全自動高精度毛細管電泳儀的制作方法
【專利摘要】一種全自動高精度毛細管電泳儀，包括電泳系統、進樣流路和自動取樣流路；進樣流路包括與四通連接器連接的分流廢液瓶、四通微量進樣閥和緩沖液注射泵，四通微量進樣閥連接并向電泳系統的電泳分離毛細管定量進樣；自動取樣流路包括取樣針、樣品盤、清洗槽、試劑瓶、緩沖管、六端液體分配器和注射器泵，注射器泵的三端分配閥分別連接清洗液瓶、自動進樣器廢液瓶和緩沖管，六端液體分配器的固定接口連接緩沖管，與固定接口輪流切換連接的六個分配接口分別連接取樣針、四通連接器、四通微量進樣閥以及三個試劑瓶，取樣針切換插入清洗槽或樣品盤，自動進樣器廢液瓶與四通微量進樣閥連接。本發明進樣速度快，準確度高，重現性好，廣泛用于不同物質的毛細管電泳自動分析。
【專利說明】全自動高精度毛細管電泳儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及物質的毛細管電泳，具體涉及一種全自動高精度毛細管電泳儀，屬于分析測試【技術領域】。
【背景技術】
[0002]毛細管電泳始于20世紀80年代。在進行分析時將毛細管內充滿緩沖溶液，毛細管兩端施加高壓電(一般O到+30kV或到-30kv)，毛細管內的電滲流使溶液向檢測儀一端流動，也帶動毛細管中的所有物質向檢測儀一端流動。溶液內的物質由于其電泳淌度不同，即所帶電荷與其分子量的比值(荷質比)不同，因此到達毛細管終端檢測儀的速度不同，從而得到分離和檢測。
[0003]毛細管電泳系統就是利用毛細管中被分析的帶電物質在電場作用下移動速率不同的原理，達到分離的目的，其主要部件包括一長管形毛細管、毛細管兩端的液體容器、電極、高壓電源供應器、檢測器和一個數據輸出和處理裝置。
[0004]毛細管的常規進樣方式有兩種:流體力學和電遷移進樣。流體力學進樣可以通過虹吸、在進樣端加壓或檢測器端抽空等方法來實現，電遷移進樣是施加電壓，通過電場作用，依靠樣品離子的電遷移和(或)電滲流將樣品注入毛細管。上述兩種進樣方式存在下列缺點:1.由于兩種方法都采用“蘸取”的方式完成進樣，既把毛細管蘸入樣品瓶中，施加壓力或電壓進樣，再移回到溶液瓶中實施分離，進入毛細管的樣品量只能靠粗略的估算，因此兩種進樣方式都缺乏準確度；2.“蘸取”進樣時，移動過程中毛細管端口的樣品液滴大小受環境影響會發生很大變化，使得該進樣精確度(重復性)很差；3.進樣時須切斷施加于毛細管兩端的高壓電場，使得已建立好的電場不時地被打斷再重新建立，導致分析結果的精度不理想；3.“蘸取”式進樣容易造成樣品與緩沖液以及不同樣品之間的相互污染；4.電遷移進樣方式會產生電歧視現象，從而進一步降低分析的準確性和可靠性。
[0005]總之，毛細管電泳儀的進樣量非常小，都是納升(nl)級，現有毛細管電泳儀采用的傳統進樣方式無法完成如此小體積的準確定量，毛細管端蘸取進樣的方式，其進樣重復性誤差大，很難用于定量測量。

【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種全自動高精度毛細管電泳儀，實現自動定量進樣，提高進樣的準確度、重現性和可靠性；消除電歧視現象和樣品之間的相互污染；提高進樣速度，縮短進樣時間，最大限度地避免外界空氣進入進樣流路中；同時實現不同試劑對毛細管分離柱的自動清洗和平衡。
[0007]本發明解決其技術問題的方案如下:
[0008]一種全自動高精度毛細管電泳儀，包括有電泳系統，該電泳系統包括出口插入緩沖液出液瓶的電泳分離毛細管、依次連接在該電泳分離毛細管上的柱溫箱和檢測器，一高壓電源的一極插入所述緩沖液出液瓶中，另一極通過電隔離裝置連接所述電泳分離毛細管且在該電泳分離毛細管中形成高壓電場，其特征在于:
[0009]所述毛細管電泳儀還包括有與所述電泳系統連接的進樣流路和與該進樣流路連接的自動取樣流路；
[0010]所述進樣流路包括與一四通連接器的三個接口分別連接的分流廢液瓶、四通微量進樣閥和緩沖液注射泵；
[0011]所述四通微量進樣閥能夠準確定量，用于向所述電泳分離毛細管定量進樣，包括有S端口、W端口、P端口和C端口共四個固定管路端口以及可旋轉的內置定量環，該C端口與所述電泳分離毛細管連接，該P端口與所述四通連接器連接，該內置定量環設置有一旁路通路和一具有固定容積的定量通路，隨所述內置定量環的旋轉，所述旁路通路和定量通路在連通所述S端口與W端口和連通P端口與C端口之間切換；
[0012]所述自動取樣流路包括取樣針、清洗液瓶、試劑瓶以及由具有定量功能的緩沖管的兩端連接起來的六端液體分配器和注射器泵；
[0013]所述注射器泵配有能夠切換完成排氣和清洗功能的三端分配閥，該三端分配閥的三個閥接口分別連接所述清洗液瓶、自動進樣器廢液瓶和緩沖管；
[0014]所述六端液體分配器具有一個固定接口和能夠與該固定接口輪流轉換連接的六個分配接口，該固定接口連接所述緩沖管，該六個分配接口分別連接所述取樣針、四通連接器的一個接口、四通微量進樣閥的S端口以及三個裝有用以清洗和平衡所述電泳分離毛細管的不同試劑的試劑瓶；
[0015]所述清洗液瓶與自動進樣器廢液瓶之間連接有用以清洗所述取樣針的清洗槽，所述取樣針能夠切換插入該清洗槽或裝有不同樣品的樣品盤；
[0016]所述自動進樣器廢液瓶與所述四通微量進樣閥的W端口連接。
[0017]作為進一步的改進，所述的電泳系統還包括平衡廢液瓶，所述電泳分離毛細管的出口能夠切換連接該平衡廢液瓶或緩沖液出液瓶。
[0018]作為進一步的改進，所述的四通微量進樣閥的定量通路的容積為InL到20nL之間的任何容積。
[0019]作為進一步的改進，所述的緩沖液注射泵與四通連接器之間連接有用于檢測管路工作壓力的毛細管壓力傳感器，所述的注射器泵的三端分配閥與緩沖管之間連接有檢測取樣流路工作壓力的取樣流路壓力傳感器。
[0020]作為進一步的改進，所述的樣品盤具有恒溫和制冷結構。
[0021]作為進一步的改進,所述的清洗液瓶裝有清洗液,該清洗液為乙醇或者去離子水。
[0022]作為進一步的改進，所述的毛細管電泳儀所有構件的功能由計算機程序實現自動控制。
[0023]作為進一步的改進，所述的四通連接器與分流廢液瓶之間連接有用以平衡所述電泳分離毛細管內部壓力的分流管。
[0024]作為進一步的改進，所述的檢測器為紫外檢測器或者其他的毛細管柱上檢測器。
[0025]與傳統的毛細管電泳儀相比較，本發明的自動取樣流路通過一個帶三端分配閥的注射器泵和六端液體分配器聯合使用，將樣品先通過大通徑的管路快速抽入兩者間的緩沖管中，然后切換六端液體分配器的通路，將樣品通過正壓打入四通微量進樣閥中，從而克服了負壓進樣導致的進樣速度慢等缺點，大大縮短進樣時間，同時最大限度的避免外界空氣進入進樣流路中，大幅度提高了進樣的可靠性，實現了不同試劑對毛細管分離柱的自動清洗和平衡，消除了電歧視現象和樣品之間的相互污染。此外，本發明采用了一個內置定量環的納升級的四通微量進樣閥，其定量體積為InL到20nL之間的任一確定的容積，通過其切換完成了精準定量進樣，本發明的進樣方式克服了傳統的毛細管端蘸取或者氣體壓力進樣方式不能完成如此小體積準確進樣的缺點，實現了自動定量進樣，提高了進樣的重現性，進樣重復性相對標準偏差達到了 3%以下。
[0026]本發明所述全自動高精度毛細管電泳儀具有進樣速度快、定量準確度好、精確度高、重現性好和易于產業化的優點，實現了樣品進樣、毛細管清洗和平衡的自動化，能夠廣泛用于不同物質的毛細管電泳分析。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發明的結構示意圖。
