CN100394172C

CN100394172C - 显微毛细管电泳仪

Info

Publication number: CN100394172C
Application number: CNB2005100057462A
Authority: CN
Inventors: 陈义; 戴东升; 齐莉; 余晓
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: CN1811399A

Abstract

一种显微毛细管电泳仪，主要由毛细管电泳系统、电泳谱图采集系统以及图像采集系统组成；其中毛细管电泳系统：两液体瓶之间用毛细管连接，形成毛细管通道，两液体瓶分别连接高压电源的两端；电泳图谱采集系统：毛细管一侧边设置有光源，与此相对应的毛细管另一侧边设置光电转换器，光电转换器与电泳图谱收集显示器电性连接；图像采集系统：一显微镜光源设置在毛细管的一侧边，与此相对应的毛细管另一侧边设有显微镜，该显微镜连接一图像采集器，由图像采集器连接图像显示处理器。本发明可以实现电泳图谱和检测物实时观察，显微图像高速电泳，单细胞或单粒子分析，同类和非同类多粒子同时快速分析。

Description

显微毛细管电泳仪

技术领域

本发明涉及毛细管电泳、显微成像两种技术，属毛细管电泳与显微成像联用新技术。

背景技术

毛细管电泳属于近20年来的新型分离技术，显微成像则属比较成熟的观测技术，但两者联用则属创新技术发明。毛细管电泳是当前研究热点之一，显微镜是生物学及其它科学研究的重要手段之一。目前，毛细管电泳的检测手段，无论是紫外(UV)、激光诱导荧光(LIF)，还是二极管阵列(DAD)或其它手段，都无法使实验者同时获得电泳图谱和被测物形貌性状，对重叠峰，只能不顾被测物，通过变换各种条件，使得峰分开，否则无法分析；传统的显微电泳可以观测颗粒样品的形貌特征，但无法实现象毛细管电泳那样的高效、高速和高自动化操作，也不具备光谱分析功能，因此在应用上存在重大缺陷。所以如将毛细管电泳与显微成像的优势结合起来，可以实现显微图像高速电泳，单细胞或单粒子分析，同类和非同类多粒子同时快速分析，行为直观观察，具有重大的价值和经济效益。

当高压加到毛细管的两端时，由于毛细管内壁的定域电荷影响，会产生电渗，被测物如果带有电荷会有电泳，其最终表现为二者的矢量和。在多数水溶液中，石英或玻璃毛细管的内表面会因为硅羟基的解离，而产生负的定域电荷，许多有机材料如聚四氟乙烯、聚苯乙烯等也会因为残留的羧基而产生负的定域电荷，其结果是产生指向负极的电渗。由于在毛细管电泳中，电渗的数值通常比电泳数值大一到两个数量级，所以可以实现所有样品组分的同向运动。在毛细管内壁带有负的定域电荷(有时通过涂层可以改变电性)情况下，分离后被测物的出峰次序是：正离子、中性分子、负离子。不同的组分因其所带的电荷、大小、结构等的差异，最终实现分离(中性分子总与电渗同速，不得分离)。由毛细管的一端向另一端运动。在运动的过程中，样品的各组分被浓缩并分离。当样品经过电泳谱图采集系统时，由其记录下样品的电泳图谱；当样品经过图像采集处理系统时，由其记录下样品的图像并处理。

显微成像是利用显微镜放大和电子图像采集技术，对被测物进行图像放大、收集和处理，最终实现直观观测样品粒子的效果。

发明内容

本发明目的在于提供一种显微毛细管电泳仪，能够同时获取电泳图谱和被测物在线性状，特别是利用二者的联用获取更多直观更确凿的观测结果。本发明可以扩展到多个点监测以及移动监测或追踪监测，以便获取更多数据。

