CN103868970A - 全自动高精度毛细管电泳仪 - Google Patents
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Abstract
一种全自动高精度毛细管电泳仪，包括电泳系统、进样流路和自动取样流路；进样流路包括与四通连接器连接的分流废液瓶、四通微量进样阀和缓冲液注射泵，四通微量进样阀连接并向电泳系统的电泳分离毛细管定量进样；自动取样流路包括取样针、样品盘、清洗槽、试剂瓶、缓冲管、六端液体分配器和注射器泵，注射器泵的三端分配阀分别连接清洗液瓶、自动进样器废液瓶和缓冲管，六端液体分配器的固定接口连接缓冲管，与固定接口轮流切换连接的六个分配接口分别连接取样针、四通连接器、四通微量进样阀以及三个试剂瓶，取样针切换插入清洗槽或样品盘，自动进样器废液瓶与四通微量进样阀连接。本发明进样速度快，准确度高，重现性好，广泛用于不同物质的毛细管电泳自动分析。
Description
技术领域
本发明涉及物质的毛细管电泳，具体涉及一种全自动高精度毛细管电泳仪，属于分析测试技术领域。
背景技术
毛细管电泳始于20世纪80年代。在进行分析时将毛细管内充满缓冲溶液，毛细管两端施加高压电（一般0到+30kV或到-30kV），毛细管内的电渗流使溶液向检测仪一端流动，也带动毛细管中的所有物质向检测仪一端流动。溶液内的物质由于其电泳淌度不同，即所带电荷与其分子量的比值（荷质比）不同，因此到达毛细管终端检测仪的速度不同，从而得到分离和检测。
毛细管电泳系统就是利用毛细管中被分析的带电物质在电场作用下移动速率不同的原理，达到分离的目的，其主要部件包括一长管形毛细管、毛细管两端的液体容器、电极、高压电源供应器、检测器和一个数据输出和处理装置。
毛细管的常规进样方式有两种：流体力学和电迁移进样。流体力学进样可以通过虹吸、在进样端加压或检测器端抽空等方法来实现，电迁移进样是施加电压，通过电场作用，依靠样品离子的电迁移和（或）电渗流将样品注入毛细管。上述两种进样方式存在下列缺点：1.由于两种方法都采用“蘸取”的方式完成进样，既把毛细管蘸入样品瓶中，施加压力或电压进样，再移回到溶液瓶中实施分离，进入毛细管的样品量只能靠粗略的估算，因此两种进样方式都缺乏准确度；2.“蘸取”进样时，移动过程中毛细管端口的样品液滴大小受环境影响会发生很大变化，使得该进样精确度（重复性）很差；3.进样时须切断施加于毛细管两端的高压电场，使得已建立好的电场不时地被打断再重新建立，导致分析结果的精度不理想；3.“蘸取”式进样容易造成样品与缓冲液以及不同样品之间的相互污染；4.电迁移进样方式会产生电歧视现象，从而进一步降低分析的准确性和可靠性。
总之，毛细管电泳仪的进样量非常小，都是纳升（nl）级，现有毛细管电泳仪采用的传统进样方式无法完成如此小体积的准确定量，毛细管端蘸取进样的方式，其进样重复性误差大，很难用于定量测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种全自动高精度毛细管电泳仪，实现自动定量进样，提高进样的准确度、重现性和可靠性；消除电歧视现象和样品之间的相互污染；提高进样速度，缩短进样时间，最大限度地避免外界空气进入进样流路中；同时实现不同试剂对毛细管分离柱的自动清洗和平衡。
本发明解决其技术问题的方案如下：
一种全自动高精度毛细管电泳仪，包括有电泳系统，该电泳系统包括出口插入缓冲液出液瓶的电泳分离毛细管、依次连接在该电泳分离毛细管上的柱温箱和检测器，一高压电源的一极插入所述缓冲液出液瓶中，另一极通过电隔离装置连接所述电泳分离毛细管且在该电泳分离毛细管中形成高压电场，其特征在于：
所述毛细管电泳仪还包括有与所述电泳系统连接的进样流路和与该进样流路连接的自动取样流路；
所述进样流路包括与一四通连接器的三个接口分别连接的分流废液瓶、四通微量进样阀和缓冲液注射泵；
