進(jìn)行分離之前，通常將經(jīng)受碾磨，以便釋放細(xì)胞核。碾磨將在一個(gè)單獨(dú)的機(jī)器中進(jìn)行，或者該單獨(dú)機(jī)器作為與離心分離器組合的自動(dòng)化組織碾磨裝置的一部分。優(yōu)選地，在低剪切條件下磨碎組織，以維持DNA的完整性。離心可以提供從含有細(xì)胞材料勻漿的離散樣品中更快速地分離細(xì)胞核。上述方法可以以連續(xù)處理循環(huán)、在批量處理離散組織樣品中發(fā)揮作用。
使用離心分離器的實(shí)施方案以及離心分離方法的實(shí)施方案，現(xiàn)在將僅僅通過實(shí)施例的方式進(jìn)行實(shí)施例描述。
實(shí)施例1含有三個(gè)相的混合物，其中要求這些相中的一個(gè)相與其它兩個(gè)相分離，以便它可以被進(jìn)一步處理和分析。含有三個(gè)相的混合物被引入到離心分離器的轉(zhuǎn)筒中。轉(zhuǎn)筒高速旋轉(zhuǎn)，將三個(gè)相分離為環(huán)形柱狀物，在轉(zhuǎn)筒的外側(cè)具有最高密度相，并且具有最低密度的相形成了內(nèi)部柱。將要經(jīng)受進(jìn)一步處理的相位于其它兩個(gè)相之間。
由于最內(nèi)部的相將被廢棄，同時(shí)轉(zhuǎn)筒仍然在旋轉(zhuǎn)，所以收集裝置將廢棄物收集管的末端移向最內(nèi)部柱狀物的內(nèi)部邊緣，而不會(huì)擾亂其它柱狀物。當(dāng)與廢棄物收集管相連的泵通過導(dǎo)管吸引內(nèi)部柱狀物的流體時(shí)，收集裝置向外移動(dòng)，以便整個(gè)內(nèi)部柱狀物可以被收集。
當(dāng)檢測(cè)到整個(gè)內(nèi)部柱柱狀物已經(jīng)被收集，并且送出去丟棄時(shí)，收集裝置移動(dòng)，以便收集管能移動(dòng)中間的柱狀物，該中間柱狀物現(xiàn)在是剩余的兩個(gè)柱狀物中的最內(nèi)部柱狀物。該柱狀物的收集類似于第一個(gè)柱狀物的收集，尤其是不干擾最外部的柱狀物，除了收集的相被導(dǎo)向用于進(jìn)一步處理的容器或分析機(jī)器而外。
一旦該整個(gè)柱狀物被收集，就移動(dòng)收集裝置，以便廢棄物收集管能收集外部柱狀物，并且棄掉該柱狀物。
然后，直接對(duì)由不同部分或相組成的另一份樣品重復(fù)該過程，或者在清洗轉(zhuǎn)筒之后重復(fù)該過程。
實(shí)施例2本發(fā)明的實(shí)施方案尤其適合于從植物和其它屬和種的組織中分離和分開細(xì)胞核。例如動(dòng)物(哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物、鳥類、兩棲動(dòng)物、魚、昆蟲類)和真菌。
尤其是，在其中混合植物組織勻漿的兩相緩沖溶液中，含有聚合物葡聚糖和聚乙二醇(PEG)作為不混溶相形成試劑，所帶有的緩沖物是磷酸鉀，在pH7.0-8.0的范圍內(nèi)，其被引入到離心分離器的轉(zhuǎn)筒中。
然后使轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)，以便混合物分離為兩個(gè)不連續(xù)相，其形成內(nèi)部環(huán)形柱和外部柱。植物組織的微粒物質(zhì)在兩個(gè)柱的分界層上形成一個(gè)環(huán)形柱。含水的兩相系統(tǒng)促進(jìn)了微粒材料中的自由植物細(xì)胞核在界面區(qū)域中的分配。掃描分離的混合物，以鑒定含有自由植物細(xì)胞核的部分。隨后，在轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，用移動(dòng)的收集裝置從轉(zhuǎn)筒中收集分離的混合物。含有自由細(xì)胞核的柱被導(dǎo)向收集容器，以便可以進(jìn)行進(jìn)一步的分析，以確定植物樣品的DNA，同時(shí)處置掉剩余的相。
然后清洗轉(zhuǎn)筒，以便可以對(duì)不同的各種數(shù)量和組成的其它樣品重復(fù)該過程。
上面描述的兩相緩沖液溶液含有試劑，以保護(hù)植物細(xì)胞核的完整性，以便通過抑制核酸酶的活性來保護(hù)DNA完整性，并且抑制促進(jìn)活性酚類化合物的聚合作用的氧化過程。兩相緩沖液也可以包括添加劑，如可溶性聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，EDTA(乙二胺四乙酸)和二硫蘇糖醇或β-巰基乙醇和非離子型去污劑如Triton或者Tween，以促進(jìn)植物細(xì)胞膜的分散，并且提高蛋白質(zhì)、多糖和酚類化合物的溶解。
