專利名稱：一種電泳聚焦?jié)饪s裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用電泳法分析材料的設(shè)備。
19世紀(jì)中葉Wiedeman和Buff報道了在電場作用下帶電粒子在溶液中移動的現(xiàn)象。后來這種現(xiàn)象就稱為電泳。電泳不僅指這種現(xiàn)象也是一種分離方法和技術(shù)。電泳就是分離和鑒定混合物中帶電粒子的技術(shù)。在20世紀(jì)20年代以前，電泳技術(shù)應(yīng)用只限于區(qū)帶電泳，直到1923年才開始出現(xiàn)等速電泳，成功地分離了稀土金屬和一些簡酸。隨后電泳技術(shù)的不斷發(fā)展，至今按分離原理主要有4種，即區(qū)帶電泳、移動界面電泳、等速電泳和等電聚焦電泳。電泳作為一種分離技術(shù)，它的應(yīng)用越來越廣。特別是高效毛細管電泳(HPCE)，可以施加極高的電壓，以極短的分離時間實現(xiàn)了前所未有的高分辨率和分離效率。在當(dāng)今化學(xué)、分子生物學(xué)和生物化學(xué)上得到了廣泛的研究和應(yīng)用。但是毛細管區(qū)帶電泳存在著3個技術(shù)困難(1)注樣困難；(2)不能實現(xiàn)現(xiàn)場的預(yù)濃縮；(3)由于分離區(qū)帶一直遷移的特性，限制了檢測方式，妨礙陣列式毛細管電泳的發(fā)展。CN1193107A號專利申請公開了一種逆流聚焦電泳裝置，它設(shè)有充滿電泳溶液的電泳通道、與通道并行且相互接觸的固相離子導(dǎo)電體、電泳溶液驅(qū)動器、正負(fù)電極室與正負(fù)電極、直流電源。通道兩端分別接電泳溶液驅(qū)動器和電極室，電泳溶液的線速度VX與電泳溶液驅(qū)動離子朝X方向泳動的電場強度εX之比VX/εX為X的單調(diào)函數(shù)。
本發(fā)明旨在提供一種能高效率地對帶電離子進行濃縮的電泳聚焦?jié)饪s裝置。它主要用于痕量物質(zhì)分離分析前期預(yù)濃縮進樣，又可以獨立用于一些貴重生化試劑的提純。改進毛細管電泳目前存在的問題。
本發(fā)明設(shè)有2個電解槽，電解槽之間用管狀物連接，用固態(tài)離子導(dǎo)體把電解槽與管狀物隔開。當(dāng)濃縮陰離子時，用固態(tài)陽離子導(dǎo)體隔開陽極槽與管狀物；當(dāng)濃縮陽離子時，用固態(tài)陰離子導(dǎo)體隔開陰極槽與管狀物。
應(yīng)用時，以陰離子濃縮為例，當(dāng)裝置通電后，陽離子在電場的驅(qū)動下可以穿過固態(tài)陽離子導(dǎo)體順利地達到陰極槽，而陰離子雖然在電場的作用下要向正極槽移動，但由于無法穿過固態(tài)陽離子導(dǎo)體，因此只能在小孔處聚集，進而達到濃縮的效果。
已有的電泳技術(shù)可分為4種主要類型區(qū)帶電泳，移動界面電泳、等速電泳及等電聚焦。分離各種離子主要是由于離子的遷移率不同，而等電聚焦是靠它們不同的等電點。從應(yīng)用方面，可分為檢測型及制備型兩大類，前者用以分離檢測、鑒定，而后者用以分離制備某些組分為目的。
區(qū)帶電泳系統(tǒng)的特征是整個系統(tǒng)(正電極、負(fù)電極、分離室)都是用同一種電解質(zhì)充滿。一般來說，背景電解質(zhì)的濃度比樣品濃度高，因此它提供了一個恒定的pH值和電位梯度。當(dāng)通電時樣品離子、電解質(zhì)離子按各自特定的速度移動。如果樣品中不同離子的遷移率相差很大，那么經(jīng)過一段時間后，不同的離子相互分離。這種檢測方法的缺點是分離步驟完成以后才能檢測。此外，處理要經(jīng)歷額外幾個步驟需要較長的時間，經(jīng)常會出現(xiàn)諸如區(qū)帶擴散等麻煩問題。
移動界面電泳把兩端分別接有正電極和負(fù)電極的小孔管作為分離室進行陰離子分離。正極槽和細孔管充滿同一種電解質(zhì)，選用的電解質(zhì)的陰離子較所有待分離的陰離子遷移率大，樣品加于負(fù)極槽中。陰離子移向正極，而樣品陰離子無法超越前電導(dǎo)電解質(zhì)，樣品中各種陰離子流動也有參差。
