專利名稱：電泳裝置、使用電泳裝置的電泳法及電泳裝置的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電泳裝置、使用電泳裝置的電泳法及所述電泳裝置的用途。
背景技術(shù)：
已經(jīng)知道了電泳裝置和電泳分離法，其中試驗(yàn)物質(zhì)在液相與固相之間的界面處被分離成單獨(dú)的試樣物質(zhì)。
一種類似的分離法即加壓過濾法已經(jīng)被用到許多工程中并且也被廣泛地用于分離生物聚合物。相反，基本上很少使用電泳分離，即所謂的電泳過濾法或簡(jiǎn)稱的電濾，盡管這種方法看起來是很有利的，因?yàn)樵诮柚O(shè)置在相應(yīng)的電泳裝置的分離槽中的分離膜的電泳傳輸過程中，與加壓過濾不同地，不一定要輸送所有試樣量，而是只要輸送離子類，并且不必輸送全部溶劑。很少使用電濾法的原因基于以下事實(shí)，即尤其是在根據(jù)此方法分離生物聚合物時(shí)，出現(xiàn)了問題，此外，這些問題看來就是生物聚合物的不可逆吸附和變性，因最佳散熱中的技術(shù)問題而引起的電濾有限性，其中所述熱量出現(xiàn)在電泳過程中，以及固體相材料即分離膜的分離性能波動(dòng)。
通過使用生物相容的合成樹脂膜，可以盡可能地使在液相與固相之間界面即分離膜處的不可逆吸附作用最小，雖然迄今仍不能防止膜的分離性能在長(zhǎng)時(shí)間接觸待分離生物聚合物后會(huì)改變，這被稱為“污塞”。
實(shí)際上，在使用電濾法時(shí)因該分離作業(yè)所固有的熱生成而帶來的問題不僅嚴(yán)重限制了該方法的應(yīng)用范圍，而且與加壓過濾法相比而嚴(yán)重限制了流通量。當(dāng)熱在分離膜材料中不利地更多生成時(shí)，可能會(huì)明顯改變特有的分離性能，結(jié)果，過熱甚至?xí)茐牟牧稀?br> 還知道了被稱為無載體電泳或自由流電泳(FFE)的、用于分離出在水溶液中的生物微粒的電泳分離法和相應(yīng)的電泳分離裝置。當(dāng)電泳分離在水溶液中的生物微粒時(shí)，必須使用電導(dǎo)率高的介質(zhì)，以便在分離期間內(nèi)和之后保持生物微?；钚浴４送?，必須為此解決分離槽最佳散熱的問題，因?yàn)樵诜蛛x槽中的升高溫度引起了分離能力的明顯降低。這意味著，為實(shí)現(xiàn)嘴佳化，在分離槽隙內(nèi)的各點(diǎn)的溫度梯度以及在分離槽內(nèi)的不同點(diǎn)上的溫差必須盡可能小。為提高FFE的分離能力，還必須在電場(chǎng)強(qiáng)度盡可能高的情況下進(jìn)行生物微粒分離，由于介質(zhì)的電導(dǎo)率高，這就導(dǎo)致了在分離過程中出現(xiàn)的工作熱超比例地增加。
因此，可在市場(chǎng)上得到的且根據(jù)FFE法工作的生物微粒分離用電泳裝置在這樣的意義上被優(yōu)化了，即一方面使用了理想分離能力所需的電場(chǎng)強(qiáng)度，另一方面，如此同時(shí)實(shí)現(xiàn)最佳的工作熱散失，即選擇盡可能小的分離槽隙。
此外，從德國(guó)專利DE 69029466T2中知道了一種利用了用于傳導(dǎo)冷卻介質(zhì)的縱向空心纖維的電泳裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種高效率的且高速工作的電泳裝置。
根據(jù)本發(fā)明，通過如權(quán)利要求1給出的實(shí)施方式來完成該任務(wù)。
