防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置及其使用方法
【專利摘要】本發明公開了一種防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置及其使用方法，用于測定蛋白質總濃度，主要包括陽極流通室、陰極流通室、電泳管、流通室底座、三通閥、輸液泵、陽極沖洗泵、陰極沖洗泵、軟管、陽極儲液瓶、陰極儲液瓶、廢液回收瓶和相機，陽極儲液瓶、陰極儲液瓶通過軟管分別與陽極流通室、陰極流通室相連通。陽極流通室和陰極流通室的流道設計可方便有效的將液體與凝膠交界處的氣泡排除。本裝置和方法既能保證電極液有良好的流動通路不滲漏，又能快速可靠的排除電極液與凝膠之間的氣泡保證了電路通暢，為電泳滴定實驗的進行提供簡便、安全可靠的實驗環境。
【專利說明】 防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及分析化學技術、生物技術和轉化醫學等的【技術領域】，特別是一種防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置及其使用方法。
【背景技術】
[0002]檢測食品中蛋白總含量對于衡量食品營養價值、判定商品價格、評定食材質量等方面有很大的意義(Moore, J.C., DeVries, J.ff., Lipp, Μ., Griffiths, J.C., Abernethy, D.R., 2010, Comper.Rev.Food Sc1.Food Saf.，9，330-357.)。并且蛋白質含量分析在臨床診斷中具有重要應用，比如血清和尿液蛋白定量分析(康熙熊，《臨床電泳》，人民衛生出版社，2006 年)。
[0003]現有主流蛋白質含量的檢測方法主要為凱氏定氮法，它已成為各種生物樣品(尤其食品和乳品)蛋白含量分析的重要標準方法之一。其他分析方法有如Dumas 法(Kjeldahl, J.Z., 1883, Anal.Chem., 22, 366-382.)、光譜法(Kennedy, J.F., White, C.A., Browne, A., 1985, J.Food Chem.，18，95-112.)、雙縮脲法(Cole, Ε.R., 1969, Rev Pure and App 1.Chem., 19, 109-130.)、Lowry 法(Lowry, 0.H., Rosebrough, N.J., Farr, A., Randall, R., 1951, J.B1l.Chem., 193, 265-275.)、BCA 法(Smith, P.K., Krohn, R.1., Hermanson, G.T., Mal I ia, A.K., Gartner, F.H., Provenzan, M.D., Fujimoto, E.K., Goeke, N.M., Olson, B.J., Klenk, D., 1985, Anal.B1chem.，150，76-85.)、紫外吸收法(Layne, E.，1957，Method.Enzymo1.，3，447-454.)以及考馬斯亮藍法(Bradford, Μ., 1976, Anal.B1chem., 72, 248-254.)等。但是凱氏定氮法和Dumas法都容易受非蛋白氮(non protein nitrogen, NPN)影響。這就會使不良商家有機會在食品中非法添加NPN來虛假提高食品蛋白質含量，已有的典型例子比如奶粉中添加三聚氰胺(Moore, J.C., DeVries, J.ff., Lipp, Μ., Griffiths, J.C., Abernethy, D.R., 2010, Comper.Rev.Food Sc1.Food Saf.，9，330-357.)。攝入三聚氰胺會引起腎結石、血尿，嚴重的會導致急性腎功能衰竭甚至死亡(Lam, C.ff., Lan, L., Che, X., Tam, S., Wong, S.S.Y.，Chen, Y.，Jin, J.，Tao, S.H.，Tang, X.M.，Yuen, K.Y.，2009, Clin.Chim.Acta, 402, 150-155.)。此外，不良商家還會在食品中非法添加尿素，尿素的添加會降低食品營養價值甚至影響公眾的身體健康(Trivedi, U.，Lakshminarayana, D.，Kothari,
1.，PateljN.，Kapsej H.，Makhi ja，K.，Patel, P.，Panchalj C.，2009，Sensor Actuator.B-Chem.，140，260-266.)。
[0004]對此，已有學者提出了相關新技術、新裝置和新方法解決以上非法添加NPN問題。2010-2011 年，Yang 等提出了基于移動反應界面(moving react1n boundary, MRB)概念(Q.Yang, L.Y.Fan, S.S.Huang, ff.Zhang, C.X.Cao, 2011, Electrophoresis, 32, 1015-1024.)