为实现上述目的，本发明提供的显微毛细管电泳仪，主要由毛细管电泳系统、电泳谱图采集系统以及图像采集系统组成；其中：

毛细管电泳系统：两液体瓶之间用毛细管连接，形成毛细管通道，两液体瓶分别连接高压电源的两端；

电泳图谱采集系统：毛细管一侧边设置有光源，与此相对应的毛细管另一侧边设置光电转换器，光电转换器与电泳图谱收集显示器电性连接；

图像采集系统：一显微镜光源设置在毛细管的一侧边，与此相对应的毛细管另一侧边设有显微镜，该显微镜连接一图像采集器，由图像采集器连接图像显示处理器。

电泳图谱采集系统中的光源是激光器、发光二极管、或氘灯、钨灯、卤素灯。

电泳图谱采集系统中的光源上配有滤光片和狭缝，狭缝形状和大小可选。

图像采集系统中的显微镜为光学显微镜或由光源加物镜组装，其中物镜为放大镜、显微镜镜头或CCD。

所用的图像采集系统为多个设置，在一根毛细管上多点同时监测。

电泳谱图采集系统和图像采集系统可以单独移动和控制，也可联动控制。

电泳谱图采集系统和图像采集系统的移动速度、路径可调。

附图说明

图1为显微毛细管电泳仪流程框架图。

图2为本发明显微毛细管电泳仪的结构示意，图中1为高压电源、2为毛细管、3为电极、4为可以密封的装液瓶，构成电泳系统；5为光源、6为滤光片、7为狭缝、8为光电转换器、9为电泳图谱收集显示器，构成电泳图谱采集系统；10为显微镜光源、11为显微镜滤光片及聚焦系统，12为显微镜物镜、13为图像采集器、14为图像显示处理器，构成图像采集系统。

图3为兔的血红细胞在本发明显微毛细管电泳仪中，采用紫外检测器，在214nm波长得到的电泳谱图。

图4为兔的血红细胞在本发明显微毛细管电泳仪中测定高压电泳时运动中的图像(A为单个分散细胞图像，B为细胞聚集体图像)。

图5为人的血红细胞在本发明显微毛细管电泳仪中，采用紫外检测器，在214nm波长得到的电泳谱图。

图6为人的血红细胞在本发明显微毛细管电泳仪中测定高压电泳时运动中的图像(A为单个分散细胞图像，B为细胞聚集体单个细胞一起的图像)。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1和图2，本发明的显微毛细管电泳仪的具体结构是：

两液体瓶4之间用毛细管2连接，形成毛细管通道，两液体瓶并分别通过电极3连接高压电源1，以此构成电泳系统。毛细管2的为透明材质制成，其直径、形状不受限制，可依据需要进行选择和更换。高压电源为公知的直流电源，可以调节输出不同大小的电压和电流。

围绕毛细管2分别设有电泳图谱采集系统和图像采集系统。其中电泳图谱采集系统的构成是：在毛细管2一侧边设置光源5，与此相对应的在毛细管2另一侧边设置光电转换器8，光电转换器8与电泳图谱收集显示器9连接，该电泳图谱收集显示器可以采用中科院大连化学物理研究所的色谱工作站，其他色谱工作站也可以；为了适应不同的样品，光源5上还设置有滤光片6和狭缝7。本发明采用的光源5可以是激光器、发光二极管、或氘灯、钨灯、卤素灯，并根据检测需要可以配置适当的滤光片。狭缝7包含各种形状和大小，并可以调节。

图像采集系统也是围绕毛细管2设置：一显微镜光源10，设置在毛细管2的一侧边，与此相对应的在毛细管2的另一侧边设有显微镜12，该显微镜12连接一图像采集器13，由图像采集器13再连接图像显示处理器14，该图像采集器与图像显示处理器可以采用日本JVC公司产的TK-C1381EG型的CCD和中科院自动化研究所的OK-C30A图像采集卡；与前述电泳图谱采集系统一样，显微镜光源10上设有滤光片及聚焦系统11，有关在显微镜光源上配置滤光片与聚焦系统是一公知技术，本发明不作详细描述。本发明可以根据不同的显微镜或不同的光源加物镜组装的装置进行选择和更换，所用的显微镜可以采用各种光学显微镜或由光源加物镜组装，其物镜可以是放大镜、显微镜镜头或CCD。所用的显微成像系统不仅仅局限于一个，可以在一根毛细管上多点同时监测，各点的显微镜或光源加物镜可以相同也可以不同。

本发明的显微毛细管电泳仪，其采集位点的移动及控制系统，包括电泳谱图采集系统和图像采集处理系统的移动及控制可以单独移动和控制，也可联动和控制，其移动速度、路径可调。

