專利名稱：用來向毛細(xì)管電泳裝置中饋送樣品的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來向毛細(xì)管電泳裝置的毛細(xì)管中饋送液體樣品的方法和裝置。
電泳是一種通過它可以電分離一電解液中帶電粒子、且通過某些特殊方法也可以分離不帶電粒子的電化學(xué)方法，這些粒子的大小從最小的離子與分子到膠體粒子。這些粒子以取決于它們的電荷與其他特性的不同速率在一電場中移動(dòng)。在區(qū)帶電泳法中，把待分離樣品作為一狹窄區(qū)帶放入電解液即本底(background)溶液中。在電場中，樣品的不同成分分離成分離區(qū)帶。為使這些區(qū)帶不過度擴(kuò)展，必須防止本底溶液的對(duì)流。在區(qū)帶電泳法中，是通過例如紙、凝膠或其他支持介質(zhì)穩(wěn)定該溶液來做此事。
電泳發(fā)展的最新階段是毛細(xì)管電泳，它是分析化學(xué)中進(jìn)步最快的應(yīng)用領(lǐng)域之一。在該方法中，本底溶液在一很細(xì)的毛細(xì)管中以致于液體的粘滯力會(huì)抑制對(duì)流。該毛細(xì)管的內(nèi)徑范圍通常從20到100μm。這樣，在一自由溶液中進(jìn)行電泳，由此消除了由支持介質(zhì)造成的擾動(dòng)。還易于從毛細(xì)管中消除由電流產(chǎn)生的熱能，因此就可施加一高壓電場，從而加速分離。另外，還易于進(jìn)行毛細(xì)管電泳的自動(dòng)化操作。
在毛細(xì)管區(qū)帶電泳中，用一裝有樣品溶液的毛細(xì)管將兩個(gè)裝有本底電解液的槽互連。每個(gè)槽都裝有一個(gè)電極。把待分析的樣品作為一短的區(qū)帶引入毛細(xì)管的一端。為了引入樣品，通常把毛細(xì)管的這一端輸送到一個(gè)槽中，并把所需量的樣品溶液注入毛細(xì)管，之后再把毛細(xì)管的該端送回本底溶液中。用這些槽中的電極把一范圍通常從200到1000V/Cm的電場施加在毛細(xì)管上，在該電場的作用下帶電粒子將開始在毛細(xì)管中運(yùn)動(dòng)。如果不同的粒子在電場中具有不同的速率，則它們會(huì)相互分離。粒子的區(qū)帶將在不同時(shí)間通過毛細(xì)管另一端的檢測器，并且測量它們的信號(hào)。
毛細(xì)管電泳具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如高分離速度、高分辨率和所需樣品尺寸小。為了達(dá)到高分辨率，重要的是能把樣品作為盡可能短的區(qū)帶引入毛細(xì)管。毛細(xì)管其自身內(nèi)部的容積非常小，而且樣品體積必須只是毛細(xì)管容積的一小部分。毛細(xì)管電泳中注入樣品的問題尚未令人滿意地解決。目前有兩種用于加樣的方法流體動(dòng)力學(xué)法和電動(dòng)力學(xué)法。在這兩種方法中，首先使毛細(xì)管裝滿本底溶液，在加樣時(shí)，把毛細(xì)管接收樣品的一端輸送到樣品溶液中，樣品溶液的量必須足以使毛細(xì)管的這一端全部浸入其中。
按照流體動(dòng)力學(xué)方法，通過一壓差將樣品注入毛細(xì)管中。該壓差要么通過把毛細(xì)管端部置于不同液位從而產(chǎn)生一液體靜壓差來產(chǎn)生，要么用氣體在一可密封樣品槽中產(chǎn)生過壓來產(chǎn)生，該過壓將樣品溶液注入毛細(xì)管中。通過選擇壓差及其有效作用時(shí)間來控制進(jìn)入毛細(xì)管中的樣品量。
在電動(dòng)力學(xué)加樣中，將一毛細(xì)管端放入樣品槽，并且將電泳電流加在電極之間，于是樣品中的帶電粒子將開始以取決于其特定遷移率的速率移入毛細(xì)管。另外，在電滲的作用下，整個(gè)樣品溶液將開始流入毛細(xì)管。所轉(zhuǎn)移的樣品量是電場與時(shí)間的函數(shù)，它對(duì)于具有不同電遷移率的物質(zhì)來說是不同的。
這些已知的加樣法的先決條件是把毛細(xì)管的接收樣品端從本底溶液輸送到樣品溶液中，在取樣之后再將其返回到本底溶液中，以及要有足夠的樣品量。這些轉(zhuǎn)送步驟很麻煩并且影響所注入樣品的量，另外它們?cè)谀撤N程度上不可控制。只把毛細(xì)管在樣品溶液中浸一下將會(huì)注入少量的樣品。為了能精確地控制加樣，必須不把毛細(xì)管移到本底溶液外面而進(jìn)行加樣。