所述四通微量进样阀能够准确定量，用于向所述电泳分离毛细管定量进样，包括有S端口、W端口、P端口和C端口共四个固定管路端口以及可旋转的内置定量环，该C端口与所述电泳分离毛细管连接，该P端口与所述四通连接器连接，该内置定量环设置有一旁路通路和一具有固定容积的定量通路，随所述内置定量环的旋转，所述旁路通路和定量通路在连通所述S端口与W端口和连通P端口与C端口之间切换；
所述自动取样流路包括取样针、清洗液瓶、试剂瓶以及由具有定量功能的缓冲管的两端连接起来的六端液体分配器和注射器泵；
所述注射器泵配有能够切换完成排气和清洗功能的三端分配阀，该三端分配阀的三个阀接口分别连接所述清洗液瓶、自动进样器废液瓶和缓冲管；
所述六端液体分配器具有一个固定接口和能够与该固定接口轮流转换连接的六个分配接口，该固定接口连接所述缓冲管，该六个分配接口分别连接所述取样针、四通连接器的一个接口、四通微量进样阀的S端口以及三个装有用以清洗和平衡所述电泳分离毛细管的不同试剂的试剂瓶；
所述清洗液瓶与自动进样器废液瓶之间连接有用以清洗所述取样针的清洗槽，所述取样针能够切换插入该清洗槽或装有不同样品的样品盘；
所述自动进样器废液瓶与所述四通微量进样阀的W端口连接。
作为进一步的改进，所述的电泳系统还包括平衡废液瓶，所述电泳分离毛细管的出口能够切换连接该平衡废液瓶或缓冲液出液瓶。
作为进一步的改进，所述的四通微量进样阀的定量通路的容积为1nL到20nL之间的任何容积。
作为进一步的改进，所述的缓冲液注射泵与四通连接器之间连接有用于检测管路工作压力的毛细管压力传感器，所述的注射器泵的三端分配阀与缓冲管之间连接有检测取样流路工作压力的取样流路压力传感器。
作为进一步的改进，所述的样品盘具有恒温和制冷结构。
作为进一步的改进，所述的清洗液瓶装有清洗液，该清洗液为乙醇或者去离子水。
作为进一步的改进，所述的毛细管电泳仪所有构件的功能由计算机程序实现自动控制。
作为进一步的改进，所述的四通连接器与分流废液瓶之间连接有用以平衡所述电泳分离毛细管内部压力的分流管。
作为进一步的改进，所述的检测器为紫外检测器或者其他的毛细管柱上检测器。
与传统的毛细管电泳仪相比较，本发明的自动取样流路通过一个带三端分配阀的注射器泵和六端液体分配器联合使用，将样品先通过大通径的管路快速抽入两者间的缓冲管中，然后切换六端液体分配器的通路，将样品通过正压打入四通微量进样阀中，从而克服了负压进样导致的进样速度慢等缺点，大大缩短进样时间，同时最大限度的避免外界空气进入进样流路中，大幅度提高了进样的可靠性，实现了不同试剂对毛细管分离柱的自动清洗和平衡，消除了电歧视现象和样品之间的相互污染。此外，本发明采用了一个内置定量环的纳升级的四通微量进样阀，其定量体积为1nL到20nL之间的任一确定的容积，通过其切换完成了精准定量进样，本发明的进样方式克服了传统的毛细管端蘸取或者气体压力进样方式不能完成如此小体积准确进样的缺点，实现了自动定量进样，提高了进样的重现性，进样重复性相对标准偏差达到了3%以下。
本发明所述全自动高精度毛细管电泳仪具有进样速度快、定量准确度好、精确度高、重现性好和易于产业化的优点，实现了样品进样、毛细管清洗和平衡的自动化，能够广泛用于不同物质的毛细管电泳分析。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的工作过程原理图之一。
图3是本发明的工作过程原理图之二。
图4是本发明的工作过程原理图之三。
图5是本发明的工作过程原理图之四。
图6是本发明的工作过程原理图之五。
图7是本发明的工作过程原理图之六。
图8是本发明的工作过程原理图之七。
图中，
1缓冲液注射泵， 2毛细管压力传感器， 3四通连接器， 4分流废液瓶，
5四通微量进样阀， 51定量通路， 52旁路通路， 6电隔离装置，
7电泳分离毛细管， 8柱温箱， 9高压电源， 10检测器，
11缓冲液出液瓶， 12平衡废液瓶， 13六端液体分配器， 14缓冲管，