本发明的显微毛细管电泳仪，其电泳图谱采集系统和图像采集系统采集位点的移动及控制系统，包括移动中或移动后的相对位置可以为各种形式，其移动方式可以用手动控制，或电机控制。本发明的控制系统采用的是公知技术。

由上述构成的显微毛细管电泳仪使用时，样品在各种作用的共同推动下(包括：电场、电渗、粘滞力、重力，有时可以压力辅助时的压力)，由毛细管的一端向另一端运动。在运动的过程中，样品的各组分被浓缩并分离。当样品经过电泳图谱采集系统时，由其记录下样品的电泳图谱；当样品经过图像采集处理系统时，由其记录下样品的图像并处理，并在相应记录系统中进行信号实时显示和在线或离线处理。

实施例2

使用实施例1的显微毛细管电泳仪，石英毛细管(内径75μm)经CH₃OH、H₂O、NaOH、H₂O依次压力冲洗干净，压力注入0.15mmol/LTris-H₃BO₃，稳定后，压差进入兔的血红细胞。采用UV检测，收集214nm的电泳图谱，可以获得细胞紫外吸收峰见图3；用倒置显微镜加CCD及电脑，收集图像见图4(A为单个分散细胞图像，B为细胞聚集体图像)，可以看到细胞的运动过程。

实施例3

使用实施例1的显微毛细管电泳仪，与实施例1用相同的方法清洗毛细管后，压力注入0.15mmol/L Tris-H₃BO₃，稳定后，压差进入人的血红细胞。采用UV检测，收集214nm的电泳图谱，可以获得细胞紫外吸收峰见图5；用倒置显微镜加CCD及电脑，收集图像见图6(A为单个分散细胞图像，B为细胞聚集体和单个细胞一起的图像)，可以看到细胞的运动过程。

通过上述实施例可以看出，本发明将毛细管电泳和显微成像技术联用，具有以下特点：

可以实现显微图像高速电泳，单细胞或单粒子分析，同类和非同类多粒子同时快速分析，以及行为直观观察。

1.对大颗粒物质如细胞、细菌形成的电泳峰，可以给予确凿的定性。

2.细胞或其它物质电泳时，可以根据样品不同组分图像不同，直接为样品组分定性，免去必须获取纯度极高的标准品之苦，以及获取过程中的处理对被测物的影响，这对细胞学的研究尤为重要。

3.可以通过对图像的扫描获取样品组分的定量信息，并与电泳谱图定量结果进行平行。

4.通过二者获得的数据的联合处理或多点监测，可以获取各自单独运用所无法获取的信息。

5.可以用于高压下被测物性状变化的研究。

6.可以通过对谱图和图像的单独或同时追踪监测，获取被测物在运动中的信息，如性状变化与作用时间的关系。

Claims

1.一种显微毛细管电泳仪，主要由毛细管电泳系统、电泳谱图采集系统以及图像采集系统组成；其中：

图像采集系统：一显微镜光源设置在毛细管的一侧边，与此相对应的毛细管另一侧边设有显微镜，该显微镜连接一图像采集器，由图像采集器连接图像显示处理器；

2.权利要求1的显微毛细管电泳仪，其特征在于，电泳图谱采集系统中的光源是激光器、发光二极管、或氘灯、钨灯、卤素灯。

3.权利要求1或2的显微毛细管电泳仪，其特征在于，电泳图谱采集系统中的光源上配有滤光片和狭缝。

4.权利要求1的显微毛细管电泳仪，其特征在于，图像采集系统中的显微镜为光学显微镜或由光源加物镜组装。

5.权利要求4的显微毛细管电泳仪，其特征在于，物镜为放大镜、显微镜镜头或CCD。

6.权利要求1的显微毛细管电泳仪，其特征在于，所用的狭缝形状和大小可选。

7.权利要求1的显微毛细管电泳仪，其特征在于，电泳谱图采集系统和图像采集系统为单独移动和控制，或联动控制。

8.权利要求1的显微毛细管电泳仪，其特征在于，电泳谱图采集系统和图像采集系统的移动速度、路径可调。