本發(fā)明的電泳裝置根據(jù)電濾和FFE的結(jié)合方式如此工作，即在一個(gè)最佳的FFE分離法的邊界條件下進(jìn)行電濾，這能夠?qū)崿F(xiàn)快速的FFE分離過程并同時(shí)避免因過熱而引起的分離特性波動(dòng)的問題以及避免肯能有的膜材破壞。
本發(fā)明電泳裝置的特別優(yōu)選的改進(jìn)方案和實(shí)施方式是權(quán)利要求2-7的主題。
使用本發(fā)明電泳裝置的電泳法是權(quán)利要求8-12的主題。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例，其中圖1是本發(fā)明電泳裝置的第一實(shí)施例的俯視圖；圖2是圖1所示實(shí)施例的截面圖；圖3是在空心纖維中加入試驗(yàn)物質(zhì)的圖1所示實(shí)施例的的俯視圖；圖4是試驗(yàn)物質(zhì)被加入分離槽的圖1所示實(shí)施例的俯視圖；圖5是在所謂的免疫提取時(shí)的圖1所示實(shí)施例的俯視圖；圖6是本發(fā)明電泳裝置的一實(shí)施例的俯視圖，它對(duì)應(yīng)于圖1所示的實(shí)施例，但它按照同時(shí)多組處理方式來工作；
圖7是與FF等電聚焦結(jié)合的圖1所示實(shí)施例的俯視圖；圖8A-8C本發(fā)明裝置的其它實(shí)施例的截面圖，它們表示分離件的形狀；圖9A-9C以示意圖表示本發(fā)明電泳裝置的工作方式。
具體實(shí)施例方式
圖1所示的本發(fā)明電泳裝置的實(shí)施例具有一個(gè)有一如0.3mm-1mm的小縫隙寬度的水平取向的FFE分離槽，該縫隙形成于一塑料塊1和一帶保溫罩的金屬塊3之間。在入口側(cè)，分離槽有至少一個(gè)試樣入口和幾個(gè)介質(zhì)入口5，在出口側(cè)，它有幾個(gè)用于經(jīng)過電泳處理的試樣物質(zhì)的出口9。
在分離槽內(nèi)，一空心纖維2延伸于入口側(cè)和出口側(cè)之間，它將分離槽分成兩個(gè)分離槽部7、8。電極4平行于空心纖維3并從入口側(cè)到出口側(cè)地安置在分離槽的兩側(cè)。通過適當(dāng)?shù)貥O化施加于電極的直流電壓時(shí)，分離槽部7是陰離子物質(zhì)的分離腔，分離部8是陽離子物質(zhì)的分離腔。在這里，最好這樣選擇電極電壓，即物質(zhì)的短暫遷移路程就足以被分離開。
空心纖維2配備有一入口和一出口并且在內(nèi)部有一連續(xù)空腔，該空腔從入口通向出口。如圖1所示，空心纖維2在縱向上超過了用于分離出物質(zhì)的出口9。
所用空心纖維2在其被引入分離槽前具有一個(gè)明顯大于分離槽隙寬度的外徑，其中空心纖維2的壁厚值明顯小于分離槽隙寬度的一半。當(dāng)把空心纖維2放入分離槽時(shí)，空心纖維2從圓形被壓扁成其內(nèi)橫截面為橢圓形，但這種形狀仍然允許順暢地傳導(dǎo)待分離的試樣物質(zhì)。
空心纖維2平行于電極4地布置在電泳分離槽內(nèi)，從而當(dāng)圖1所示電泳裝置裝滿其中溶有鹽的水溶液并且直流電壓被加到電極4上時(shí)，液體中的離子物質(zhì)在空心纖維2內(nèi)外向電極方向移動(dòng)。所用鹽的陰離子和陽離子物質(zhì)在水溶液中經(jīng)空心纖維2從液相中遷移向電極4。如果空心纖維2的口徑與離子聚合物的尺寸或分子量相比做小，則在電泳遷移期間內(nèi)到達(dá)空心纖維2與水溶液之間界面的溶解的離子聚合物就留在此界面上。聚合物的這種滯留同樣出現(xiàn)在空心纖維2外的含水相和在空心纖維2的內(nèi)部空腔里。空心纖維2的材料和孔徑根據(jù)各自用途即要處理的試樣而不同并且進(jìn)行相應(yīng)的選擇。空心纖維2的位置即它在分離槽內(nèi)的正確定位是根據(jù)理想的材料分離來選擇的。例如，只有當(dāng)在試樣添加后進(jìn)行朝向空心纖維的遷移時(shí)，分解物才會(huì)保留在空心纖維2的相界處。