然而，應(yīng)該理解到，形成前述相的聚合物化合物不是排他的，其它的或替代性的化合物可以被包括在內(nèi)，或者取代前述化合物，包括這樣的替代性的水相形成系統(tǒng)，如Ficol葡聚糖，Uncon葡聚糖，羥基丙基淀粉聚(乙二醇)(PEG)，阿拉伯半乳聚糖PEG，PVP/PEG葡聚糖，PVPPEG或鹽PEG，或一種聚合物與取代葡聚糖的一些其它組合，或者一種取代的聚(乙二醇)聚合物與葡聚糖。
實(shí)施例3本發(fā)明的實(shí)施方案尤其適合于從植物和其它屬和種類的組織中，從細(xì)胞核中，分離和分開核酸，如基因組DNA和RNA。例如動(dòng)物(哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物、鳥類、兩棲類、魚類、昆蟲類)、真菌和細(xì)菌。
多相混合物也可以利用核酸聚合物的選擇性分配而成為特定的相層，以便部分地從其它細(xì)胞顆粒材料和可溶性聚合物中分離聚合物，所述細(xì)胞顆粒材料和可溶性聚合物選擇性地分配進(jìn)另一個(gè)相中。然后，含有核酸聚合物的相可以被收集，并且與新鮮的多相組分重新混合，以便進(jìn)一步去除殘余組分，這些殘余組分將分配進(jìn)一個(gè)與其中分配有核酸的相而不同的相中。
該技術(shù)包括將樣品與多相混合物以及能釋放核酸聚合物的離液序列高的離子混合，從而溶解核酸，使其不含有其它污染物聚合物，如蛋白質(zhì)和多糖，通過相分配去除污染物，收集富含核酸的相層。該技術(shù)是有利的，這在于它對(duì)于DNA的提取和對(duì)于不太穩(wěn)定的RNA的提取都是合適的，并且能給出高度富含核酸。分離核酸和其它聚合物的步驟涉及諸如離心、使用過濾器的過濾等等程序；因此當(dāng)與此處描述的儀器一起使用時(shí)，是相容性的。
實(shí)施例4本發(fā)明的實(shí)施方案尤其適合于從由植物和其它屬和種類的組織中而來的細(xì)胞核中分離和分開核酸，如基因組DNA和RNA。例如動(dòng)物(哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物、鳥類、兩棲動(dòng)物、魚、昆蟲類)、真菌和細(xì)菌。
多相混合物也可以利用核酸聚合物選擇性分配為特定的相層，以便部分地從其它細(xì)胞顆粒材料和可溶性聚合物中分離這些聚合物，所述細(xì)胞顆粒材料和可溶性聚合物選擇性地分配進(jìn)另一個(gè)相中。含有核酸聚合物的相然后可以被收集，并且與新鮮的多相組分重新混合，以便進(jìn)一步去除殘余組分，這些殘余組分將分配進(jìn)一個(gè)與其中分配了核酸的相不同的相中。
多相混合物也可以使用順磁性微球體，以便應(yīng)用質(zhì)量作用親和性，從包括選定相層的相對(duì)純的含水溶液中可逆地捕獲核酸聚合物。優(yōu)選地，核酸聚合物可以通過質(zhì)量作用與具有負(fù)電荷表面的磁性顆?？赡娴亟Y(jié)合；該表面電荷有助于在去除污染可溶物后釋放結(jié)合的DNA。
微球體的表面可以被功能化，加入到表面上的活性選擇性配體在特定生物分子和顆粒包括核酸的捕獲中提供特異性。平面芳族化合物如孔雀綠、苯基中性紅、苯基phenazinium染料、多胺、溴乙非啶、SYBR Green、Pico Green、Hoechst 42942或Hoechst 33258的附著是已知的，所述這些芳族化合物顯示出對(duì)特定DNA序列或DNA中特定堿基對(duì)區(qū)域的優(yōu)先結(jié)合。這樣的親和染料可以被附著到多種固體基質(zhì)上，所述固體基質(zhì)發(fā)揮作用以保留并且使核酸與固體表面結(jié)合。
多相混合物也可以使用多種微粒支持物，而不是微球體，包括用受控多孔玻璃(CPG)制成的微粒，丙烯酸共聚物、PEG顆粒、纖維素、尼龍、葡聚糖、高度交聯(lián)的聚苯乙烯、polyacrolein及其類似物。
替代性地，可以使用非特異性核酸結(jié)合技術(shù)，該技術(shù)包括使用去污劑，以及通過使用離液劑(chaotropes)；可以使用核酸結(jié)合固相如硅石顆粒，而不是結(jié)合劑、微球體或微粒支持物。