15取样针， 16样品盘， 17清洗槽， 18取样流路压力传感器，
19注射器泵， 20试剂瓶， 21清洗液瓶， 22自动进样器废液瓶，
23分流管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作详细的说明，但下述的实施例并非用来限定本发明的范围，凡依据本说明书的内容所做的等效变化及修改，都应属于本发明专利申请要求保护的范围。
本发明所述的全自动高精度毛细管电泳仪用于不同物质的毛细管电泳分析。请参阅图1，图示全自动高精度毛细管电泳仪包括有电泳系统、进样流路和自动取样流路，该进样流路与所述电泳系统连接，该自动取样流路与所述进样流路连接。
所述电泳系统包括电泳分离毛细管7、柱温箱8、检测器10、高压电源9、电隔离装置6、缓冲液出液瓶11和平衡废液瓶12。所述电泳分离毛细管7是物质毛细管电泳分离的场所，也是本系统进行分离分析的核心原件，其出口插入所述缓冲液出液瓶11；所述柱温箱8对电泳分离毛细管7进行温度控制，主要是用以在某些电泳分离时散出产生的焦耳热，和加热防止毛细管电泳分离实验时毛细管内部物质的低温结晶；所述检测器10用于对分离后信号的检测，可以是紫外检测器或者其他的毛细管柱上检测器，该柱温箱8和检测器10依次连接在所述电泳分离毛细管7上；所述缓冲液出液瓶11为电泳分离分析时电泳分离毛细管7的出口；所述高压电源9的一极插入所述缓冲液出液瓶11中，另一极通过电隔离装置6连接所述电泳分离毛细管7，以在该7电泳分离毛细管中形成高压电场；所述电泳分离毛细管7的出口能够切换连接所述平衡废液瓶12或缓冲液出液瓶11，当清洗或平衡电泳分离毛细管7时，需要将电泳分离毛细管7的出口切换到平衡废液瓶12中，否则会影响缓冲液出液瓶11中缓冲液的pH值，从而影响测量结果。
所述进样流路包括缓冲液注射泵1、毛细管压力传感器2、四通微量进样阀5、四通连接器3和分流废液瓶4。所述缓冲液注射泵1用于向所述电泳分离毛细管7提供补充缓冲液及一定的压力；所述毛细管压力传感器2用于检测所述电泳分离毛细管7和分流管路的工作压力；所述分流废液瓶4用于容纳通过所述四通连接器3分流后的缓冲液。
所述的四通微量进样阀5具有准确定量功能，包括有S端口、W端口、P端口和C端口共四个固定管路端口以及可旋转的内置定量环，该内置定量环设置有一旁路通路52和一定量通路51，该定量通路51具有1nL到20nL之间的任一固定量的容积，如4nL、10nL或20nL，以实现纳升级的定量取样；随所述内置定量环的旋转，所述旁路通路52和定量通路51在连通所述S端口与W端口和连通P端口与C端口之间切换，具体地说，当在充液的位置时，所述定量通路51连通所述S端口与W端口，同时所述旁路通路52连通所述P端口与C端口，当内置定量环旋转180°在注液的位置时，所述旁路通路52连通所述S端口与W端口，而所述定量通路51连通所述P端口与C端口；所述四通微量进样阀5的C端口与所述电泳分离毛细管7连接，用于向所述电泳分离毛细管7进行定量进样。
所述四通连接器3的三个接口分别连接所述缓冲液注射泵1、分流废液瓶4和四通微量进样阀5的P端口；所述毛细管压力传感器2连接于所述缓冲液注射泵1与四通连接器3之间，所述四通连接器3与四通微量进样阀5的P端口之间连接有一过滤器，用以过滤样品中和试剂中的大颗粒杂质，保护四通微量进样阀5和电泳分离毛细管7，所述四通连接器3与分流废液瓶4之间连接有分流管23，该分流管23通过改变口径和长度以平衡所述电泳分离毛细管7的内部压力。
所述自动取样流路包括六端液体分配器13、取样针15、样品盘16、清洗槽17、缓冲管14、试剂瓶20、取样流路压力传感器18、注射器泵19、清洗液瓶21和自动进样器废液瓶22。
所述六端液体分配器13具有一个固定接口和能够与该固定接口轮流转换连接的六个分配接口；该固定接口连接所述缓冲管14，该六个分配接口分别连接所述取样针15、四通连接器3的一个接口、四通微量进样阀5的S端口以及三个装有用以清洗和平衡所述电泳分离毛细管7的不同试剂的试剂瓶20。
