連續梯度混合裝置及其混合方法

專利名稱：連續梯度混合裝置及其混合方法
技術領域：
本發明涉及一種生物領域的聚丙烯酰胺梯度凝膠的灌制生產混合裝置，尤其涉及一種生產聚丙烯酰胺梯度凝膠及實驗室灌制梯度凝膠的連續梯度混合裝置及其混合方法。
背景技術：
梯度凝膠電泳通常采用聚丙烯酰胺凝膠，但不是在單一濃度(孔徑)的凝膠上進行，而是形成梯度凝膠。從凝膠頂部到底部丙烯酰胺的濃度呈梯度變化，如通常頂部凝膠濃度為5%，底部凝膠濃度為25%。凝膠梯度是通過專用的梯度混合裝置形成的，高濃度的丙烯酰胺溶液首先加入到玻璃平板中，而后溶液濃度呈梯度下降，因此在凝膠的頂部孔徑較大，而在凝膠的底部孔徑 較小。梯度凝膠電泳也通常加入SDS (十二烷基硫酸鈉)，并有濃縮膠。電泳過程與SDS —聚丙烯酰胺凝膠電泳基本類似。與單一濃度的凝膠相比，梯度凝膠有幾個優點①首先，梯度凝膠比單一濃度凝膠的分離范圍更寬，可以同時分離較大范圍分子量的蛋白質。單一凝膠電泳對于分子量超過其分離范圍的蛋白質，過大或過小，都不能分離。而梯度凝膠孔徑范圍比單一凝膠大，分子量較大的蛋白質可以在凝膠頂部大孔徑部分得到分離，而分子量較小的蛋白質可以在凝膠底部小孔徑部分得到分離，所以分子量較大和較小的蛋白質可以同時得到分離。例如用4% 30%的梯度膠可以分離分子量5萬 200萬的蛋白質。②另一個優點是梯度凝膠可以分辨分子量相差較小、在單一濃度凝膠中不能分辨的蛋白質。電泳過程中，蛋白質在梯度凝膠中遷移，經過的孔徑越來越小，直到凝膠的孔徑不能通透，這樣電泳過程中蛋白質就被濃縮，集中在一個很窄的區帶中。而分子量略小的蛋白質可以遷移得更靠前一些，被集中在略前面的區帶中。由于梯度凝膠孔徑逐步變小，在蛋白質不能通透的孔徑附近對蛋白有濃縮作用，所以電泳后形成很窄的區帶，可以分辨出分子量相差較小的蛋白質。對于太稀的樣品，在電泳過程中可以將樣品分幾次加樣，大小不同的蛋白質分子最終都會滯留在其相應的凝膠孔徑中而得到分離。③可以直接測定天然狀態蛋白質的分子量而不需要解離為亞基，因此這一方法可以與SDS-PAGE測定分子量的方法互為補充。梯度凝膠電泳主要適用于測定球蛋白的分子量，而對纖維蛋白將產生較大的誤差。由于分子量的測定必須是在未知和標準蛋白質分子到達完全被阻止遷移的孔徑時才能成立，因此電泳時要使用較高的電壓，例如平板凝膠為0. 5mm厚，使用600V電壓，50mA電流，電泳時間約需2小時。基于梯度凝膠相對于單一凝膠的優點，因此業內通常會采用專用的梯度混合裝置來混合凝膠，通常采用的梯度混合裝置可以參考申請名稱為“梯度混合裝置”的中國發明專利(申請號為200720062797. 3)，結合附圖1，可以看出該專利公開了一種梯度混合裝置，主體部分為有機玻璃混合器杯體，由帶支撐足2的杯座I、A杯3和B杯4兩個杯腔組成，支撐足2既起支撐作用又可以實現對梯度混合儀杯體局部高度的調節；杯間通道8上帶有血管夾5，杯間通道8采用一次性輸液管，易于清洗且更換方便；杯座上I帶有長條形水平儀6，操作前用于檢查杯座是否水平出杯4內放有磁力攪拌棒7 ;蠕動泵9用于控制混合速度并將混合后的梯度凝膠泵至制膠板10。具體操作時，先通過調節四個支撐足2的高度實現梯度混合儀杯體的水平，用血管夾5夾住杯間通道后同時向A杯3和B杯4中分別倒入配制好的稀膠溶液和濃膠溶液，松開血管夾5的同時開啟蠕動泵9，混合后的膠液將通過蠕動泵9泵至制膠板10，這個混合過程依靠磁力攪拌棒7的作用混勻，混勻好的液體通過蠕動泵9流出，這樣流出的液體從開始至結束濃度會呈梯度變化。它主要是利用重力作用使兩種不同的液體進入同一個容器，再在機械攪拌的作用下混勻，這種方法的弊端在于液體在B杯中的混合不是完全線性的，混勻效果不夠理想，得到的曲線如附圖2上中偏離理論的曲線。因此本領域迫切希望能夠提供一種能夠混合曲線線性，混合效果均勻連續的連續梯度混合裝置以及相應的混合方法。

發明內容
