[发明专利]用于分离物体的电泳方法和装置

说明书

本发明涉及用于在流体中对物体实施电泳分离的方法和装置。所述技术消除条带扩散，并且实现快速、高分辨率的分离。

电泳表示在电场影响下带电物体穿过流体而移动。此现象可用于根据物体电学性质与流体力学性质来分离物体，而且许多利用此现象的技术被广泛应用。待分离的物体，通常是蛋白质或者其它生物分子，通常悬浮在流体比如缓冲溶液或凝胶中。将一小段含有物体的溶液置于含流体或凝胶的分离通道的起始位置，接着沿通道产生恒定电场。在该电场影响下所述物体开始朝通道的对侧运动。在它们穿过流体迁移时，根据它们的形状和大小，它们受到差异性流体动力。由于施加于它们的不同流体动力，根据它们各自的特征，物体以不同的终速度移动，并因此而分离和形成“条带”。由于它们不同的终速度，条带之间的距离随时间增加。

条带基本是一组具有相似电学和流体力学性质的物体。电泳的一个关键缺点是这种事实，当条带以其终速度移动时发生热扩散。这使得条带随时间而变宽，从而降低了分离的分辨率。

在“Cyclic electrophoretic and chromatographic separationmethods”，Eijkel et al，Electrophoresis 2004，25，243-252中对各种已知电泳方法做了综述。

也有许多传统电泳方法的改型用以尝试限制热扩散。

这些方法之一是等电聚焦(IEF)，其在分离通道中设置pH梯度。当物体在恒定电场影响下穿过流体移动时，由于沿通道的pH值改变，物体表观电荷发生改变。根据它的电荷性质，每个物体一直移动到其表观电荷为零的点。这个点叫做“等电点”。在此点物体停止移动，因为它到达了平衡位置。每个具有不同电荷特征的物体停止在沿通道的不同点上，因此物体发生分离。然后，可以对物体的条带进行检测和研究，例如通过成像。

此方法的优点在于消除了热扩散，而缺点是pH梯度的精确性有限制。另一个缺点是增加了分离时间(典型的是数小时)。

另一种电泳改型在US-A-2002/0043462中公开。通过施加由于穿过腔室的缓冲液流动而产生的第一力来分离颗粒，其中液流方向与电场梯度相反。静电场的形状使得颗粒沿腔室分离成条带。这些条带代表平衡位置，在此位置上每个分子受到的净作用力为零。一旦条带形成，可改变所施加的电场以对条带进行操作，例如移动感兴趣条带至退出点(exit point)。但是与其它已知系统的情况一样，此装置依赖于缓冲液穿过腔室的恒定流动，以向每个颗粒施加适当的流体动力，并因此而实现成功分离。这导致了许多问题。

首先，需要泵和监测系统来达到高度准确的穿过通道的液体流动，这导致了可能昂贵且复杂的基础设施。结果，系统通常昂贵且可能不可靠，包含了许多复杂的机械组件。缓冲液流动的准确性对于装置的准确度和分辨率来说是必需的。

其次，与使用流动液体相关的并且在压力驱动流动的高效液相色谱(HPLC)中十分严重的一个常见问题是，液体与通道壁相互作用。结果，液体不以恒定速度穿过通道截面，而是在通道壁附近移动较慢，在通道中央移动较快。这形成了一个抛物线形的速度前沿，其直接影响所分离分子的条带形状。距离恒定速度前沿偏离越多，条带就变得越宽，因此降低了装置的分辨率。可通过增加缓冲液流速来加速分离过程。这是由于分子到达其平衡位置所耗费的时间缩短，因此分离将更快完成。在第一种方法中，增加流速也应使得静止条带(stationaryband)变窄，因为所施加的流体动力和电场力更大。这将会提高分辨率。

但是，随着流速增加，抛物线流形更加严重，倾向于抵消预期的分辨率提高。

传统电泳经常涉及使用凝胶作为分离流体。相对高粘度减少了扩散，于是提高了分辨率。但是，将凝胶与需要缓冲液流动的技术(比如以上两种方法)一起使用，若非不可能，也是困难的，因为凝胶通常不易于流动。

需要的是这样的技术，其有效控制热扩散，并且不需要分离流体穿过装置的恒定流动。此种方法应实现快速分离和高分辨率。

根据本发明，在分离通道所含流体中分离物体的电泳方法包括：

沿分离通道施加电场，所述电场具有一定的场分布，从而使至少一些物体相对于流体移动；

改变所施加电场以调节相对于分离通道的电场分布，从而使物体在由于电场的电场力和由于流体的流体动力的联合影响下分离成条带。

另外，根据本发明，用于分离物体的电泳装置包含：

分离通道，使用时其含有流体和待分离物体；

沿分离通道施加电场的装置，所述电场具有一定的场分布，从而使分离通道中的物体相对于流体移动；