美國專利5141621公開了一種毛細(xì)管電泳系統(tǒng)，其中把該電泳系統(tǒng)的加樣毛細(xì)管和分離毛細(xì)管固定連接到一界面室上。很難構(gòu)造該界面并且該固定界面使例如加樣毛細(xì)管和/或分離毛細(xì)管的更換復(fù)雜化。另外，在該美國專利的系統(tǒng)中，必須通過加樣毛細(xì)管用抽吸法將樣品溶液抽入界面室或分離毛細(xì)管中。在這種情況下，需要比加入分離毛細(xì)管中樣品量更多的樣品量。
本發(fā)明的目的是提供一種用來將樣品引入毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置分離毛細(xì)管中的新穎的方法和裝置。本發(fā)明的具體目的在于提供一種用其可將樣品注入毛細(xì)管而無需將毛細(xì)管移到本底溶液外部的方法和裝置。另外，本發(fā)明的目的在于提供一種其應(yīng)用無需大量樣品的方法和裝置。為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的特征在于權(quán)利要求1和9的特征項(xiàng)中所述的內(nèi)容。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于無需將分離毛細(xì)管的樣品接收端移到本底溶液的外部，由此加速并簡化了加樣，并可精確地控制所加入樣品的量。另外，所需樣品量非常少。
根據(jù)主要原理，按照本發(fā)明的加樣方法如下工作。最初毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的分離毛細(xì)管的入口端處于一純凈的本底溶液中。電流和電滲流將均勻的本底溶液轉(zhuǎn)移到毛細(xì)管中。為了把樣品引入毛細(xì)管入口端的周圍，以這樣一種方式加入樣品溶液，即在該端部的區(qū)域內(nèi)，本底溶液由樣品溶液連續(xù)代替同時(shí)保持與電極的接觸。在一選擇時(shí)間間隔之后，從毛細(xì)管入口端的附近抽出樣品溶液，并由本底溶液代替該樣品溶液。電壓可在所有時(shí)間或在所選時(shí)間內(nèi)接通。這樣可精確地把期望大小的樣品區(qū)帶加入毛細(xì)管。按照該原理，還可進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)加樣。
以下參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中

圖1繪出毛細(xì)管區(qū)帶電泳法的原理；圖2繪出一按照本發(fā)明的加樣裝置，其具有固定的加樣毛細(xì)管；圖3繪出一按照本發(fā)明的加樣裝置，其具有活動(dòng)的加樣毛細(xì)管；圖4繪出按照本發(fā)明的活動(dòng)加樣毛細(xì)管的一個(gè)實(shí)施例；圖5繪出按照本發(fā)明的加樣毛細(xì)管的另一實(shí)施例；圖6繪出按照本發(fā)明的加樣毛細(xì)管的又一實(shí)施例；圖7繪出按照本發(fā)明的活動(dòng)加樣毛細(xì)管的實(shí)施例，其中將一個(gè)短的加樣毛細(xì)管整個(gè)浸入裝有本底電解液的槽中。
圖1表示毛細(xì)管區(qū)帶電泳法的一般原理。將分離毛細(xì)管1的每一端置于裝有本底電解液8的槽2與3中，這些槽具有連接到高壓電源7上的電極5和6。另外，與分離毛細(xì)管1的出口端相連接，裝有一檢測器4，借助該檢測器4檢測在該毛細(xì)管中分離的粒子。例如可以根據(jù)樣品的吸光率進(jìn)行檢測。樣品在毛細(xì)管1中移動(dòng)，經(jīng)過檢測器4進(jìn)入槽3中。分離毛細(xì)管的內(nèi)徑一般約為25-100μm。
在圖2a、2b和2c中，表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中用一固定的加樣毛細(xì)管9將樣品溶液(N)引入毛細(xì)管入口端附近，該毛細(xì)管9的內(nèi)徑大于毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的毛細(xì)管1入口端的外徑。所述兩個(gè)毛細(xì)管直徑間的差一般約為0.1-1mm。在圖2a中，把加樣毛細(xì)管9的端部以一端搭接入另一端內(nèi)的方式放在所述分離毛細(xì)管1的入口端周圍。在此階段，與本底溶液相接觸的加樣毛細(xì)管端可充滿本底溶液。在圖2b中，表示裝在加樣毛細(xì)管中的樣品溶液(N)如何全部包圍所述入口端，本底溶液已完全為分離毛細(xì)管1周圍的樣品溶液所取代。加樣預(yù)定時(shí)間之后，在圖2c中，經(jīng)加樣毛細(xì)管9用吸力將樣品溶液從分離毛細(xì)管入口端周圍抽出，隨后樣品溶液又為本底溶液所取代。圖中，細(xì)箭頭繪出電流和電滲流的方向，粗箭頭繪出樣品溶液在加樣毛細(xì)管中的運(yùn)動(dòng)方向。
