由流動相的雙相電解萃取的制作方法
【專利說明】由流動相的雙相電解萃取
[0001] 本發(fā)明涉及用于從樣品中萃取化合物的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常將使用施加電場以增強從一個相到另外的相的傳質(zhì)的溶劑萃取方法稱作"電 解萃取(electroextraction)"。當將電場施加于由低傳導性有機相和較高傳導性或高傳導 性水性相組成的不混溶兩相液-液體系時，有機相中帶電荷的化合物會快速向水性相迀移。 隨著進入水性相，迀移速率劇烈降低，導致界面處分析物濃度。
[0003] 起初，研發(fā)電解萃取作為化學工程領(lǐng)域的純化技術(shù)以提高產(chǎn)物收率，參見例如1^_ a-3,841,984和US-A-3,472,080。最近，如例如J .Chromatogr .A 1994,687,333-341 和 Electrophoresis 2010,31,3903-3912中所公開，已將電解萃取為了分析目的進行修改，在 毛細管中將化合物由有機相萃取入水性相。盡管這通常是非常有效的方法，但是其需要將 分析物溶解在有機相中，這將其潛在應(yīng)用限于具有適當溶解度的分子，并且涉及在分析操 作中額外的稀釋步驟，即將樣品與有機相混合。
[0004] 在W0-A-2007004892中公開了不同的方法。該文中公開了通過包含固定的有機溶 劑的液體膜，將至少一種電離的或部分電離的有機化合物由第一親水供體溶液向第二親水 受體溶液電解輔助萃取的方法。盡管該方法可允許由第一水溶液向第二水溶液萃取含水的 分析物樣品，但由于與液體膜相關(guān)的運輸限制以及人造液體膜區(qū)分大部分內(nèi)源性化合物與 生物基質(zhì)(這在代謝產(chǎn)物學中是非常不期望的）的事實，膜的存在會僅允許有限數(shù)目的化合 物進入受體溶液。另外，裝置是復雜的，并且所述膜在單次應(yīng)用后就需要被丟棄。
[0005] 因為目前的電解萃取裝備利用固定體積的雙相體系，由于在電解萃取方法期間分 析物的耗竭，所述方法是自限制的。此外，由于在所述方法期間溶劑不能夠更新，目前的電 解萃取裝備不能夠用于連續(xù)注射。我們研發(fā)了一種芯片，所述芯片使得將分析物從連續(xù)地 補充的有機供體溶液有力地電解萃取到小體積的不流動(stagnant)的或流動的水溶液中 成為可能。所述芯片適用于許多溶劑類型，并且不使用凝膠、膜來使得雙相流體相容。
[0006] 因此，仍然需要改進電解萃取方法的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明涉及將化合物從移動的流體供體相電解萃取到受體相中的方法，其包括以 下步驟:提供導電供體相，所述導電供體相以第一流速移動并與第一電極導電接觸，提供導 電受體相，所述導電受體相與所述供體相直接接觸并與所述供體相不混溶，而且所述導電 受體相與第二電極導電接觸；以及提供支持性的或限制性的相引導模式（phase guide pattern)，以在供體相與受體相之間保持限定的界面，以及(d)在所述第一電極與所述第二 電極之間施加電場。
[0008] 本發(fā)明還涉及用于兩相電解萃取的裝置，其包括：（i)通道，所述通道用于運輸流 體流并具有由通道底(channel floor)和兩個通道壁限定的體積;和(ii)第一電極，所述第 一電極用于接觸第一相并設(shè)置于所述通道壁之一，以及第二電極，所述第二電極用于接觸 第二相并設(shè)置于與所述第一電極相對的通道壁，以便在與流動方向正交的方向上施加電 場，以及在兩個電極上施加電場的設(shè)備；以及（iii)輪廓相引導（contour phase guide)，所 述輪廓相引導設(shè)置于所述通道底，并在距所述通道壁給定距離處，從入口導管至出口導管 沿著所述底的輪廓設(shè)置，所述輪廓相引導通過將相邊界的彎月面固定(pinning)在所述相 引導來將至少兩個相分離。
【附圖說明】
[0009]可以從權(quán)利要求書、說明書和附圖收集這些和其它特征，各個特征(單獨地或以其 子組合的形式)可在本發(fā)明的實施方案和其它領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)，并且可代表在此請求保護的有益 的，獨立地可保護的構(gòu)造。在下文中參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的實施方案，其中：
[00?0]圖1公開電解萃取芯片的俯視示意圖，其包含工藝路線(process line up)和本發(fā) 明的優(yōu)選裝置。圓圈處與通道以流體連接的導管未顯示。