本發明的目的在于提供一種連續梯度混合裝置，利用流體力學的基本原理使得液 體在容器中即時混勻，混合效果均勻連續，為規模化的生產提供可靠的保障。本發明的另一目的在于提供一種通過該連續梯度混合裝置進行梯度混合的方法。本發明是這樣實現的一種連續梯度混合裝置，包括盛放低濃度溶液的第一容器、盛放高濃度溶液的第二容器，盛放梯度混合液的第三容器，還包括設置有第一活塞的第一活塞缸體、設置有第二活塞的第二活塞缸體，所述第一活塞缸體的底端設置有一伸入到所述第一容器中的連通管道，所述第二活塞缸體的底端也設置有一伸入到所述第二容器中的連通管道以及一連通到所述第三容器的連通管道；所述連通管道上分別設有第一閥門、第二閥門、第三閥門；所述第一活塞缸體與所述第二活塞缸體通過一單向連通管道導通，所述單向連通管道包括管道進口與管道出口以及設置在管道上的第四閥門，所述管道出口與垂直方向的夾角為0度 80度；所述第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門為單向閥。本專利通過將第一活塞缸體中的低濃度溶液A流入到盛放高濃度溶液B的第二活塞缸體中并進行混合后流入到第三容器中從而實現梯度混合。相比較于現有技術而言，本專利采用活塞抽吸加壓的方式來為低濃度溶液A與高濃度溶液B的混合提供動力，具體而言，第一活塞缸體與第一活塞以及延伸出來的連通管道就如同一個注射器，同理第二活塞缸體與第二活塞以及延伸出來的連通管道也如同一個注射器，當向上拉動活塞時，活塞缸體內產生瞬時負壓，從而將容器中盛放的低濃度以及高濃度溶液B分別吸入到第一、第二活塞缸體中，當向下壓迫活塞時，活塞缸體中產生瞬時高壓，由于連通管道是單向的，這樣第一活塞缸體中的低濃度溶液只能沿著單向連通管道流入到第二活塞缸體中與其中的高濃度溶液B混合，同時混合后的液體形成梯度混合流入到第三容器中。進一步優選地，所述第一活塞與所述第二活塞通過一活塞支架固定連接，所述活塞支架上設置一活塞推桿。本專利中第一活塞與第二活塞可以通過一個活塞支架固定后通過一個活塞推桿進行推拉，這樣兩個活塞相當于同進同出，便于控制。進一步優選地，所述第一活塞上設有第一活塞推桿，所示第二活塞上設有第二活塞推桿。本專利中的第一活塞與第二活塞也可以單獨進行推拉控制。進一步優選地，所述管道進口垂直插入在所述第一活塞上，所述管道出口插入到所述第二活塞上并與垂直方向的夾角為10-80度。本專利中，可以將管道出口垂直插入到第二活塞上，也可以使管道出口與垂直方向呈一定的夾角。通過將管道出口與垂直方向設置為10-80度夾角，可以使得第一活塞缸體中的低濃度溶液A以一定角度進入到第二活塞缸體中后能夠最快速的與其中的高濃度溶液B進行充分混合，并混合的更為均勻，而這是管道出口垂直插入到第二活塞上所無法
做到的。進一步優選地，所述管道進口與所述管道出口均為毛細管。采用本專利的連續梯度混合裝置進行梯度混合的方法如下( I)在第一容器中放入低濃度溶液，在第二容器中放入高濃度溶液；(2)向上拉動活塞推桿，分別將第一容器中的低濃度溶液抽吸到第一活塞缸體中，第二容器中的高濃度溶液抽吸到第二活塞缸體中；(3)向下壓動活塞推桿，將第一活塞缸體中的低濃度溶液通過單向連通管道以一定角度流入到第二活塞缸體中與第二活塞缸體中的高濃度溶液混合，同時第二活塞缸體中的混合液體流入到第三容器中形成梯度混合溶液。基于活塞推桿的設置不同，還可以有如下混合方法( I)在第一容器中放入低濃度溶液，在第二容器中放入高濃度溶液；(2)向上分別同時拉動第一活塞推桿和第二活塞推桿，分別將第一容器中的低濃度溶液抽吸到第一活塞缸體中，第二容器中的高濃度溶液抽吸到第二活塞缸體中；(3)向下分別同時壓動第一活塞推桿和第二活塞推桿，將第一活塞缸體中的低濃度溶液通過單向連通管道以一定角度流入到第二活塞缸體中與第二活塞缸體中的高濃度溶液混合，同時第二活塞缸體中的混合液體流入到第三容器中形成梯度混合溶液。本專利運用流體力學原理，使兩種液體(低濃度溶液與高濃度溶液)在一個密閉空間(即第二活塞缸體)中實現連續的混合，并且濃度隨時間連續線性變化。另外本專利采用了活塞推拉的方法代替傳統技術中通過重力壓迫液體移動的方法，提高了液體混合的效率和可靠性。