，申請了“用于測定酸堿濃度的電遷移酸堿滴定裝置”的發明專利(中國發明專利，2010年，申請號:201010596012.7)。2012-2013年，Wang等申請了“一種用于測定蛋白質總濃度的可視化生物傳感器裝置”的發明專利(中國發明專利，2012年，申請號:201210142985.2)，提出了基于MRB蛋白質電泳滴定的裝置和技術(H.Y.Wang, J.Yang, J.Y.Dong, ff.Zhang, L.Y.Fan, W.B.Zhang, C.X.Caoj 2012，Chinese J.Anal.Chem.，40，968-972.H.Y.Wang, C.Y.Guoj C.G.Guoj L Y.Fan, L Zhang, C.X.Caoj 2013，Anal.Chim.Acta, 774，92-99.)，并用于乳品等蛋白質含量分析(C.Y.Guoj H.Y.Wang, X.P.Liuj L Y.Fan, L Zhang, C.X.Caoj 2013，Electrophoresis，34，1343-1351.H.Y.Wang, S.Li，Y.Y.Tang, J.Y.Dong, C.X.Caoj 2013，AnalySt, 138，3544-3551.)。最近，他們進一步申請了基于移動反應界面電泳的高通量蛋白質滴定方法(中國發明專利，2013年，申請號=201310089084.6)。
[0005]基于MRB蛋白質電泳滴定技術是通過聚丙烯酰胺凝膠將蛋白質分子均勻的固定到電泳管中，然后通過陰極液中的0H_與固定的蛋白質酸性基團形成中和反應形成界面，或陽極液中的H+與固定的蛋白質堿性基團形成中和反應界面。如果在電泳滴定管中存在指示劑，就能觀察到中和反應界面移動情況。蛋白質的濃度與界面移動速度存在一定的線性關系。因此，通過相機等記錄能夠得到電泳管中MRB移動速度，再與已經建立好的蛋白質濃度標準曲線比較就能夠確定未知蛋白質濃度。該電泳滴定的方法能夠快速檢測蛋白質總量，尤其具有很強對抗各種非蛋白氮干擾的能力(H.Y.Wang, C.Y.Guo, C.G.Guo, L.Y.Fan, L.Zhang, C.X.Cao, 2013, Anal.Chim.Acta., 774, 92-99.Η.Y.Wang, Y.Τ.Shi, J.Yan, J.Y.Dong, S.Li, H.Xiao, H.Y.Xie, L.Y.Fan, C.X.Cao, 2014，Anal.Chem.，86，2888-2894.)。
[0006]經過對以上科學和專利技術文獻的分析發現，各種MRB電泳滴定的關鍵是一種用于測定蛋白質總濃度的可視化生物傳感器裝置(中國發明專利，2010年，申請號:201010596012.7)。該裝置主要是通過四通玻璃管來實現陰極和陽極電極液與玻璃管內膠體的連通，其中裝置中的電泳管與四通玻璃管是通過橡膠管來實現連接的，在實際操作過程中比較繁瑣，而且對于玻璃管中膠體與電極液接觸部分容易存在氣泡且排除困難。氣泡的存在導致電場分布異常，造成電泳滴定的穩定性和重復性下降。常用的方法需要用注射器針頭刺破橡膠管吸出氣泡，帶有破壞性，且操作繁瑣。此外，存在多處電極液的滲漏問題。第一是刺破的橡膠管導致電極液滲漏。第二是電泳滴定結束后從軟管中移除電泳管時所導致的電極液泄漏。酸性和堿性電極液的滲漏不僅對實驗操作人員造成嚴重的安全隱患，同時滲漏的酸性和堿性電極液會腐蝕儀器設備。
【發明內容】
[0007]針對上述技術的不足，本發明提供了一種防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置及其使用方法。本發明不僅能將電極液與電泳管中凝膠之間的氣泡迅速排除，而且具有自動防滲漏的功能，使用簡便。