該技術(shù)包括將樣品與能釋放核酸的核酸結(jié)合硅石顆粒和離液序列高的離子混合，從而使核酸與硅石顆粒結(jié)合，從而通過洗滌去除污染物，并且收集與硅石顆粒結(jié)合的核酸。該技術(shù)是有利的，這在于它對(duì)于DNA的提取和對(duì)于不太穩(wěn)定的RNA的提取都是適合的，并且能給出高純度核酸。洗滌帶有結(jié)合的核酸的顆粒的步驟涉及諸如離心、使用過濾器的過濾等等的方法，因此當(dāng)使用時(shí)，與此處描述的儀器是相容的。然而，應(yīng)該理解到，前述以丙烯酰胺為基礎(chǔ)的親和顆粒和DNA結(jié)合硅石基質(zhì)顆粒和磁性顆粒不是排他的，也可以包括其它的或可替代的化合物，或者代替前述化合物。
實(shí)施例5核酸分子的選擇性純化也可以通過使用前面描述的儀器和方法來實(shí)現(xiàn)。選擇性要素可以是任何合適的介質(zhì)，該介質(zhì)可以通過任何合適的方式選擇感興趣的分子。例如，選擇可以基于對(duì)感興趣分子的吸引和選擇性結(jié)合，如在親和基質(zhì)中。
選擇性要素也可以包括應(yīng)用顆粒床或親和基質(zhì)樹脂，其中親和染料可以指導(dǎo)結(jié)合。例如，可以使用溴乙菲啶、Hoechst 42942或SYBR綠，通過伯胺或叔胺官能團(tuán)，其分別對(duì)聚丙烯酰胺顆?；颦傊穷w?；蚧酋Ｂ葮渲⒈砻婊罨猃埢蚓?xì)的二氧化硅顆粒的表面上的羥基發(fā)揮作用；或者在順磁性顆粒上處理具有硅石的表面涂層，聚丙烯酰胺，或者使用醛連接物部分。然而，應(yīng)該理解到，前述基于丙烯酰胺的親和樹脂和DNA結(jié)合硅基質(zhì)石不是排他的，可以包括額外的或可選擇的化合物，或者可以代替前述化合物。
權(quán)利要求
1.用于分離多相混合物的儀器，所述多相混合物可分離為不連續(xù)的密度相，該儀器包括一個(gè)環(huán)形的轉(zhuǎn)筒，其可繞著中心軸旋轉(zhuǎn)，并且具有一個(gè)開口，通過該開口，混合物被引入到轉(zhuǎn)筒中，從而轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)分離混合物，形成由不連續(xù)密度相組成的環(huán)；以及一個(gè)收集裝置，用于去除分離的不連續(xù)密度相，其中該收集裝置相對(duì)于該轉(zhuǎn)筒是可移動(dòng)的，這樣收集裝置可以位于轉(zhuǎn)筒中，以便在轉(zhuǎn)筒正在旋轉(zhuǎn)時(shí)，順序地、選擇性地并且各別地從轉(zhuǎn)筒去除環(huán)形柱狀物，而不會(huì)擾亂轉(zhuǎn)筒中剩余的環(huán)形柱狀物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，其中，在環(huán)形柱狀物的去除過程中，收集裝置位于與中心軸最靠近的、最接近環(huán)形柱狀物表面的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的儀器，其中收集裝置具有一個(gè)收集管，收集管被插入到轉(zhuǎn)筒中，用于通過開口和泵收集至少一個(gè)環(huán)形柱狀物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的儀器，其中，從一個(gè)環(huán)形柱狀物表面收集該環(huán)形柱狀物的流速是至少這樣的一個(gè)流速，即在這樣的流速下，該環(huán)形柱狀物的相等體積被允許收集。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的儀器，其中收集管是這樣排列的，以致收集管的末端延伸方向基本上垂直于轉(zhuǎn)筒的中心軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任意一項(xiàng)所述的儀器，其中混合物通過輸送管而被引入到轉(zhuǎn)筒中，輸送管通過轉(zhuǎn)筒的開口插入到轉(zhuǎn)筒中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任意一項(xiàng)所述的儀器，其中清洗管通過開口被插入到轉(zhuǎn)筒中，以便在分離的多相混合物被從轉(zhuǎn)筒中去除之后，將清洗溶液引入到轉(zhuǎn)筒中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任意一項(xiàng)所述的儀器，其中多相混合物到轉(zhuǎn)筒中的引入過程是通過將混合物的分離組分分別地引入到轉(zhuǎn)筒中而實(shí)現(xiàn)的，并且該轉(zhuǎn)筒包括用于在轉(zhuǎn)筒中攪拌和混合分離組分以便形成混合物的工具。