所述注射器泵19为整个系统流路动力的来源，其配有能够切换完成系统排气和清洗功能的三端分配阀，该三端分配阀的三个阀接口分别连接所述清洗液瓶21、自动进样器废液瓶22和缓冲管14。所述取样流路压力传感器18用于检测取样流路的工作压力，其连接于所述注射器泵19的三端分配阀与缓冲管14之间。
所述清洗液瓶21装有清洗液，该清洗液也是进样流路的流动相，一般选用乙醇或者去离子水。所述自动进样器废液瓶22用于容纳系统清洗后的废液，其与所述四通微量进样阀5的W端口连接。所述清洗槽17用以同时完成所述取样针15的外壁和内壁的清洗，其连接于所述清洗液瓶21与自动进样器废液瓶22之间。
所述缓冲管14具有一定的定量功能，为系统中临时存放包括样品、进样流动相、试剂、清洗液等液体的处所；该缓冲管14的两端将所述六端液体分配器13和注射器泵19连接起来，通过该组合构件的协同工作，可以完成系统排气、清洗(平衡)、自动定量进样等功能。
所述样品盘16装有不同的样品，其具有恒温和制冷结构，能使样品保持在很低的温度，保持生物酶的活性，减少样品的挥发；所述取样针15具有穿刺功能，能够穿过样品瓶的橡皮瓶塞深入到样品瓶内部取样，该取样针15能够切换插入所述清洗槽17或样品盘16。
所述毛细管电泳仪所有构件的功能都由计算机程序实现自动控制，从而达到本发明的全自动运行。
本发明所述全自动高精度毛细管电泳仪的工作原理如下：
第一步，参见图2，所述电泳分离毛细管7的出口端切换至缓冲液出液瓶11中，所述四通微量进样阀5位于充液的位置，即所述四通微量进样阀5中的定量通路51连通所述S端口与W端口；所述六端液体分配器13转换连通取样针15，该取样针15插入样品盘16中，所述注射器泵19吸入“置换体积”的样品(一般不小于1.5倍取样针15的体积)，使之充满取样针15，然后再继续抽入一定量的空气，使样品完全进入所述缓冲管14中；从而用样品冲洗取样针15的内壁，置换掉管路中的清洗液及干扰组分，使之不会注入到分离流路中。
第二步，参见图3，所述六端液体分配器13转换连通四通微量进样阀5的S端，注射器泵19推出“置换体积”的样品进入四通微量进样阀5的内置定量环中，使样品充满所述定量通路51达到定量，同时样品冲洗四通微量进样阀5的内壁，将管路中的清洗液及干扰组分推出四通微量进样阀5的W端流入所述自动进样器废液瓶22，而不会注入到分离流路中。
第三步，参见图4，所述内置定量环旋转180°，四通微量进样阀5切换到注液的位置，即四通微量进样阀5中充满样品的定量通路51连通所述P端口与C端口，与所述电泳分离毛细管7联通；所述缓冲液注射泵1的压力使定量通路51中的样品进入电泳分离毛细管7，开始进行样品的定量电泳分析；同时，所述取样针15移动至清洗槽17中。
第四步，参见图5，待定量通路51中的样品被全部推出后，所述内置定量环旋转180°，四通微量进样阀5切换回到充液的位置，即所述定量通路51连通所述S端口与W端口；在进行毛细管电泳分析的同时，所述六端液体分配器13保持与四通微量进样阀5的S端连通，注射器泵19将清洗液瓶21内的清洗液注入四通微量进样阀5，以对其内置定量环进行小流量清洗。
第五步，参见图6，在进行毛细管电泳分析的同时，所述六端液体分配器13转换连通插入所述清洗槽17的取样针15，所述注射器泵19将清洗液注入取样针15以对取样针15及取样流路进行清洗。
第六步，参见图7，毛细管电泳分析完成后，进入试剂清洗与平衡电泳分离毛细管7阶段；所述六端液体分配器13转换连通所需要的试剂瓶20，用注射器泵19将清洗和平衡电泳分离毛细管7用的试剂吸入缓冲管14中。
第七步，参见图8，所述电泳分离毛细管7的出口端切换至平衡废液瓶12，所述六端液体分配器13转换连通四通连接器3，用所述注射器泵19以特定的速度将缓冲管14中的试剂通过所述四通微量进样阀5的旁路通路52推入电泳分离毛细管7，对电泳分离毛细管7进行清洗和平衡，清洗后的废液进入所述平衡废液瓶12。