[0008]本發明是通過以下技術方案來實現的:
[0009]一種防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置，包括流通室底座、陽極流通室、陰極流通室、電泳管、三通閥、輸液泵、陽極沖洗泵、陰極沖洗泵、軟管、陽極儲液瓶、陰極儲液瓶、廢液回收瓶和軟密封件，陽極流通室、陰極流通室、電泳管均布置在流通室底座上；在陽極側布置三根軟管，其中第一根軟管的一端插入陽極儲液瓶內，其另一端與三通閥相連，通過三通閥再與陽極流通室的一下端口相連接，輸液泵布置在第一根軟管上；第二根軟管的一端插入陽極儲液瓶內，其另一端與三通閥相連接，陽極沖洗泵布置在第二根軟管上；第三根軟管的一端插入陽極側廢液回收瓶內，其另一端與陽極流通室的上端口相連接。在陰極側也布置三根軟管，其中第一根軟管的一端插入陰極儲液瓶內，通過三通閥其另一端與陰極流通室的一下端口相連接，輸液泵布置在第一根軟管上；第二根軟管的一端插入陰極儲液瓶內，其另一端與三通閥相連接，陰極沖洗泵布置在第二根軟管上；第三根軟管的一端插入陰極側廢液回收瓶內，其另一端與陰極流通室的上端口相連接。電泳管的兩端分別與陽極流通室的另一下端口、陰極流通室的另一下端口相連接，端口與電泳管之間布置有疏水性的密封件。
[0010]進一步的，還包括通過支架垂直布置在電泳管上方的CXD相機。
[0011]進一步地，在本發明中陽極流通室、陰極流通室均由腔體、密封墊和上蓋組成，電極接頭布置在上蓋上，電極接頭的兩端分別安裝鉬電極和插座，鉬電極插入流通室內，插座通過導線分別與布置在流通室底座上的電源的正負極相連接。
[0012]進一步地，在本發明中在陽極流通室、陰極流通室內均布置倒置T型的流通通道，縱向通道的內徑為5_20mm,橫向通道內徑為電泳管的內徑為2_8mm,流通室與電泳管連接處橫向通道長度為3-15_，縱向通道的長度為20-100mm，腔體內部光滑透明。
[0013]進一步地，在本發明中陽極流通室固定在流通室底座上，陰極流通室通過壓縮彈簧與流通室底座相連接，電泳管受彈簧作用力被其兩端的流通室夾緊。
[0014]所述流通室腔體內部光滑透明。
[0015]陽極端第一根軟管的一端插入陽極儲液瓶內，其另一端與三通閥相連，通過三通閥再與陽極流通室的左下端口相連接。
[0016]陰極端第一根軟管的一端插入陰極儲液瓶內，其另一端與三通閥相連，通過三通閥再與陰極流通室的右下端口相連接。
[0017]電泳管的兩端分別與陽極流通室的右下端口、陰極流通室的左下端口相連接。
[0018]一種使用上述防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置的方法，包括如下步驟:
[0019]步驟一，安裝電泳管，使之夾在陽極流通室和陰極流通室之間；
[0020]步驟二，在進行排氣之前，調節三通閥，使輸液泵與陽極流通室之間的通路以及輸液泵與陰極流通室之間通路均打開，陽極端和陰極端的第二根軟管通路關閉，開啟輸液泵將陽極儲液瓶和陰極儲液瓶中的緩沖液分別泵入對應的陽極流通室和陰極流通室中，使緩沖液完全充滿陽極流通室和陰極流通室，并流入第三根軟管；
[0021]步驟三，關閉輸液泵，通過旋轉三通閥使輸液泵與陽極流通室之間通路以及輸液泵和陰極流通室之間通路均關閉，并使陽極沖洗泵與陽極流通室之間通路以及陰極沖洗泵與陰極流通室之間通路均打開；
[0022]步驟四，打開陽極沖洗泵、陰極沖洗泵使電極液分別快速流入陽極流通室和陰極流通室，通過電極液快速擾動排除電泳管兩端殘留氣泡；