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的儀器，其中用于攪拌和混合混合物的工具是位于容器中的擋板。
10.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的儀器，其中收集裝置進(jìn)一步包括一個(gè)廢棄物收集管，和一個(gè)用于鑒定不連續(xù)密度介質(zhì)或由此形成的分界層的工具，以及一個(gè)用于控制收集裝置移動(dòng)的工具，這樣去除工具的移動(dòng)是可控的，從而允許通過收集管或者通過廢棄物收集管，從轉(zhuǎn)筒中順序去除每一不連續(xù)密度介質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的儀器，其中鑒定不連續(xù)密度介質(zhì)的方法選自對(duì)不連續(xù)密度介質(zhì)的光學(xué)的、光譜的、電導(dǎo)率或變阻分析。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中的任意一項(xiàng)所述的儀器，其中混合物被選擇，以便在從而可形成的不連續(xù)密度相的分界層上分配混合物內(nèi)的細(xì)胞材料的細(xì)胞核。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到11中的任意一項(xiàng)所述的儀器，其中混合物被選擇，以便在從而可形成的不連續(xù)密度相中分配混合物內(nèi)的細(xì)胞材料的核酸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到11中的任意一項(xiàng)所述的儀器，其中混合物被選擇，以便在從而可形成的不連續(xù)密度相的分界層上分配混合物中的細(xì)胞材料的核酸，該核酸結(jié)合到顆粒上。
15.一種方法，用于分離可分離為不連續(xù)密度相的多相混合物，所述方法包括如下步驟將混合物引入環(huán)形的轉(zhuǎn)筒，該轉(zhuǎn)筒具有一個(gè)開口和一個(gè)旋轉(zhuǎn)的中心軸，使轉(zhuǎn)筒繞著轉(zhuǎn)筒的中心軸旋轉(zhuǎn)，這樣混合物被分離為由不連續(xù)密度相形成的環(huán)形柱狀物，并且通過收集裝置從轉(zhuǎn)筒上去除不連續(xù)密度相，其中收集裝置相對(duì)于轉(zhuǎn)筒是可移動(dòng)的，這樣收集裝置就可以位于轉(zhuǎn)筒中，從而在轉(zhuǎn)筒正在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，從轉(zhuǎn)筒上順序地、選擇性地并且單獨(dú)地去除環(huán)形柱狀物，而基本上不破壞轉(zhuǎn)筒中剩余的環(huán)形柱狀物。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，在環(huán)形柱狀物的去除過程中，收集裝置位于與中心軸最靠近的、最接近環(huán)形柱狀物表面的位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中收集裝置包括一個(gè)收集管，用于收集至少一個(gè)環(huán)形柱狀物。
18.根據(jù)權(quán)利要求15到17中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中從環(huán)形柱狀物表面收集該環(huán)形柱狀物的速率是至少這樣的一個(gè)流速，即在環(huán)形環(huán)形柱狀物內(nèi)的相等體積被呈遞用于收集。
19.根據(jù)權(quán)利要求15到18中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中多相混合物引入到容器中是通過輸送管來實(shí)現(xiàn)的，其中輸送管通過轉(zhuǎn)筒的開口插入到轉(zhuǎn)筒中。