圖I為現有技術中梯度混合器的結構示意圖。圖2為現有技術中梯度混合器中混合液體的混合曲線圖。圖3為本發明實施例I的連續梯度混合器的結構示意圖。圖4為本發明實施例2的連續梯度混合器的結構示意圖。圖5為本發明實施例I的梯度混合器中混合液體的混合曲線圖。圖6為采用現有技術中的梯度混合器灌制的預制膠樣品圖；圖7為采用本發明的梯度混合器灌制的預制膠樣品圖。
具體實施例方式
為進一步說明本專利的技術內容，現通過具體實施方式
對本專利進行說明實施例I :如圖3所示，一種連續梯度混合裝置，包括盛放低濃度溶液AA的第一容器21、盛放高濃度溶液BB的第二容器22，盛放梯度混合液的第三容器28，設置有第一活塞33的第一活塞缸體31、設置有第二活塞34的第二活塞缸體32，第一活塞缸體31的底端設置有一伸入到第一容器21中的連通管道23，第二活塞缸體32的底端也設置有一伸入到第二容器22中的連通管道24以及一連通到第三容器28的連通管道29 ;連通管道23、24、29上均設有第一閥門25、第二閥門26、第三閥門27 ;第一閥門25、第二閥門26、第三閥門27均為單向閥。第一活塞缸體31與第二活塞缸體32通過一單向連通管道37導通，單向連通管道37包括管道進口 35與管道出口 36以及第四閥門38，管道進口 35與管道出口 36均為毛細管，管道進口 35垂直插入在第一活塞33上，管道出口 36與垂直方向呈一角度C，夾角C為0度 80度，當夾角C為0度時，即管道出口 36垂直于第二活塞34，當夾角C大于0度并小于80度時，管道出口 36與垂直方向呈一銳角，在實際操作中，10度 80度，更優的，30 度 70度可以使得低濃度溶液A與高濃度溶液B更能快速均勻混合。第一活塞33與第二活塞34通過一活塞支架4固定連接，活塞支架4上設置一活塞推桿39，這樣兩個活塞相當于同進同出，便于控制。具體混合方法為首先在第一容器21中放入低濃度溶液A，在第二容器22中放入高濃度溶液B ；向上提拉活塞推桿39，此時由于第一閥門25、第二閥門26、第三閥門29與第四閥門38均為單向閥，所以第一閥門25、第二閥門26導通，第三閥門29與第四閥門38關閉，當活塞推桿39上行時，分別將第一容器21中的低濃度溶液A抽吸到第一活塞缸體31中，第二容器22中的高濃度溶液B抽吸到第二活塞缸體32中；到達預定量后，向下壓動活塞推桿39，此時，第一閥門25、第二閥門26關閉，第三閥門29與第四閥門38導通，第一活塞缸體31中的低濃度溶液A通過單向連通管道37以一定角度流入到第二活塞缸體32中與第二活塞缸體32中的高濃度溶液B混合，同時第二活塞缸體32中的混合液體流入到第三容器28中形成梯度混合溶液，在第三容器28中混合液體的濃度呈高到低的線性變化，這種線性變化可以參考附圖5中混合曲線示意圖。目前本專利裝置主要應用于蛋白分離純化梯度膠的灌膠裝置。為了對比本專利裝置與現有裝置的區別，我們分別提供了圖6與圖7的樣品對比圖(樣品為NEB proteinMarker)。圖6為采用現有技術中的梯度混合器灌制的預制膠樣品圖；圖7為采用本發明的梯度混合器灌制的預制膠樣品圖。從圖6、圖7對比比較可以看出現有的梯度混合裝置混合后灌制的膠，條帶整體偏下，大分子間距離過大，小分子距離偏小。而本專利的梯度混合器灌制的膠，條帶分布均勻，條帶之間的距離均勻，分辨率高于現有的梯度混合裝置混合后灌制的膠。實施例2 :如圖4所不,不同于實施例I之處在于第一活塞33上設有第一活塞推桿41，第二活塞34上設有第二活塞推桿42。第一活塞33通過第一活塞推桿41進行單獨推拉控制，第二活塞34通過第二活塞推桿42單獨進行推拉控制。由于活塞推桿的設置不同，因此具體混合方法為首先在第一容器21中放入低濃度溶液A，在第二容器22中放入高濃度溶液B ；
其次向上分別同時拉動第一活塞推桿41和第二活塞推桿42,此時,第一閥門25與第二閥門26導通，第三閥門27與第四閥門38關閉，分別將第一容器21中的低濃度溶液A抽吸到第一活塞缸體31中，第二容器22中的高濃度溶液B抽吸到第二活塞缸體32中；然后，向下分別同時壓動第一活塞推桿41和第二活塞推桿42，此時第一閥門25與第二閥門26關閉，第三閥門27與第四閥門38導通，第一活塞缸體31中的低濃度溶液A通過單向連通管道37以一定角度流入到第二活塞缸體32中與第二活塞缸體32中的高濃度溶液B混合，同時第二活塞缸體32中的混合液體流入到第三容器28中形成梯度混合溶液。