[0023]步驟五，排氣完成后，旋轉三通閥開關，使陽極沖洗泵與陽極流通室之間通路以及陰極沖洗泵與陰極流通室之間通路均關閉，并使輸液泵與陽極流通室之間通路道以及輸液泵與陰極流通室之間通路均打開。
[0024]與已有電泳滴定裝置相比，本發明能夠實現以下新功能:
[0025]第一、電泳管的安裝過程簡單方便。先用手壓緊可移動端的卡座，然后將注滿聚丙烯酰胺凝膠的電泳管兩端對準陽極和陰極流通室的接口端，松開壓縮彈簧，通過彈簧的彈力即可夾緊電泳管兩端接口，確保密封良好。
[0026]第二、方便可靠的排氣功能。充滿凝膠的電泳管與陽極流通室和陰極流通室連接好后，啟動輸液泵進行電極液灌注。灌注完成后，在電泳管與流通室的連接處會存留氣泡，這些氣泡的存在會導致電路通路不暢甚至阻斷。為排除氣泡，調節三通閥，打開陽極(陰極)電極流通室與陽極(陰極)沖洗泵之間通路，開啟沖洗泵0.5-10秒，通過快速流動液體產生的擾流排除在電泳管兩端殘留的氣泡。如果仍有氣泡存留，重復以上操作過程。
[0027]第三、避免了因電泳管兩端軟管刺破排氣造成的電極液滲漏。進行氣泡排出時整個過程中電極室內電極液都處在封閉環境中，只需要控制三通閥開關和沖洗泵，不需要人為的刺破軟管排氣，這樣就避免了因排氣刺破軟管后產生的電極液滲漏問題。
[0028]第四、避免了電泳滴定結束后從軟管中移除電泳管時所導致的電極液的泄漏。電泳滴定結束后，從裝置上取下電泳管時，電泳管與電極室接口處的端口并不會有電極液泄漏，這是因為廢液回收瓶的液體水平(最高點)位置一般都低于流通室連接處水平位置。當關閉輸液泵取下電泳管后，陽極(陰極)流通室與電泳管連接端口其內徑較小且有疏水性密封件與液體表面形成的表面張力不易被打破，因此，陽極(陰極)流通室中液體首先會從上蓋的出口處流向廢液回收瓶。為了保證壓力平衡陽極(陰極)流通室與電泳管連接端口反而會吸入一定量空氣；所以電極液并不會從陽極(陰極)流通室與電泳管連接端口泄漏。這不僅方便了電泳管的更換，而且使實驗操作過程更為安全可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0030]圖1為本發明的整體結構示意圖；
[0031]圖2為本發明陽極(陰極)流通室裝配視圖和透明腔體工程視圖；
[0032]圖3為本發明陽極(陰極)流通室固定于底座結構三維視圖；
[0033]其中，1、陽極流通室，2、陰極流通室，3、電泳管，4、流通室底座，5、三通閥，6、輸液泵，7、陽極沖洗泵，8、陰極沖洗泵，9、軟管，10、陽極儲液瓶，11、陰極儲液瓶，12、廢液回收瓶，13、(XD相機，14、軟密封件，15、腔體，16、密封墊，17、上蓋，18、電極接頭，19、鉬電極，20、插座，21、縱向通道，22、橫向通道，23、流通室與電泳管連接處，24、壓縮彈簧，25、卡座，26、緊固件。
【具體實施方式】
[0034]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0035]如圖1、圖2、圖3所示，電泳管3中放置有已配制的凝膠，凝膠中混有待檢測蛋白質的樣品、適量酸堿指示劑、背景電解質溶液，電泳管3兩端分別于陽極流通室I和陰極流通室2連接并放置于流通室底座4上受到壓縮彈簧24推力后夾緊，加之電泳管3與陽極流通室I和陰極流通室2連接處有軟密封件14緩沖，確保了兩者連接的密封性和可靠性；陽極流通室I的入口端與陽極儲液瓶10用軟管9連接，陰極流通室2的入口端與陰極儲液瓶11也用軟管9連接；需要注意的是，軟管9要經過輸液泵6的加載，即輸液泵6為通路中的液體提供流動動力；在軟管9靠近陽極流通室I和陰極流通室2入口處截斷并分別連入可控三通閥5，三通閥5剩下端口各自用軟管9與陽極沖洗泵7和陰極沖洗泵8連接；陽極流通室I與陰極流通室2的出口端各自通過軟管9與廢液回收瓶12接通。
