一種柱層析分析檢測開關技術及其用途的制作方法

專利名稱：一種柱層析分析檢測開關技術及其用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種柱層析分析檢測開關技術及其用途。
背景技術：
柱層析技術是利用層析柱對生物分子進行分離和檢測的技術，其中層析柱是其常用的主體結構。層析技術按層析的機理分為吸附層析、分配層析、離子交換層析、凝膠過濾層析、親和層析、疏水層析等。吸附層析是利用吸附劑表面對不同組分吸附性能的差異，達到分離鑒定的目的。分配層析是利用不同組分在流動相和固定相之間的分配系數不同，使之分離。離子交換層析是利用不同組分對離子交換劑親和力的不同，使之分離。凝膠層析是利用某些凝膠對于不同分子大小的組分阻滯作用的不同，使之分離。親和層析是在ー對有專ー的相互作用的物質中，把其中之一聯結在支持物上，用于純化相對的另一物質，常見的親和對有酶和抑制劑、抗原和抗體、配體和受體等。柱層析技術是一中分離效率很高的分析分離手段與方法，它能夠將各種性質極極其類似的物質分離開，它既可以用于少量物質的分析鑒定，又可用于大量物質的分離純化制備。目前這種技術已廣泛應用于科學研究與エ業生產的多個領域，在石油、化工、醫藥衛生、生物科學、環境科學、農業科學等領域都發揮著十分重要的作用。目前所用的層析柱一般為玻璃管或有機玻璃管或不銹鋼管，層析柱的兩端，特別是遠端的出口部位均含有過濾膜，只允許液體流動相通過，固體相，即柱層析填料，不能通過過濾膜，被滯留在層析柱內并保持一定的高度，從而發揮其應有的分離效果。這樣ー來，對那些柱層析內填料只使用一次的分離技術則帶來很大的不便。毎次使用后需更換柱內填料或將整個裝載好的層析柱遺棄掉，更換新的裝載層析柱，這給我們的實際工作帶來了很大的不便和浪費，特別是如采用連續的管道分析系統，則將帶來不可逾越的障礙，只有更換這種連續管道系統。因此，開發一種用于柱層析分析技術的管道內開關技術，使的柱內填料能根據我們的試劑需求隨時充填、保留或排除柱內填料，不僅使用方便、減少浪費，同時也可顯著提高工作效率，在檢測和分析、分離的諸多領域具有重要的實用意義。

發明內容
本發明的目的是提供ー種柱層析分析檢測開關技術及其用途，特別是在柱層析分離分析過程中，通過對層析柱的開關控制可根據需求隨時充填、保留或排除柱內填料的控制技術。為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案。—種柱層析分析檢測開關技術，由層析柱和位于層析柱外側的磁性吸合元件及層析柱內充填的磁性材料顆粒組成。所述的磁性材料是指鐵、鈷、鎳及其合金等能夠直接或間接地在磁場作用下產生與外磁場相同的強烈的附加磁場的物質。所述的開關技術，具有如下ー種或ー種以上特征
I)磁性吸合元件位于層析柱的遠端外側，可以通過開關電流或移動與層析柱之間的距離使所鄰接的層析柱管腔內的磁性開啟和關閉；
2)當開啟層析柱管腔內磁性時，從層析柱的近端向層析柱內充填磁性材料顆粒，流經管腔內由磁性吸合元件產生的磁性區域時被吸合捕獲，形成磁性材料顆粒聚集層；
3)從層析柱近端注入層析填料混懸液，其中的固體顆粒被磁性材料顆粒聚集層截留，形成裝載層析柱；
4)當關閉層析柱管腔內磁性吋，磁性材料顆粒聚集層解離，在層析柱近端加壓，管腔內的層析填料和磁性材料顆粒從遠端推離層析柱，使層析柱卸裝。5)游離的層析填料進入下ー級分析檢測。所述的磁性吸合元件包括但不限于1)電磁開關裝置，采用電磁原理制作的控制裝置，位于層析柱外側，施加電流開啟磁性，關閉電流磁性消失；2)永磁開關裝置，采用永磁物質制作的控制開關，位于層析柱外側，貼近層析柱開關截流區時開啟磁性，遠離層析柱開關截流區時關閉磁性。電磁鐵為內部帶有鐵芯的、利用通有電流的線圈使其像磁鐵一祥具有磁性的裝置。