圖1所示的電泳裝置可用于不同用途，尤其被用于在FFE條件下(但FFE未被用作分離法)進(jìn)行電濾以便進(jìn)行兩級(jí)分離，通過利用兩種分離方法的肯能性而使這種分離最佳化，從而作為試樣添加措施地進(jìn)行電濾，以便繞過復(fù)雜的試樣處理或至少使其簡(jiǎn)化，或者它被用于電濾中的高度選擇的電泳分離，即用作免疫提取裝置。
在電濾時(shí)，通過空心纖維2的內(nèi)部空腔，可以將要電濾分離的試樣引入在電極4與空心纖維2之間的空隙內(nèi)，這分別在圖3、4中示出了。但在將試樣加入在電極4與空心纖維2之間空隙內(nèi)的情況下，必須注意這種添加是在正確的一側(cè)進(jìn)行，因?yàn)橹挥挟?dāng)聚合物遷移朝向空心纖維2發(fā)生時(shí)，才能有望實(shí)現(xiàn)保留在含水相與空心纖維2之間的相界處。
在示出了將試樣添加到空心纖維2的內(nèi)部空腔內(nèi)的圖3中，三種分解物的的運(yùn)動(dòng)軌跡用10、11和12表示。這尤其意味著分解物11留在空心纖維2內(nèi)。
在圖4中，分解物軌跡從在空心纖維2與電極4之間空隙內(nèi)的試樣測(cè)量點(diǎn)13出發(fā)地也用10、11和12來表示。因此，在這種應(yīng)用場(chǎng)合下，分解物11留在外表面上，即在液相與固相之間的界面上。
如果空心纖維2內(nèi)的介質(zhì)與空心纖維2外的介質(zhì)相比具有不同的鹽或不同的鹽濃度，則原來在空心纖維2內(nèi)的鹽被空心纖維外的鹽所置換和/或鹽濃度得到平衡，這也被稱作試樣處理。
當(dāng)在這種情況下經(jīng)過處理的試樣應(yīng)在隨后的獨(dú)立方法中被分離，則它從空心纖維2的內(nèi)部空腔中被洗提，為此，足夠小地選定空心纖維2孔徑，以便將重要的離子分解物保留在空心纖維2內(nèi)。
如果希望借助FFE來同時(shí)處理試樣并進(jìn)行電泳分離，則必須使用有這樣的孔徑的空心纖維2，即該孔徑允許待分離的分解物從空心纖維2的內(nèi)部空腔中被送入分離槽。
也可以通過形成在分離槽內(nèi)的鮮明界面來提取兩個(gè)水溶液之間的離子物質(zhì)，但這只能在構(gòu)成物質(zhì)傳輸用界面的介質(zhì)的流變性能是相似的并且相鄰介質(zhì)可以按照相似的線速度流過分離槽時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。但在多數(shù)情況下，無法得到這些邊界條件。如果空心纖維2被用于添加介質(zhì)，則在空心纖維2內(nèi)外的介質(zhì)可以按不同的線速度來傳送，甚至可以使用具有截然不同的物理性能和化學(xué)性能如密度、粘性、表面張力、電導(dǎo)率等的介質(zhì)。
在這里，幾乎可以隨意地選擇待提取的離子物質(zhì)的傳輸和/或遷移的方向；在圖3、4中示出了這樣的可能性并且這在上面已經(jīng)描述了。這意味著，物質(zhì)傳輸可以在空心纖維2與電極4之間的界面方向上并沿空心纖維2縱向進(jìn)行。