20.根據(jù)權(quán)利要求15到19中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在從轉(zhuǎn)筒中去除不連續(xù)密度相之后清洗轉(zhuǎn)筒的步驟，以便清洗轉(zhuǎn)筒。
21.根據(jù)權(quán)利要求15到20中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，對(duì)至少一種其它的多相混合物，在轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，重復(fù)引入多相混合物、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒以及去除不連續(xù)密度相的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求15到21中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中將多相混合物引入轉(zhuǎn)筒中的步驟是通過將混合物的分離部分獨(dú)立地引入轉(zhuǎn)筒中，以及在轉(zhuǎn)筒中攪拌并且混合分離組分來實(shí)現(xiàn)的，從而形成多相混合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中多相混合物的攪拌和混合是通過轉(zhuǎn)筒中的擋板實(shí)現(xiàn)的。
24.如權(quán)利要求15到23中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括鑒定不連續(xù)密度相或由此形成的分界層，以及控制去除裝置的移動(dòng)的步驟，這樣就可以通過收集管或者通過廢棄物收集管從轉(zhuǎn)筒中去除每一不連續(xù)密度相。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中檢測(cè)手段選自對(duì)轉(zhuǎn)筒中的不連續(xù)密度相的光學(xué)的、光譜的、電導(dǎo)率或變阻分析。
26.分離多相混合物，所述多相混合物被選擇，用于通過使用根據(jù)權(quán)利要求15到25中的任意一項(xiàng)所述的方法，將混合物內(nèi)的細(xì)胞材料的細(xì)胞核分配在由此可形成的不連續(xù)密度相的分界層上。
27.分離多相混合物，所述多相混合物被選擇，用于通過使用根據(jù)權(quán)利要求15到25中的任意一項(xiàng)所述的方法，將混合物內(nèi)的細(xì)胞材料的核酸分配在由此可形成的不連續(xù)密度相中。
28.分離多相混合物，所述多相混合物被選擇，用于通過使用根據(jù)權(quán)利要求15到25中的任意一項(xiàng)所述的方法，將多相混合物內(nèi)的細(xì)胞材料的核酸分配在由此可形成的不連續(xù)密度相的分界層上，所述核酸結(jié)合在顆粒上。
全文摘要
在用于分離多相混合物的方法和儀器中，所述多相混合物可分離為不連續(xù)的密度相，一個(gè)環(huán)形的轉(zhuǎn)筒(2)是可繞著中心軸旋轉(zhuǎn)的，并且具有一個(gè)開口，通過該開口，混合物被引入到轉(zhuǎn)筒(2)中。轉(zhuǎn)筒(2)旋轉(zhuǎn)分離混合物，形成由不連續(xù)密度相組成的環(huán)，并且一個(gè)收集裝置(14)去除分離開的不連續(xù)密度相。收集裝置(14)相對(duì)于轉(zhuǎn)筒(2)是可移動(dòng)的，這樣收集裝置(14)可以位于轉(zhuǎn)筒(2)中，以便在轉(zhuǎn)筒(2)正在旋轉(zhuǎn)時(shí)，順序地、選擇性地并且各別地從轉(zhuǎn)筒(2)去除環(huán)形柱狀物，而不會(huì)擾亂轉(zhuǎn)筒(2)中剩余的環(huán)形柱狀物。
文檔編號(hào)B04B11/06GK1859961SQ200480028170
公開日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者凱斯·理查德·米切爾遜 申請(qǐng)人:博奧生物有限公司, 凱斯·理查德·米切爾遜