圖3a、3b和3c表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中用一活動(dòng)的加樣毛細(xì)管10將樣品溶液(N)引入分離毛細(xì)管1入口端的附近，該毛細(xì)管10的內(nèi)徑大于毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的分離毛細(xì)管1入口端的外徑。所述兩個(gè)毛細(xì)管直徑間的差一般為0.1-1mm。在圖3a中，裝滿樣品的加樣毛細(xì)管準(zhǔn)備好下放到加樣位置。電泳電壓接通，本底溶液正在流入分離毛細(xì)管。圖3b中，正以一端搭接到另一端內(nèi)的方式將加樣毛細(xì)管導(dǎo)入本底溶液中分離毛細(xì)管1的入口端周圍，于是毛細(xì)管1入口端周圍的樣品溶液將取代本底溶液。借助電泳電流把樣品輸送到分離毛細(xì)管中。加樣預(yù)定時(shí)間之后，在圖3c中，從分離毛細(xì)管的入口端周圍抽出加樣毛細(xì)管10。與此同時(shí)，可在加樣毛細(xì)管中向回吸樣品溶液以避免污染本底溶液。但這并不是必須的，因?yàn)榭梢砸砸环N與加樣系統(tǒng)無關(guān)的方式使本底溶液保持純凈。通過電滲流的速度、電泳電流和加樣時(shí)間確定轉(zhuǎn)移到分離毛細(xì)管中的樣品量。圖中的細(xì)箭頭繪出電流和電滲流的方向，粗箭頭繪出加樣毛細(xì)管中樣品溶液的運(yùn)動(dòng)方向和加樣毛細(xì)管的移動(dòng)方向。
圖4a、4b和4c表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中用一活動(dòng)的加樣毛細(xì)管10將樣品溶液(N)引入毛細(xì)管1入口端的附近。也可以固定安裝加樣毛細(xì)管10。本實(shí)施例中，在電極槽底部、分離毛細(xì)管1入口端的前面，有一個(gè)其直徑大于加樣毛細(xì)管外徑的導(dǎo)管11。
圖4b中，以活動(dòng)的加樣毛細(xì)管不會(huì)阻礙分離毛細(xì)管1入口端與本底溶液間傳輸?shù)姆绞綄⒑瑯悠啡芤旱幕顒?dòng)加樣毛細(xì)管引到導(dǎo)管11中分離毛細(xì)管入口端的附近。在圖4b中，注入樣品溶液以使其全部充滿毛細(xì)管1入口端的周圍。借助電流和電滲流或毛細(xì)管另一端產(chǎn)生的吸力把樣品輸送到分離毛細(xì)管1中。加樣期望時(shí)間之后，在圖4c中，從分離毛細(xì)管入口端的附近抽出加樣毛細(xì)管10。與此同時(shí)，可經(jīng)過加樣毛細(xì)管吸取溶液以便保持電極槽中本底溶液的純度。不過，這并不是必須的，因?yàn)槿绻A(yù)計(jì)將會(huì)污染本底溶液，則可以以一種與加樣系統(tǒng)無關(guān)的方式使其保持純凈。圖中細(xì)箭頭繪出電流和電滲流的方向，粗箭頭繪出加樣毛細(xì)管中樣品溶液的運(yùn)動(dòng)方向和加樣毛細(xì)管的移動(dòng)方向。
在圖5所示的本發(fā)明實(shí)施例中，已將分離毛細(xì)管1的上端固定從而使其上邊緣與本底溶液槽的底部在同一水平上。在本底溶液槽的底部，有構(gòu)成底部一部分的突起12。已將一活動(dòng)的加樣毛細(xì)管10下放到加樣位置，在分離毛細(xì)管1入口的周圍已有所加入的樣品溶液，該樣品溶液在電泳電流的作用下正開始流入分離毛細(xì)管中。在一段適當(dāng)時(shí)間之后，可經(jīng)加樣毛細(xì)管10或以其它方式吸取任何過量的樣品溶液。
圖6中，在本底溶液槽的底部，有構(gòu)成底部一部分的凹槽13，該凹槽為加樣毛細(xì)管10的移動(dòng)導(dǎo)向。分離毛細(xì)管端部的上邊緣與凹槽的底部位于同一水平。象圖5中那樣進(jìn)行加樣。在圖5與6的實(shí)施例中，加樣毛細(xì)管的內(nèi)徑大體等于或稍大于分離毛細(xì)管的內(nèi)徑。