圖1所示電泳裝置的另一個(gè)用途是如圖5所示的所謂的免疫提取法。在此應(yīng)用場(chǎng)合中，待形成的免疫合成物的一成分以任意高的濃度溶解在空心纖維2內(nèi)的介質(zhì)中。在這里，如此選擇該成分的分子重量和/或空心纖維2的分離邊界，即該成分即使在電泳條件下也留在空心纖維2的內(nèi)部空腔里。因此，如圖5具體所示，如果分解物10作為免疫合成物留在空心纖維2內(nèi)，則分解物11留在空心纖維2的外壁上并且分解物12處于在空心纖維2與電極4之間間隙中的所示軌跡上。
在聯(lián)合使用電濾法和FFE法的情況下，可以省掉否則經(jīng)常需要的在FFE分離之前的試樣處理，這樣一來，可避免會(huì)不利地影響或阻礙成功分離和/或預(yù)期的試樣流通量的試樣稀釋。按圖3所示方式并通過空心纖維2將一種根據(jù)先前經(jīng)驗(yàn)而不適用于FFE的試樣輸入分離槽，這擴(kuò)大了FFE的應(yīng)用領(lǐng)域，簡(jiǎn)化了試樣準(zhǔn)備和在日常應(yīng)用中的裝置操作并增大了整個(gè)分離過程自動(dòng)化的機(jī)會(huì)。
所有的FFE分離技術(shù)即FF分區(qū)電泳、FF等速電泳、FF等電聚焦或FF場(chǎng)躍電泳都可以與電濾法結(jié)合使用。在這里，與聚焦FF分離技術(shù)結(jié)合是特別有利的。
FF場(chǎng)躍電泳與電濾分離技術(shù)的結(jié)合尤其提供了試樣流通量增大地在同時(shí)平行多重處理中進(jìn)行分離的可能性。在圖6中示出了成三重平行同時(shí)多組處理形式的組合方式，其中示出了介質(zhì)界面6(離子分解物的濃度)和電導(dǎo)率分布7。
電濾與聚焦FFE分離技術(shù)即FF等電聚焦、FF等速電泳的結(jié)合提供了甚至比上述結(jié)合方式還要好的分離性能，不過在這里，無法在分離槽內(nèi)同時(shí)并行進(jìn)行處理。
圖7表示電濾與FF等電聚焦的分離技術(shù)的結(jié)合，其中待分離物質(zhì)或是從空心纖維2中被送到空心纖維2與電極4之間界面中，如圖3、4所示。分解物軌跡用10和12表示，分解物11留在空心纖維2內(nèi)。
在圖8B、8C中示出了空心纖維2布置結(jié)構(gòu)的一個(gè)替換方案，為了做對(duì)比，它們被再次畫在圖8A中。在這里，陰離子和陽離子的遷移用14和15來表示。
圖8B表示一個(gè)實(shí)施例，其中一平膜16被粘到塊1或3的內(nèi)表面上并最好最好被粘到塑料塊1的內(nèi)表面上，從而在塑料塊1內(nèi)表面與平膜16之間形成一空腔，它的高度大于分離槽隙的寬度。因此，平膜16按照與在圖8A所示實(shí)施例中通過空心纖維2達(dá)到的效果相同的方式來劃分分離槽。
此外，通過塑料塊1內(nèi)的孔，將介質(zhì)輸入平膜16中的空腔和從其中排出介質(zhì)。
在圖8C所示的實(shí)施例中，最好在塑料塊1的內(nèi)表面內(nèi)上形成一槽形凹面19，以代替預(yù)制空心纖維2，用于輸入和排出的孔用平膜覆蓋。這樣一來，出現(xiàn)一通道，它填滿待分離試樣。通過在平膜上方的分離槽內(nèi)輸送流體的阻斷機(jī)構(gòu)18，借助平膜16和塑料塊1內(nèi)的凹面19的電泳物質(zhì)傳送被轉(zhuǎn)向并且離子物質(zhì)通過平膜從凹面19被送入分離槽。在必要時(shí)，可借助外部冷卻系統(tǒng)使凹面19處的液體熱平衡。