第八步，仍见图8，所述六端液体分配器13保持与四通连接器3相通，用注射器泵19将所述清洗液瓶21中的清洗液注入缓冲管14，进而注入电泳分离毛细管7，从而对整个缓冲管14和电泳分离毛细管7进行清洗。
完成清洗后，所述全自动高精度毛细管电泳仪还原初始状态，可以从第一步开始新一轮的电泳分析。
在上述工作过程中，所述毛细管电泳仪所有构件的功能都由计算机程序实现自动控制，从而达到全自动运行。
本发明要求的保护范围不仅限于上述实施例，也应包括其他显而易见的变换和替代方案。
Claims (9)
1.一种全自动高精度毛细管电泳仪，包括有电泳系统，该电泳系统包括出口插入缓冲液出液瓶的电泳分离毛细管、依次连接在该电泳分离毛细管上的柱温箱和检测器，一高压电源的一极插入所述缓冲液出液瓶中，另一极通过电隔离装置连接所述电泳分离毛细管且在该电泳分离毛细管中形成高压电场，其特征在于：
所述毛细管电泳仪还包括有与所述电泳系统连接的进样流路和与该进样流路连接的自动取样流路；
所述进样流路包括与一四通连接器的三个接口分别连接的分流废液瓶、四通微量进样阀和缓冲液注射泵；
所述四通微量进样阀能够准确定量，用于向所述电泳分离毛细管定量进样，包括有S端口、W端口、P端口和C端口共四个固定管路端口以及可旋转的内置定量环，该C端口与所述电泳分离毛细管连接，该P端口与所述四通连接器连接，该内置定量环设置有一旁路通路和一具有固定容积的定量通路，随所述内置定量环的旋转，所述旁路通路和定量通路在连通所述S端口与W端口和连通P端口与C端口之间切换；
所述自动取样流路包括取样针、清洗液瓶、试剂瓶以及由具有定量功能的缓冲管的两端连接起来的六端液体分配器和注射器泵；
所述注射器泵配有能够切换完成排气和清洗功能的三端分配阀，该三端分配阀的三个阀接口分别连接所述清洗液瓶、自动进样器废液瓶和缓冲管；
所述六端液体分配器具有一个固定接口和能够与该固定接口轮流转换连接的六个分配接口，该固定接口连接所述缓冲管，该六个分配接口分别连接所述取样针、四通连接器的一个接口、四通微量进样阀的S端口以及三个装有用以清洗和平衡所述电泳分离毛细管的不同试剂的试剂瓶；
所述清洗液瓶与自动进样器废液瓶之间连接有用以清洗所述取样针的清洗槽，所述取样针能够切换插入该清洗槽或装有不同样品的样品盘；
所述自动进样器废液瓶与所述四通微量进样阀的W端口连接。
2.如权利要求1所述的全自动高精度毛细管电泳仪，其特征在于：所述的电泳系统还包括平衡废液瓶，所述电泳分离毛细管的出口能够切换连接该平衡废液瓶或缓冲液出液瓶。
3.如权利要求1或2所述的全自动高精度毛细管电泳仪，其特征在于：所述的四通微量进样阀的定量通路的容积为1nL到20nL之间的任何容积。
4.如权利要求1所述的全自动高精度毛细管电泳仪，其特征在于：所述的缓冲液注射泵与四通连接器之间连接有用于检测管路工作压力的毛细管压力传感器，所述的注射器泵的三端分配阀与缓冲管之间连接有检测取样流路工作压力的取样流路压力传感器。
5.如权利要求1所述的全自动高精度毛细管电泳仪，其特征在于：所述的样品盘具有恒温和制冷结构。
6.如权利要求1所述的全自动高精度毛细管电泳仪，其特征在于：所述的清洗液瓶装有清洗液，该清洗液为乙醇或者去离子水。
7.如权利要求1所述的全自动高精度毛细管电泳仪，其特征在于：所述的毛细管电泳仪所有构件的功能由计算机程序实现自动控制。
8.如权力要求1所述的全自动高精度毛细管电泳仪，其特征在于：所述的四通连接器与分流废液瓶之间连接有用以平衡所述电泳分离毛细管内部压力的分流管。
9.如权力要求1所述的全自动高精度毛细管电泳仪，其特征在于：所述的检测器为紫外检测器或者其他的毛细管柱上检测器。
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