[发明专利]一种快速批量取样与分离装置

说明书

技术领域

本发明属于一种过程跟踪测量的快速取样装置和取样分离装置，主要研究细胞代谢、代谢工程、代谢物组学等非稳态代谢流分析，或者非稳态反应过程中物料组分变化的快速测量分析。

背景技术

细胞代谢网络是由至少上千种酶、膜传递系统、信号传递系统组成的受精密调控又互相协调的复杂系统组成的，细胞代谢流研究的主要目的是分析改变分叉代谢途径的流向、阻断有害代谢产物的合成，而设计和操作中的主要困难是细胞代谢网络的刚性和细胞的应答反应，这些微观的反应过程常常是多途径且非线性的，仅仅通过结果的推导难以真实的反应代谢流的分配、关键分叉点的速度限制步骤以及生化途径的合成等信启，研究上通常采用间断取点测量的方法，研究代谢流的分配与走向，为定向控制生物代谢过程提供依据。

目前国内外有大量的论文涉及到代谢流分析研究，国内论文中对细胞代谢产物按一定间隔时间进行取样测定分析，通过分析细胞外液各种物质的含量变化推断在细胞的生长过程中外因胁迫、诱变对细胞代谢过程的影响。但由于受实验条件的限制，分析数据取样间隔时间比较长(间隔时间单位为小时)，实验分析结论仍是依据对测试结果的近似稳态推理判断。而基于快速取样系统、快速跟踪检测细胞等微生物环境和形态变化的更深入细致的研究分析，由于缺乏有效的快速取样装备而难以取得更好的进展。

国外这方面的研究也很多，研究方法基本相似，并已经开发出一些用于反应器快速取样装置。如2009年发表在Appl Microbiol Biotechnol(2009)83：199-208的“Rapid sampling devices for metabolic engineering applications ”比较详细的介绍上世界上已有的几种快速取样装备的情况，其中有单次单阀和多阀快速取样装置，有步进电机的驱动的传送带直线运行的快速批量取样装置，真空抽吸快速取样装置，还有与本发明相近的由步进电机带动的转盘式快速取样装置；其中这种由步进电机带动的转盘结构的快速取样装置在K.Noh et al.“Metabolic flux analysis at ultra short time scale：Isotopicallynon-stationary ¹³C labeling experiments”(Journal of Biotechnology 129(2007)249-267)中也提到具体的使用结构，即主要由气动取样阀(apneumatic samplingvalve(aerre inox s.r.，Italy))和由电动机驱动的隔离的转盘(a motor driven isolated rotary plate)完成功能，能一次实现20个试管样品的快速取样，取样时间间隔为亚秒级范围。

国外的这些快速取样装备一部分是解决单次取样快速灭活问题的，一部分是解决批量快速取样的。与本发明相近的电机驱动的隔离转盘结构，它主要结构型式是转盘与一步进电机直接同轴连接，由步进电机带动转盘转动，步进电机依次转动一定的角度，使取样试管口对准取样口，同时打开气动阀，试样依次快速注入取样试管内。

非稳态过程的研究，一直是科学实验研究和仿真计算研究的难点和重点问题之一，生物代谢体系中，酶催化速率非常快，为了在精确时间点采样并固定该时刻的代谢反应状态，需要进行非常高效迅速的代谢粹灭(即终止反应)处理，其中，即时同步采样/分离是最有效、最合理的终止生化反应的方法之一，通过瞬时将细胞与培养基质分离，使胞外液中的代谢物组成状态能够固定保持，同时还避免了加入代谢粹灭剂对下游测定的干扰。因此，开发高效快速的批量取样装置，并在此基础上增加取样与分离功能，将有利于改善实验条件，提供更精细的分析数据，得到更准确的外部条件对反应过程影响的第一手资料，为设计合理的反应调控路线和工艺，提供更加科学和直接的实验依据。目前国内还没有这方面的装备的开发报导，国外的快速取样装置还存在功能单一和结构简单的问题，即使与本发明相近的转盘式快速取样装置，在装置的结构稳定性、取样速度、系统可操作性和便利性方面均存在较大的改进余地。而对于在取样的同时进行分离过程的一体化装置，国内外目前仍未见报导。

发明内容