如開頭所述，過濾膜的滲透性在加壓過濾中隨過濾時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，而降低得越快，則在待過濾溶液中的聚合物含量越來越高，在這里，過濾膜滲透性的降低被稱為膜污塞。
而在電濾中，因?yàn)椴皇撬性嚇颖凰拖蚍蛛x膜，而只是試樣中的離子物質(zhì)被送向分離膜，所以污塞問題是不太重要的，但當(dāng)必須留在分離膜上的離子聚合物質(zhì)的含量高時(shí)，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間過濾來說，不能忽略污塞的影響。
與其中橫流作為適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施地減少了污塞的加壓過濾不同，盡管在電濾情況下在空心纖維內(nèi)的試樣流速造成橫流，但流速是與減少污塞無關(guān)地且與借助膜的處物質(zhì)傳送無關(guān)地被優(yōu)化的。換句話說，在電濾期間內(nèi)出現(xiàn)的橫流不足以有效地減少或消除污塞。
進(jìn)一步減少污塞的方法措施就是選擇過濾溶液pH值，在待濾溶液中減少聚合物填充量。對(duì)有兩性特性的生物聚合物來說，選擇這樣的溶液pH值，即它等于生物聚合物或其主要成分的pH值。這意味著，聚合物不受電場(chǎng)強(qiáng)度的影響。
以下的改進(jìn)型電濾法對(duì)消除污塞是相當(dāng)有效的。
在電濾的標(biāo)準(zhǔn)過程中，在整個(gè)電濾期間內(nèi)施加一定的直流電壓或一定的電場(chǎng)強(qiáng)度。隨著電濾的持續(xù)進(jìn)行，空心纖維內(nèi)表面和分離膜孔內(nèi)的空隙中被更多的離子聚合物占據(jù)，這肯能導(dǎo)致分離膜內(nèi)表面被完全覆蓋。如圖9A所示，這實(shí)際上造成通過膜的物質(zhì)傳送減少了。
通過定期接通和斷開工作直流電壓，可以明顯減少污塞，因?yàn)樵跀嚅_直流電壓的期間里，在電濾期間內(nèi)附著在膜上的聚合物的大部分繼續(xù)在空心纖維內(nèi)進(jìn)行傳送并且可以在接通和斷開的多次定期交替后從空心纖維中被洗提出來。這在圖9B中示出了。
由于在空心纖維內(nèi)部空間里的層流的不利流動(dòng)截面，所以，緊鄰膜表面的聚合物只能很緩慢地被洗提，并且孔中的聚合物始終不受定期接通和斷開直流電壓措施的影響。但是，如果采用這樣的方法，即在有效電濾進(jìn)行了一定時(shí)間后，改變直流電壓極性達(dá)一段要短得多的時(shí)間，則已遷移到孔內(nèi)的聚合物移向空心纖維的對(duì)置內(nèi)壁移動(dòng)。如果如此選擇反向直流電壓的持續(xù)時(shí)間，即聚合物的大部分在此分離作業(yè)期間里從邊緣區(qū)域和/或孔中移動(dòng)到空心纖維中央，則聚合物進(jìn)入最大流速的區(qū)域并由此很有效地在空心纖維里繼續(xù)傳送聚合物并在幾個(gè)電濾周期和幾次改變極性生效后被洗提。這在圖9C中示出了。
此外，通過定期交變空心纖維內(nèi)的壓力，可以促進(jìn)借助電泳的孔和壁面的有效沖洗，從而在有效的電泳沖洗期間里，空心纖維內(nèi)的內(nèi)壓與外部空間相比而減小。這樣一來，同時(shí)和同方向的加壓沖洗增強(qiáng)了沖洗效果。
權(quán)利要求