等速電泳的特征是細孔管和正電極槽充滿的前導(dǎo)電解質(zhì)的陰離子必須占據(jù)大于所有待分離的陰離子的遷移率，負(fù)電極槽充滿尾隨電解質(zhì)，它的陰離子的遷移率比所有的陰離子都小。樣品加于前導(dǎo)和尾隨電解質(zhì)之間，通電一段時間后，樣品中各種陰離子按照各自的有效遷移率的大小順序排列。同時樣品的區(qū)帶是處于前導(dǎo)電解質(zhì)和尾隨電解質(zhì)之間，第一條樣品區(qū)帶是樣品中具有最大有效遷移率的陰離子，而最后一條樣品區(qū)帶是樣品中有效遷移率最小的陰離子，至此，樣品不會再進一步分離。系統(tǒng)進入一個穩(wěn)定狀態(tài)，這種場合我們可以認(rèn)為是等速分離系統(tǒng)。在這個階段所有的區(qū)帶相連接，并且有相同的遷移速度。
兩性電解質(zhì)在等電點處凈電荷為零，在電場作用下將不會發(fā)生遷移。在分離室中置一pH梯度緩沖液，pH值從分離室的一端向另一端遞。兩性混合物注入這種系統(tǒng)，對這個系統(tǒng)加上電場，則每一種物質(zhì)就移到一個固定的位置上，這個位置的pH值等于該物質(zhì)的等電點值pI，即這種物質(zhì)在該處聚焦。不同物質(zhì)的pI值不同，所以它們的聚焦點也不同，進而達到分離的目的。但該方法的應(yīng)用范圍小，目前僅限于具有兩性特征的蛋白質(zhì)和多肽的分離。
以上所述的各種電泳技術(shù)都存在不少的缺點，如區(qū)帶電泳的上樣區(qū)帶要求非常狹窄，樣品濃縮與樣品分離不能同時進行，分離區(qū)帶一直處于動態(tài)之中，對檢測的靈敏度和響應(yīng)速度要求較高。等電聚焦只適用于兩性電解質(zhì)樣品的分離，緩沖液也只能選用相對特定范圍內(nèi)兩性電解質(zhì)的混合物，價格較高。等速電泳要求選用不連續(xù)的緩沖液系統(tǒng)，分離達到穩(wěn)定后，樣品形成銳化區(qū)帶緊密排列，為了檢測，可能需要加入間隔物。移動界面電泳分離效果不好，不能把樣品獨立分離出來。
本發(fā)明是利用聚集電泳濃縮原理設(shè)計而成，以聚焦?jié)饪s制備為目的。聚焦電泳濃縮速度快，裝置簡單，濃縮效果好(可以達到兩個數(shù)量級)。這些都說明本發(fā)明具有很大的發(fā)展前景，可以用在分析化學(xué)上(例如毛細管電泳作預(yù)濃縮裝置)降低檢測限，使痕量物質(zhì)的檢測成為可能；也可以用來提純一些貴重的生化物質(zhì)和貴重的稀有物質(zhì)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為采用光纖檢測方法檢驗濃縮效果的裝置原理圖。
圖3為采用微電極循環(huán)伏安法檢驗濃縮效果的裝置原理圖。
圖4為采用比色法檢驗濃縮效果的裝置原理圖。
圖5為采用比色法檢驗濃縮效果的曲線圖。
以下實施例將以濃縮陰離子為例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
如圖1所示，本發(fā)明設(shè)有2個電解槽陽極槽1和陰極槽2，電解槽1和2之間用通道管3連接，通道管3與陽極槽1之間用一固態(tài)陽離子導(dǎo)體4把電解槽隔開。通電后陽離子在電場的驅(qū)動下可以穿過固態(tài)陽離子導(dǎo)體4順利地達到陰極槽2，而陰離子雖然在電場的作用下要向陽極槽1移動，但由于無法穿過固態(tài)離子導(dǎo)體4，因此只能在通道管與固態(tài)離子導(dǎo)體連接處5聚集，進而達到濃縮的效果。在連接處5設(shè)有一濃縮液導(dǎo)出管6，當(dāng)濃縮達要求后，可從濃縮液導(dǎo)出管6處徐徐抽出濃縮液。