[0036]在本發明的使用過程中，首先，在進行排氣之前，調節三通閥5，使輸液泵6與陽極流通室I之間的通路打開，以及輸液泵6與陰極流通室2之間通路打開，陰極端和陽極端的第二根軟管通路均關閉，開啟輸液泵6將陽極儲液瓶10、陰極儲液瓶11中的緩沖液分別泵入對應的陽極流通室I和陰極流通室2中；而后，當陽極流通室1、陰極流通室2和第三根軟管9完全充滿緩沖液后，關閉輸液泵6，通過旋轉三通閥5關閉輸液泵6與陽極流通室I之間的通路，關閉輸液泵6和陰極流通室2之間通路，陽極沖洗泵7與陽極流通室I之間通路打開，陰極沖洗泵8和陰極流通室2之間通路打開；然后，打開陽極沖洗泵7、陰極沖洗泵8使陽極和陰極電極液分別快速流入陽極流通室I和陰極流通室2，通過快速流動液體產生的擾流排除在電泳管兩端殘留的氣泡；排氣完成后，旋轉三通閥5開關，關閉陽極沖洗泵7與陽極流通室I之間通路，關閉陰極沖洗泵8與陰極流通室2之間通路，打開輸液泵6與陽極流通室I之間通路，打開輸液泵6與陰極流通室2之間通路。最后，開啟電泳電源，進行蛋白質電泳的滴定并記錄中和界面移動，通過界面移動換算成蛋白質的濃度。
[0037]與現有技術相比，本發明設計合理，操作簡單并且實現了以下新功能。第一、電泳管的安裝過程簡單方便；第二、方便可靠的排氣功能，能有效迅速地排除電泳管3內凝膠和電極流通室內電極液接觸部位的氣體；第三、避免了因電泳管兩端軟管刺破排氣造成的電極液滲漏；第四、避免了電泳滴定結束后從軟管中移除電泳管時所導致的電極液的泄漏。
[0038]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
【權利要求】
1.一種防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置，其特征在于，包括陽極流通室(I)、陰極流通室(2)、電泳管(3)、流通室底座(4)、三通閥(5)、輸液泵￠)、陽極沖洗泵(7)、陰極沖洗泵(8)、軟管(9)、陽極儲液瓶(10)、陰極儲液瓶(11)、廢液回收瓶(12)和軟密封件(14)，其中，陽極流通室(I)、陰極流通室(2)、電泳管(3)均布置在流通室底座(4)上；在陽極側布置三根軟管(9)，其中第一根軟管(9)的一端插入陽極儲液瓶(10)內，其另一端與三通閥(5)相連，通過三通閥(5)再與陽極流通室⑴的一下端口相連接，輸液泵(6)布置在第一根軟管(9)上，第二根軟管(9)的一端插入陽極儲液瓶(10)內，其另一端與三通閥(5)相連接，陽極沖洗泵(7)布置在第二根軟管上，第三根軟管(9)的一端插入陽極側廢液回收瓶(12)內，其另一端與陽極流通室(I)的上端口相連接；在陰極側也布置三根軟管(9)，其中第一根軟管(9)的一端插入陰極儲液瓶(11)內，其另一端與三通閥(5)相連，通過三通閥(5)再與陰極流通室(2)的一下端口相連接，輸液泵(6)布置在第一根軟管(9)上，第二根軟管(9)的一端插入陰極儲液瓶(11)內，其另一端與三通閥(5)相連接，陰極沖洗泵布置在第二根軟管上，第三根軟管(9)的一端插入陰極側廢液回收瓶(12)內，其另一端與陰極流通室(2)的上端口相連接；電泳管(3)的兩端分別與陽極流通室(I)的另一下端口、陰極流通室(2)的另一下端口相連接，端口與電泳管(3)之間布置有疏水性的軟密封件(14)。