永磁鐵為不需要電流來保持其磁場的磁鐵，分為合金永磁材料包括稀土永磁材料釹鐵硼(Nd2Fel4B)、釤鈷(SmCo)、鋁鎳鈷(AlNiCo)和鐵氧體永磁材料(Ferrite)包括燒結鐵氧體、粘結鐵氧體、注塑鐵氧體，還有ー些如Cu-Ni-Fe (銅鎳鐵)、Fe-Co-Mo (鐵鈷鑰)、Fe-Co_V(鐵鈷釩)、MnBi (錳鉍)。所述的層析柱的結構包括下列ー種或ー種以上的特性1)剛性管道結構；2)非剛性管道結構；3)芯片結構包括微流控芯片結構和普通芯片結構；4)為預裝柱；5)為使用前裝載的柱狀結構；6)為加有開關控制裝置的管道結構；7)為出樣端過濾截留出口易于被去除而使柱內固相填料易于移離柱層析結構進行下ー級分析的柱狀結構。剛性管道結構常見為實驗室常用的兩端接有接ロ或不接有接ロ的玻璃、有機玻璃、不銹鋼等材質的層析柱，也包括為某些分析特制的硬質材料的柱狀結構。非剛性管道結構多指塑料、橡膠、硅膠等材料制成的可以隨意圈曲的管道結構，兩端接有接ロ或不接有接ロ。微流控芯片是微流控技術實現的主要平臺，其裝置特征主要是其容納流體的有效結構(通道、反應室和其它某些功能部件)至少在ー個緯度上為微米級尺度，由于微米級的結構，流體在其中顯示和產生了與宏觀尺度不同的特殊性能，因此發展出獨特的分析產生的性能。本發明技術所采用的芯片結構也包括毫米級的液體流動芯片裝置。本發明技術所采用的層析柱包括預裝柱和使用前進行裝載的層析柱，考慮使用的方便程度預裝柱將作為優選，同時在預裝柱上加建出樣端過濾截留出口易于被去除而使柱內固相填料易于移離柱層析結構。本發明技術所采用的層析柱其管道結構也是優選對象，在檢測時層析填料被固定在管道的特定部位進行，分析完成后被排出管道，再進行新的分析檢測。所述的層析柱位于層析柱遠端的開關截留區選擇但不限于下列形狀I)層析柱外形的同形狀延伸；2)層析柱外形的延伸，但外徑的短徑小于層析柱外徑的短徑；3)層析柱壁內安裝有磁性吸合元件。所述的磁性材料顆粒包括I)指鐵、鈷、鎳及其合金；2)磁顆粒；3)膠體金屬微粒。磁性材料包括軟磁性材料和硬磁性材料。根據物質在外磁場中表現出的特性，物質可地分為五類順磁性物質，抗磁性物質，鐵磁性物質，亞磁性物質，反磁性物質。順磁性物質和抗磁性物質稱為弱磁性物質，鐵磁性物質稱為強磁性物質。通常所說的磁性材料是指強磁性物質。磁性材料按磁化后去磁的難易可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物質叫軟磁性材料，不容易去掉磁性的物質叫硬磁性材料，即永磁鉄。所述的磁性材料顆粒的長徑選擇Ium — 3mm,優選3um — 2mm,更優選IOum — 1mm。所述的磁性材料顆粒的形狀不受限制，圓形、長條形、方形、不規則形等均適用于本發明。所述的開關技術在多種柱層析檢測和分離技術產品開發中的應用。柱層析是ー項應用非常廣泛的技術，包括檢測試劑領域的生化檢測試劑、酶學檢測試劑、免疫檢測試劑和核酸檢測試劑等；分離分析領域的吸附層析、分配層析、離子交換層析、凝膠過濾層析、親和層析等。I)本發明創造性地設計了針對柱層析技術的開關控制技術，使層析填料的更換及其檢測和分離可以在同一層析柱管道內反復進行，達到方便、快捷和高效的目的。
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2)本發明采用對生物分子沒有明顯吸附作用的磁性材料進行開關控制，有效地排除了開關填充材料對檢測和分離結果的影響。3)本發明將柱層析技術引入一連續的分析管道內進行，大大簡化了諸多分析分離手段在儀器配制設計制作中的復雜程度，可顯著降低相關技術的應用成本。4)本發明將柱層析技術引入一連續的分析管道內進行，可以使諸多目前無法在層析柱上進行連續分析和分離的檢測技術變為可能。因此，本發明技術對改善現有柱層析分離分析技術具有重要的意義和良好的應用前景。