在電泳過程中，正負(fù)電極電解會產(chǎn)生H+和OH-，使電泳溶液的pH改變，使某些待濃縮離子發(fā)生化學(xué)變化(或改變電荷狀態(tài)，或改變顏色)，因此對不同的待濃縮離子有不同的pH要求，所選用的緩沖溶液也不同。本實施例中可使用溴酚藍溶液和硫酸鈉溶液作為陰陽溶液，為了防止其他離子的影響，我們在陰極使用C6H13NO2緩沖溶液，在陽極使用1∶3.5的KH2PO4和Na2HPO4緩沖溶液。兩邊的pH值控制在9.0左右。
當(dāng)欲濃縮物為陽離子時，采用固態(tài)陰離子導(dǎo)體，并設(shè)置于陰極槽2與通道管3之間。
圖2給出采用光纖檢測方法檢驗濃縮效果的裝置原理圖，陽極槽1和陰極槽2由固態(tài)離子導(dǎo)體4隔開，光源7和檢測器8的光路由光纖9引入、引出，濃縮區(qū)作為光檢測池。
圖3給出采用微電極循環(huán)伏安法檢驗濃縮效果的裝置原理圖。實驗對象改用可氧化還原的物種如K3Fe(CN)6，采用微鉑電極檢測濃縮區(qū)的Fe(CN)63-的濃度。陽極槽1與陰極槽2之間設(shè)通道管3，固態(tài)離子導(dǎo)體4將陽極槽1與通道管3隔開。裝置中另設(shè)有環(huán)狀輔助電極10、參比電極11、微鉑電極12。
圖4給出采用比色法檢驗濃縮效果的裝置原理圖。在濃縮處開一小口13，并用一玻管將濃縮液導(dǎo)出，然后采用一系列不同濃度的溴酚藍溶液放在導(dǎo)出口進行比色。儀器與試劑采用高壓恒流電源14，恒電流0～1mA，輸出電壓0～1000V。陽極溶液10-3MNa2SO4溶液；1∶3.5KH2PO4和Na2HPO4緩沖溶液(pH≈9.0)。陰極溶液系列溴酚藍溶液；C6H13NO2緩沖溶液(pH≈9.0)。實驗過程中，濃縮液導(dǎo)出管可用微量吸液泵連續(xù)抽出濃縮液。導(dǎo)出管口接一玻管(內(nèi)徑≤0.5mm)，另一端管口堵住，濃縮液由于重力作用，下沉入(對流，擴散)管內(nèi)，并隨時間推移沉積量增多。采用有色樣品，易于觀察，也可以與樣品玻管進行比較(管徑與導(dǎo)出管一樣)。在實驗過程中，恒定給一個電流300μA，對不同時間的實驗濃縮現(xiàn)象進行攝像，記錄。
實驗結(jié)果表明，隨時間的增加，導(dǎo)出液的濃度越來越高，管內(nèi)濃縮帶越來越長。最后可以充滿整管。從圖5還可以看出該裝置能夠很好地濃縮一些待檢測液(可以達到兩個數(shù)量級)。在圖5中選用溴酚藍溶液，a為10-5M(初始濃度)，b為10-4M，c為10-3M，d為導(dǎo)出管內(nèi)溴酚藍濃度。
權(quán)利要求
1.一種電泳聚焦?jié)饪s裝置，其特征在于設(shè)有2個電解槽，電解槽之間用管狀物連接，用固態(tài)離子導(dǎo)體把電解槽與管狀物隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電泳聚焦?jié)饪s裝置，其特征在于當(dāng)濃縮陰離子時，用固態(tài)陽離子導(dǎo)體隔開陽極槽與管狀物。
3.如權(quán)利要求1所述的一種電泳聚焦?jié)饪s裝置，其特征在于當(dāng)濃縮陽離子時，用固態(tài)陰離子導(dǎo)體隔開陰極槽與管狀物。
全文摘要
涉及一種用電泳法分析材料的設(shè)備。設(shè)有2個電解槽,電解槽之間用管狀物連接,用固態(tài)離子導(dǎo)體把電解槽與管狀物隔開。利用聚集電泳濃縮原理設(shè)計而成,以聚焦?jié)饪s制備為目的。聚焦電泳濃縮速度快,裝置簡單,濃縮效果好(可以達到兩個數(shù)量級)。這些都說明本發(fā)明具有很大的發(fā)展前景,可以用在分析化學(xué)上(例如毛細管電泳作預(yù)濃縮裝置)降低檢測限,使痕量物質(zhì)的檢測成為可能;也可以用來提純一些貴重的生化物質(zhì)和貴重的稀有物質(zhì)。
文檔編號G01N27/447GK1372138SQ0210837
公開日2002年10月2日 申請日期2002年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月29日
發(fā)明者田昭武, 林華水, 周勇亮, 胡維玲 申請人:廈門大學(xué)