2.根據權利要求1所述的防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置，其特征在于，陽極流通室(I)、陰極流通室(2)均由腔體(15)、密封墊(16)和上蓋(17)組成，電極接頭(18)布置在上蓋(17)上，電極接頭(18)的兩端分別安裝鉬電極(19)和插座(20)，鉬電極(19)插入流通室內，插座(20)通過導線分別與布置在流通室底座(4)上的電源的正負極相連接。
3.根據權利要求2所述的防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置，其特征在于，在陽極流通室(I)、陰極流通室⑵內均布置倒T型的流通通道，縱向通道(21)的內徑為5-20mm，橫向通道(22)內徑為l-5mm，電泳管(3)的內徑為2_8mm，流通室與電泳管連接處(23)橫向通道長度為3-15mm，縱向通道(21)的長度為20_100mm。
4.根據權利要求1、2或3所述的防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置，其特征在于，流通室底座(4)還包括卡座(25)和緊固件(26)，其中左邊卡座(25)固定，右邊卡座(25)可移動，陽極流通室(I)布置在固定卡座(25)上，陰極流通室(2)布置在可移動卡座(25)上并通過壓縮彈簧(24)與流通室底座(4)相連接，電泳管(3)受彈簧作用力被其兩端的流通室夾緊。
5.根據權利要求3所述的防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置，其特征在于，所述流通室腔體內部光滑透明。
6.根據權利要求1所述的防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置，其特征在于，還包括通過支架垂直布置在電泳管(3)上方的C⑶相機(13)。
7.一種使用權利要求1所述防滲漏電泳滴定電極液流動排氣裝置的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一，在陽極流通室(I)和陰極流通室(2)之間放置含有已配置好凝膠的電泳管(3)，確保密封良好； 步驟二，在進行排氣之前，調節三通閥(5)，使輸液泵(6)與陽極流通室(I)以及輸液泵(6)與陰極流通室(2)之間通路均打開，陽極端和陰極端第二根軟管通路均關閉，開啟輸液泵(6)將陽極儲液瓶(10)、陰極儲液瓶(11)中的緩沖液分別泵入到對應的陽極流通室(I)和陰極流通室(2)中，并使緩沖液流入第三根軟管(9)； 步驟三，關閉輸液泵￠)，通過旋轉三通閥(5)關閉輸液泵(6)與陽極流通室(I)以及輸液泵(6)和陰極流通室(2)之間通路，打開陽極沖洗泵(7)與陽極流通室(I)以及陰極沖洗泵⑶和陰極流通室⑵之間通路； 步驟四，打開陽極沖洗泵(7)和陰極沖洗泵(8)使電極液分別快速流入陽極流通室(I)和陰極流通室(2)，通過流道內擾流排除氣泡； 步驟五，排氣完成后，旋轉三通閥(5)開關，關閉陽極沖洗泵(7)與陽極流通室(I)之間通路以及陰極沖洗泵⑶與陰極流通室⑵之間通路，打開輸液泵(6)與陽極流通室(I)以及輸液泵(6)與陰極流通室(2)之間通路，開啟輸液泵￠)，進行實驗。
【文檔編號】G01N27/42GK104237359SQ201410478864
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】曹成喜, 張強, 申喬祎, 肖華, 樊柳蔭 申請人:上海交通大學