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圖I為本發明剛性層析柱的開關控制技術裝置基本結構示意圖 圖2為本發明剛性層析柱的改形裝置的基本結構示意圖 圖3為本發明非剛性層析柱的基本結構示意圖
通過以下具體實施實例，可以進一歩了解本發明，但以下實例不是對本發明的限定。實施例I、本發明剛性層析柱的開關控制技術裝置制作
實驗材料玻璃管、鐵質顆粒、永磁鐵、凝膠填料、電磁鐵。實驗裝置的制備
如圖I所示，取ー個玻璃管5，在玻璃管5的下端兩側安裝兩塊永磁鐵4，豎立在實驗臺上，準備鐵質顆粒3和凝膠填料2的水混懸液。實驗方法與結果如圖I所示，移動永磁鐵4 (磁性吸合元件)至與玻璃管5 (層析柱)接觸,從玻璃管5的入口端I注入鐵質顆粒3的水混懸液。當鐵質顆粒3流經永磁鐵4部位吋，鐵質顆粒3被吸附聚集形成聚集層。再從玻璃管5的入口端I注入凝膠填料2的水混懸液。當凝膠填料2流至永磁鐵4聚集層時，水相流出，凝膠填料2被截留形成裝填的層析柱。此時在玻璃管5的入口端I注入多種水溶液，均可經凝膠填料2和鐵質顆粒3聚集層從玻璃管5的出口端6流出，凝膠填料2沒有丟失。此時移動永磁鐵4遠離玻璃管5可見鐵質顆粒3聚集層解離，當在玻璃管5的入口端I注入水或水溶液時，可見凝膠填料2和鐵質顆粒3聚集層從玻璃管5的出口端6排出，恢復玻璃管5的初始狀態。將永磁鐵更換為電磁鐵時，也呈現相同的作用。說明該開關技術工作正常。
實施例2、本發明剛性層析柱的改形開關控制技術裝置制作
實驗材料玻璃管、鐵質顆粒、永磁鐵、凝膠填料。實驗裝置的制備 如圖2所示，取ー個玻璃管5，在玻璃管5的下端加熱拉伸使外徑變細，然后在變細的兩側安裝兩塊永磁鐵4，豎立在實驗臺上，準備鐵質顆粒3和凝膠填料2的水混懸液。實驗方法與結果如圖2所示，移動永磁鐵4 (磁性吸合元件)至與玻璃管5 (層析柱)接觸,從玻璃管5的入口端I注入鐵質顆粒3的水混懸液。當鐵質顆粒3流經永磁鐵4部位吋，鐵質顆粒3被吸附聚集形成聚集層。再從玻璃管5的入口端I注入凝膠填料2的水混懸液。當凝膠填料2流至永磁鐵4聚集層時，水相流出，凝膠填料2被截留形成裝填的層析柱。此時在玻璃管5的入口端I注入多種水溶液，均可經凝膠填料2和鐵質顆粒3聚集層從玻璃管5的出口端6流出，凝膠填料2沒有丟失。此時移動永磁鐵4遠離玻璃管5可見鐵質顆粒3聚集層解離，當在玻璃管5的入口端I注入水或水溶液時，可見凝膠填料2和鐵質顆粒3聚集層從玻璃管5的出ロ端6排出，恢復玻璃管5的初始狀態。說明該開關技術工作正常。實施例3、本發明非剛性層析柱的開關控制技術裝置制作
實驗材料硅化處理的透明塑料管、鐵質顆粒、永磁鐵、凝膠填料。實驗裝置的制備
如圖3所示，取一個硅化處理的透明塑料管5，在塑料管5的下端兩側安裝兩塊永磁鐵4，豎立在實驗臺上，準備鐵質顆粒3和凝膠填料2的水混懸液。實驗方法與結果如圖I所示，移動永磁鐵4 (磁性吸合元件)至與塑料管5 (層析柱)接觸,從塑料管5的入口端I注入鐵質顆粒3的水混懸液。當鐵質顆粒3流經永磁鐵4部位吋，鐵質顆粒3被吸附聚集形成聚集層。再從塑料管5的入口端I注入凝膠填料2的水混懸液。當凝膠填料2流至永磁鐵4聚集層時，水相流出，凝膠填料2被截留形成裝填的層析柱。此時在塑料管5的入口端I注入多種水溶液，均可經凝膠填料2和鐵質顆粒3聚集層從塑料管5的出ロ端6流出，凝膠填料2沒有丟失。此時移動永磁鐵4遠離塑料管5可見鐵質顆粒3聚集層解離，當在塑料管5的入口端I注入水或水溶液時，可見凝膠填料2和鐵質顆粒3聚集層從塑料管5的出ロ端6排出，恢復塑料管5的初始狀態。說明該開關技術工作正常。實施例4、本發明微流控芯片層析柱的開關控制技術裝置制作
實驗材料有機玻璃片、鐵質顆粒、永磁鐵、凝膠填料。實驗裝置的制備