圖7a中，裝有臂14的加樣毛細(xì)管10中裝滿樣品，準(zhǔn)備好下放到加樣位置。電泳電壓接通，本底溶液正流入分離毛細(xì)管1中。箭頭繪出流向。圖7b中，以兩毛細(xì)管的端部相對(duì)的方式已將加樣毛細(xì)管10下放到分離毛細(xì)管1的入口處。加樣毛細(xì)管10很短以致把它完全浸入本底溶液中，它一般例如為2-10mm。借助電泳電流把樣品轉(zhuǎn)移到分離毛細(xì)管中。在圖7的實(shí)施例中，加樣毛細(xì)管的內(nèi)徑與分離毛細(xì)管的內(nèi)徑之比的范圍一般可以從0.1到2。通過為加樣毛細(xì)管選擇一更小的內(nèi)徑，獲得一個(gè)更小的樣品體積。樣品體積也可以受加樣毛細(xì)管長度的影響。
權(quán)利要求
1．一種用來將樣品引入毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的分離毛細(xì)管(1)中的方法，該毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置包括兩個(gè)裝有本底電解液(8)的槽(2、3)，用一裝有本底電解液的毛細(xì)管(1)將這兩個(gè)槽互連；位于槽中的電極(5、6)，這些電極與一高壓電源(7)相連接；以及一毛細(xì)管出口端處的檢測器(4)，其特征在于用一固定或活動(dòng)的加樣毛細(xì)管(9、10)，以存在于加樣毛細(xì)管(9、10)中的或從其中加入的樣品溶液(N)將整個(gè)包圍上述入口端的方式，通過把加樣毛細(xì)管置于毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的分離毛細(xì)管(1)入口端的附近進(jìn)行加樣，且在一預(yù)定時(shí)間之后從毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的毛細(xì)管(1)入口端的附近抽出加樣毛細(xì)管，隨后，樣品溶液(N)將由本底溶液(8)取代。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于加樣毛細(xì)管(9)是固定的，且其內(nèi)徑大于毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的毛細(xì)管(1)入口端的外徑，并且以此兩端將會(huì)一端搭接在另一端內(nèi)的方式，在上述入口端周圍放置加樣毛細(xì)管的端部，且在一預(yù)定時(shí)間之后，從毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的毛細(xì)管(1)入口端周圍抽出樣品溶液。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于加樣毛細(xì)管(10)是活動(dòng)的，且其內(nèi)徑大于毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的毛細(xì)管(1)入口端的外徑，并且以此兩端將會(huì)一端搭接在另一端內(nèi)的方式在上述入口端周圍放置加樣毛細(xì)管的端部，且在一預(yù)定時(shí)間之后，從毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的毛細(xì)管(1)入口端周圍抽出加樣毛細(xì)管(10)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的毛細(xì)管(1)入口端與形成于電極槽底部的一導(dǎo)管(11)固定連接，該導(dǎo)管的直徑大于加樣毛細(xì)管(10)的直徑，并且將活動(dòng)的加樣毛細(xì)管導(dǎo)入導(dǎo)管(11)內(nèi)，使其進(jìn)入毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的毛細(xì)管(1)入口端的附近，且在一預(yù)定時(shí)間之后，從所述入口端的附近抽出加樣毛細(xì)管(10)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的毛細(xì)管(1)入口端與形成于電極槽底部的一導(dǎo)管(11)固定連接，該導(dǎo)管的直徑大于加樣毛細(xì)管(10)的直徑，并且將一固定的加樣毛細(xì)管置于毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的分離毛細(xì)管(1)入口端的附近，且在一預(yù)定時(shí)間之后，從所述入口端的附近抽出樣品(N)。