以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的范圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種連續梯度混合裝置，包括盛放低濃度溶液的第一容器、盛放高濃度溶液的第二容器，盛放梯度混合液的第三容器，其特征在于 還包括設置有第一活塞的第一活塞缸體、設置有第二活塞的第二活塞缸體，所述第一活塞缸體的底端設置有一伸入到所述第一容器中的連通管道，所述第二活塞缸體的底端也設置有一伸入到所述第二容器中的連通管道以及一連通到所述第三容器的連通管道；所述連通管道上分別設有第一閥門、第二閥門、第三閥門； 所述第一活塞缸體與所述第二活塞缸體通過一單向連通管道導通，所述單向連通管道包括管道進口與管道出口以及設置在管道上的第四閥門，所述管道出口與垂直方向的夾角為O度 80度；所述第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門為單向閥。
2.根據權利要求I所述的連續梯度混合裝置，其特征在于 所述第一活塞與所述第二活塞通過一活塞支架固定連接，所述活塞支架上設置一活塞推桿。
3.根據權利要求I所述的連續梯度混合裝置，其特征在于 所述第一活塞上設有第一活塞推桿，所示第二活塞上設有第二活塞推桿。
4.根據權利要求2或3所述的連續梯度混合裝置，其特征在于 所述管道進口垂直插入在所述第一活塞上，所述管道出口插入到所述第二活塞上并與垂直方向的夾角為10 80度。
5.根據權利要求4所述的連續梯度混合裝置，其特征在于 所述管道進口與所述管道出口均為毛細管。
6.一種采用權利要求2所述的連續梯度混合裝置進行梯度混合的方法，其特征在于 (1)在第一容器中放入低濃度溶液，在第二容器中放入高濃度溶液； (2)向上拉動活塞推桿，分別將第一容器中的低濃度溶液抽吸到第一活塞缸體中，第二容器中的高濃度溶液抽吸到第二活塞缸體中； (3)向下壓動活塞推桿，將第一活塞缸體中的低濃度溶液通過單向連通管道以一定角度流入到第二活塞缸體中與第二活塞缸體中的高濃度溶液混合，同時第二活塞缸體中的混合液體流入到第三容器中形成梯度混合溶液。
7.一種采用權利要求3所述的連續梯度混合裝置進行梯度混合的方法，其特征在于 (1)在第一容器中放入低濃度溶液，在第二容器中放入高濃度溶液； (2)向上分別同時拉動第一活塞推桿和第二活塞推桿，分別將第一容器中的低濃度溶液抽吸到第一活塞缸體中，第二容器中的高濃度溶液抽吸到第二活塞缸體中； (3)向下分別同時壓動第一活塞推桿和第二活塞推桿，將第一活塞缸體中的低濃度溶液通過單向連通管道以一定角度流入到第二活塞缸體中與第二活塞缸體中的高濃度溶液混合，同時第二活塞缸體中的混合液體流入到第三容器中形成梯度混合溶液。
全文摘要
本發明公開了一種連續梯度混合裝置，包括盛放低濃度溶液的第一容器、盛放高濃度溶液的第二容器，盛放梯度混合液的第三容器，第一活塞缸體、第二活塞缸體，第一活塞缸體的底端設置有一伸入到第一容器中的連通管道，第二活塞缸體的底端也設置有一伸入到第二容器中的連通管道以及一連通到第三容器的連通管道；第一活塞缸體與所述第二活塞缸體通過一單向連通管道導通，單向連通管道包括管道進口與管道出口，管道出口與垂直方向的夾角為0度～80度。本發明還公開了采用連續梯度混合裝置進行梯度混合的方法。本發明利用流體力學的基本原理使得液體在容器中即時混勻，混合效果均勻連續，為規模化的生產提供可靠的保障。
文檔編號B01F5/04GK102716685SQ201210248118
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月17日 優先權日2012年7月17日
發明者劉繼來, 楊艷, 鄭杉水 申請人:上海禾高生物科技有限公司