取一有機玻璃片，刻磨4條內徑I. 5mm的管道(層析柱)，在管道兩端安裝塑料管，加蓋封閉。在出樣端有機玻璃板的上下側安裝兩塊永磁鐵，豎立在實驗臺上，準備鐵質顆粒和凝膠填料的水混懸液。實驗方法與結果以永磁鐵作為磁性吸合元件，刻磨的4條內徑I. 5_的管道作為層析柱，從入口端注入鐵質顆粒的水混懸液，然后注入凝膠填料的水混懸液，也呈現與上述實驗相似的開關效果。說明該開關技術工作正常。
實施例5、本發明鐵質顆粒的大小對開關效果的影響
實驗材料玻璃管、鐵質顆粒、永磁鐵、凝膠填料。
實驗方法與結果如圖I所示，制備本發明實驗裝置，用長徑從Ium — 3mm的鐵質顆粒進行開關實驗，粒徑選用范圍在O. lum、lum、3um、10um、50um、100um、300um、的鐵質顆粒。結果O. Ium粒徑可被吸附，但無法形成聚集成；lum和3um粒徑可以形成聚集層，但只能承受自然壓力，不能加壓；10um以上粒徑可以形成聚集層，也能夠承受一定的壓力。因此，認為選用自然壓カ進行實驗時，磁性材料顆粒的粒徑可選用Ium以上，如需要外力加壓實驗，粒徑選用IOum以 上為宜。
權利要求
1.一種柱層析分析檢測開關技術，由層析柱和位于層析柱外側的磁性吸合元件及層析柱內充填的磁性材料顆粒組成。
2.根據權利要求I所述的開關技術，具有如下一種或一種以上特征 1)磁性吸合元件位于層析柱的遠端外側，可以通過開關電流或移動與層析柱之間的距離使所鄰接的層析柱管腔內的磁性開啟和關閉； 2)當開啟層析柱管腔內磁性時，從層析柱的近端向層析柱內充填磁性材料顆粒，流經管腔內由磁性吸合元件產生的磁性區域時被吸合捕獲，形成磁性材料顆粒聚集層； 3)從層析柱近端注入層析填料混懸液，其中的固體顆粒被磁性材料顆粒聚集層截留，形成裝載層析柱； 4)當關閉層析柱管腔內磁性時，磁性材料顆粒聚集層解離，在層析柱近端加壓，管腔內的層析填料和磁性材料顆粒從遠端推離層析柱，使層析柱卸裝； 5)游離的層析填料進入下一級分析檢測。
3.根據權利要求I-2任一所述的開關技術，其特征在于所述的磁性吸合元件包括但不限于 1)電磁開關裝置，位于層析柱外側，施加電流開啟磁性，關閉電流磁性消失； 2)永磁開關裝置，位于層析柱外側，貼近層析柱開關截流區時開啟磁性，遠離層析柱開關截流區時關閉磁性。
4.根據權利要求I-3任一所述的開關技術，其特征在于所述的層析柱包括下列一種或一種以上的特性 1)剛性管道結構； 2)非剛性管道結構； 3)微流控芯片結構； 3)為預裝柱； 4)為使用前裝載的柱狀結構； 5)為加有開關控制裝置的管道結構； 6)為出樣端易于去除截賭出口而使柱內固相填料易于轉離柱層析結構進行下一級分析的柱狀結構。
5.根據權利要求I-4任一所述的開關技術，其特征在于所述的磁性材料顆粒包括但不限于 1)指鐵、鈷、鎳及其合金； 2)磁顆粒； 3)膠體金屬微粒。
6.根據權利要求5所述的開關技術，其特征在于所述的磁性材料顆粒的長徑選擇Ium — 3mm,優選 3um — 2mm,更優選 IOum — 1mm。
7.根據權利要求4所述的開關技術，其特征在于所述的層析柱位于層析柱遠端的開關截留區選擇但不限于下列形狀 1)層析柱外形的同形狀延伸； 2)層析柱外形的延伸，但外徑的短徑小于層析柱外徑的短徑； 3)層析柱壁內安裝有磁性吸合元件。
8.權利要求I -7任一所述的開關技術在多種柱層析檢測和分離技術產品開發中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種柱層析分析檢測開關控制技術及其用途，特別是在柱層析分離分析過程中，通過對層析柱的開關控制可根據需求隨時充填、保留或排除柱內填料的控制技術，可用于多種分離檢測產品的開發，具有良好的適用價值和市場前景。
文檔編號G01N30/56GK102680618SQ20111005513
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月9日 優先權日2011年3月9日
發明者劉鳳鳴 申請人:北京康華源醫藥信息咨詢有限公司