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于將毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的分離毛細(xì)管(1)上端的上邊緣固定在與形成于本底溶液槽底部的一突起(12)的上邊緣相同水平處，并且將一活動(dòng)的加樣毛細(xì)管(10)的端部導(dǎo)入分離毛細(xì)管入口端的附近，且在一預(yù)定時(shí)間之后，從所述入口端的附近抽出加樣毛細(xì)管(10)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于將毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的分離毛細(xì)管(1)上端的上邊緣固定在與形成于本底溶液槽底部的一凹槽(13)的底部相同水平處，并且將活動(dòng)的加樣毛細(xì)管(10)的端部導(dǎo)入分離毛細(xì)管(1)入口端的附近，且在一預(yù)定時(shí)間之后，從所述入口端的附近抽出加樣毛細(xì)管(10)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于以兩毛細(xì)管的端部相對(duì)的方式將裝有一臂(14)的加樣毛細(xì)管(10)的端部導(dǎo)入分離毛細(xì)管(1)入口端的附近，并且將加樣毛細(xì)管完全浸入本底溶液中，且在一預(yù)定時(shí)間之后，從所述入口端的附近抽出加樣毛細(xì)管(10)。
9．一種用來將樣品引入毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的分離毛細(xì)管(1)中的裝置，該毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置包括兩個(gè)裝有本底電解液(8)的槽(2、3)，這些槽通過一裝有本底電解液的毛細(xì)管(1)互連；置于這些槽中的電極(5、6)，這些電極與一高壓電源(7)相連；和一位于毛細(xì)管出口端的檢測器(4)，其特征在于它包括一裝有樣品溶液(N)的活動(dòng)或固定的加樣毛細(xì)管(8、10)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的毛細(xì)管(1)入口端與形成于電極槽底部的一導(dǎo)管(11)固定連接，該導(dǎo)管的直徑大于加樣毛細(xì)管(10)和毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的毛細(xì)管(1)的直徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及用來將樣品引入毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的分離毛細(xì)管(1)中的方法和裝置,該毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置包括:兩個(gè)裝有本底電解液(8)的槽(2、3),這些槽通過一裝本底電解液的毛細(xì)管(1)互連;置于這些槽中的電極(5、6),這些電極與一高壓電源(7)相連;和一位于毛細(xì)管出口端的檢測器(4)。用一固定或活動(dòng)的加樣毛細(xì)管(9、10),以樣品溶液(N)將整個(gè)包圍所述入口端的方式,通過將加樣毛細(xì)管置于毛細(xì)管區(qū)帶電泳裝置的毛細(xì)管(1)入口端的附近加樣,并且借助一電泳電流或以某種其他的方式將樣品轉(zhuǎn)移入分離毛細(xì)管(1)中,且在一預(yù)定時(shí)間之后,從所述入口端的附近抽出樣品溶液,隨后樣品溶液由本底溶液(8)取代。
文檔編號(hào)G01N27/447GK1212758SQ97192790
公開日1999年3月31日 申請(qǐng)日期1997年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月7日
發(fā)明者勞諾·沃塔南 申請(qǐng)人:芬蘭技術(shù)研究中心