1.電泳裝置，它包括-一個(gè)分離槽，它在入口側(cè)具有至少一個(gè)試樣入口并在出口側(cè)具有用于經(jīng)過電泳處理的試樣物質(zhì)的出口，-至少一個(gè)有選擇地讓某些試樣物質(zhì)透過的分離件，它有縱向延伸的連續(xù)內(nèi)部空腔，該分離件從入口側(cè)到出口側(cè)地布置在分離槽內(nèi)并把分離槽分成兩個(gè)分離槽部，-一些電極，它們平行于分離件地布置在分離槽的兩側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的電泳裝置，其特征在于，所述分離件是一空心纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的電泳裝置，其特征在于，所述分離件由一個(gè)形成一空腔的塑料平膜構(gòu)成，該平膜被粘到分離槽的一內(nèi)表面上。
4.如權(quán)利要求1所述的電泳裝置，其特征在于，所述分離件由一個(gè)在分離槽一內(nèi)表面中的槽形凹面和分離槽的一對(duì)置的阻塞機(jī)構(gòu)組成，其中在分離槽和槽形凹面之間設(shè)有用于引入和排放的孔，這些孔被平膜覆蓋。
5.如先前權(quán)利要求之一所述的電泳裝置，其特征在于，所述試樣入口通入分離槽的內(nèi)部空腔里。
6.如權(quán)利要求1-4之一所述的電泳裝置，其特征在于，所述試樣入口通入一個(gè)分離槽部中。
7.如先前權(quán)利要求之一所述的電泳裝置，其特征在于，多個(gè)分離件被彼此平行地設(shè)置在分離槽內(nèi)，以便進(jìn)行同時(shí)的多重電泳。
8.使用如先前權(quán)利要求之一所述電泳裝置的電泳法，其特征在于，將一個(gè)直流電壓施加到電極上，該直流電壓被定期地接通和斷開。
9.使用如權(quán)利要求1-7之一所述電泳裝置的電泳法，其特征在于，一個(gè)極性被定期顛倒的直流電壓被施加到電極上，在這里，其直流電壓的極性與在有效電泳時(shí)的直流電壓極性相反的時(shí)間段比在有效電泳時(shí)的直流電壓的極性的時(shí)間段短。
10.如權(quán)利要求9所述的電泳法，其特征在于，在該空心纖維中的內(nèi)壓與周圍外部空間相比被定期地改變。
11.如權(quán)利要求8-10之一所述的電泳法，其特征在于，向著在分離槽內(nèi)的溫度梯度盡可能小的方向來控制溫度。
12.如權(quán)利要求1-7之一所述的電泳裝置被用于免疫提取法的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及電泳裝置，它包括一個(gè)在入口側(cè)有至少一個(gè)試樣入口并在出口側(cè)有用于經(jīng)過電泳處理的試樣物質(zhì)的出口(9)的分離槽。所述分離槽被至少一個(gè)分離件(2)分成兩個(gè)分離槽部(7，8)，所述分離件(2)可選擇地讓特殊試樣物質(zhì)透過并且具有縱向延伸的內(nèi)腔，這樣的分離件尤其是從入口側(cè)到出口側(cè)的空心纖維。一些電極(4)平行于分離件地布置在分離槽的兩側(cè)。
文檔編號(hào)B01D61/44GK1481641SQ01820802
公開日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2001年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月18日
發(fā)明者格哈德·韋伯, 格哈德 韋伯 申請(qǐng)人:格哈德·韋伯, 格哈德 韋伯