[0011]圖2公開真實的EE芯片的俯視圖。EE芯片的特征如下所示（從頂部到底部）：Pt電 極;包含兩種不混溶的液體的微通道，其通過微通道基底上的相引導保持在合適的位置，而 兩個相具有直接的界面；以及又一個Pt電極。該圖顯示真實的實例，其中沿不流動的水性 相，以30yL/min的流供給乙酸乙酯結(jié)晶紫溶液。圖2(A)顯示放大2.5倍拍攝的圖像。
[0012]獲得在OV⑶和80V(C)下，沿不流動的水性相以30yL/min供給的乙酸乙酯結(jié)晶紫 溶液的消耗和濃度特征，并還將其在2.5倍放大下顯示和對比，以增強可視化。
[0013] 圖3說明基于三種酰基肉堿的相對回收、平均值和標準差(在0、100、300和500V萃 取電壓以及50、75和100yL/min乙酸乙酯供給速率下獲得），最優(yōu)芯片EE參數(shù)的測定。
[0014] 圖4顯示由芯片EE獲得的三個LC-MS色譜圖的疊加（overlay)，顯示了對于在300V 下由50yL/min流速的EtOAc萃取的多個濃度水平的辛?；鈮A(a)和月桂?；鈮A(a)獲得 的芯片EE校準線。所有樣品包含I OOnM濃度的己?；鈮A，其用作內(nèi)標。
[0015] 圖5顯示通過芯片-EE獲得的兩種肉堿和肽的MS信號增強。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 主題方法能夠?qū)⒒衔飶墓w相直接分離并萃取到一個或多個受體相中，而不需 要分開兩個相的物理障礙，例如凝膠、膜或其它復雜的萃取系統(tǒng)下。這能夠簡化電解萃取方 法，并允許操作連續(xù)或半連續(xù)方法，而不是目前已知的分批方法。
[0017] 為了分析目的的電解萃取將液-液萃取(LLE)和電泳二者的特征相結(jié)合。電解萃取 能夠?qū)㈦x子化合物從有機相高速萃取到水性相中。LLE利用分子的分配系數(shù)來將分析物從 有機相轉(zhuǎn)移到水性相中，水性相作為不混溶的溶劑體系的一部分。該萃取方法是費時費力 的，并且難于自動化。此外，特別是對于yL大小的分析物混合物，LLE變得不實用。
[0018] 電解萃取是其中在雙相溶劑體系上施加電位的技術(shù)。所述雙相溶劑體系包含分析 物供體有機溶液和分析物受體水溶液。由電位誘導的電場將帶電荷的分析物（陰離子/陽離 子）向水性相驅(qū)動。由于低電導，電場非常高，因此有機相中的迀移速率非常高。在水性相 中，由于高電導，帶電荷的分析物的迀移速率相對地非常低。這意味著帶電荷的分析物會堆 積在緊鄰有機/水界面后的非常薄的水層中。
[0019] 優(yōu)選地，通過不斷地更新供體溶液，并保持受體溶液不流動，用電解萃取可獲得極 高且選擇性的分析物增強因子。
[0020] 與LLE相反，由于所施加的電位使迀移速率增加2個或更多個數(shù)量級，并由此降低 迀移時間，電解萃取是更快的技術(shù)。
[0021] 由于可在相對短的時間內(nèi)實現(xiàn)優(yōu)異的增強因子，所述電解萃取方法完全適合作為 分析少量(smalI plugs)樣品材料(例如CE-MS或LC-MS)的樣品預處理技術(shù)。
[0022] 本發(fā)明還有益地涉及裝置，優(yōu)選基于帶電荷的分析物的迀移并用于分析物富集的 微流體芯片。
[0023] 主題方法的益處在于溶解在相對大體積有機溶劑(例如所述供體相）中的分析物 以相對高的速度迀移到相對小體積的極性受體相(例如含水溶劑）中，從而在短時間間隔內(nèi) 極大地提高濃度水平。
[0024]主題方法和裝置的重要特征是易于操作以及通過在芯片上提供的相引導技術(shù)獨 立地處理不混溶的溶劑流的能力。
[0025] 該芯片可利用基于電解萃取的分析物富集，但是也可在輕微改變下使用其它電驅(qū) 動溶劑分析物增強技術(shù)。
[0026] 所述芯片特別適用于自動化操作，并因此能夠顯著降低在通過與質(zhì)譜聯(lián)用的毛細 管電泳(CE-MS)或與質(zhì)譜聯(lián)用的液相色譜分析之前，從樣品中選擇性濃縮陽離子或陰離子 的操作的勞動強度。
[0027] 在所述方法期間，所述供體相和所述受體相是基本上不混溶的，這是特別重要的， 因為至少供體相以第一流速和流動方向流動通過萃取裝置。所述受體相可以第二速率流 動，第二速率可以比所述供體相的流速低。為了實現(xiàn)強富集，所述供體相的速率遠高于所述 受體相的速率。所述受體相優(yōu)選甚至是不流動的，這允許相對大體積的供體相沿靠著小體 積的受體相通過，從而富集萃取到受體相中，或者萃取到供體相和受體相之間的界面中的 化合物。然后可將受體相引入導管，以將其定期或以分批的方式移除，得到大大富集的萃取 物樣品，從而能夠?qū)⒐w相中的化合物大大地濃縮。
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