[0028]圖2是本發明的工作過程原理圖之一。
[0029]圖3是本發明的工作過程原理圖之二。
[0030]圖4是本發明的工作過程原理圖之三。
[0031]圖5是本發明的工作過程原理圖之四。
[0032]圖6是本發明的工作過程原理圖之五。
[0033]圖7是本發明的工作過程原理圖之六。
[0034]圖8是本發明的工作過程原理圖之七。
[0035]圖中，
[0036]I緩沖液注射泵，2毛細管壓力傳感器，3四通連接器，4分流廢液瓶，
[0037]5四通微量進樣閥，51定量通路，52旁路通路，6電隔離裝置，
[0038]7電泳分離毛細管，8柱溫箱，9高壓電源，10檢測器，
[0039]11緩沖液出液瓶，12平衡廢液瓶，13六端液體分配器，14緩沖管，
[0040]15取樣針，16樣品盤，17清洗槽，18取樣流路壓力傳感器，
[0041]19注射器泵，20試劑瓶，21清洗液瓶，22自動進樣器廢液瓶，
[0042]23分流管。
【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖和具體實施例對本發明作詳細的說明，但下述的實施例并非用來限定本發明的范圍，凡依據本說明書的內容所做的等效變化及修改，都應屬于本發明專利申請要求保護的范圍。
[0044]本發明所述的全自動高精度毛細管電泳儀用于不同物質的毛細管電泳分析。請參閱圖1，圖示全自動高精度毛細管電泳儀包括有電泳系統、進樣流路和自動取樣流路，該進樣流路與所述電泳系統連接，該自動取樣流路與所述進樣流路連接。
[0045]所述電泳系統包括電泳分離毛細管7、柱溫箱8、檢測器10、高壓電源9、電隔離裝置6、緩沖液出液瓶11和平衡廢液瓶12。所述電泳分離毛細管7是物質毛細管電泳分離的場所，也是本系統進行分離分析的核心原件，其出口插入所述緩沖液出液瓶11 ;所述柱溫箱8對電泳分離毛細管7進行溫度控制，主要是用以在某些電泳分離時散出產生的焦耳熱，和加熱防止毛細管電泳分離實驗時毛細管內部物質的低溫結晶；所述檢測器10用于對分離后信號的檢測，可以是紫外檢測器或者其他的毛細管柱上檢測器，該柱溫箱8和檢測器10依次連接在所述電泳分尚毛細管7上；所述緩沖液出液瓶11為電泳分尚分析時電泳分離毛細管7的出口 ；所述高壓電源9的一極插入所述緩沖液出液瓶11中，另一極通過電隔離裝置6連接所述電泳分離毛細管7，以在該7電泳分離毛細管中形成高壓電場；所述電泳分離毛細管7的出口能夠切換連接所述平衡廢液瓶12或緩沖液出液瓶11，當清洗或平衡電泳分離毛細管7時，需要將電泳分離毛細管7的出口切換到平衡廢液瓶12中，否則會影響緩沖液出液瓶11中緩沖液的PH值，從而影響測量結果。
[0046]所述進樣流路包括緩沖液注射泵1、毛細管壓力傳感器2、四通微量進樣閥5、四通連接器3和分流廢液瓶4。所述緩沖液注射泵I用于向所述電泳分離毛細管7提供補充緩沖液及一定的壓力；所述毛細管壓力傳感器2用于檢測所述電泳分離毛細管7和分流管路的工作壓力；所述分流廢液瓶4用于容納通過所述四通連接器3分流后的緩沖液。
[0047]所述的四通微量進樣閥5具有準確定量功能，包括有S端口、W端口、P端口和C端口共四個固定管路端口以及可旋轉的內置定量環，該內置定量環設置有一旁路通路52和一定量通路51，該定量通路51具有InL到20nL之間的任一固定量的容積，如4nL、10nL或20nL,以實現納升級的定量取樣；隨所述內置定量環的旋轉，所述旁路通路52和定量通路51在連通所述S端口與W端口和連通P端口與C端口之間切換，具體地說，當在充液的位置時，所述定量通路51連通所述S端口與W端口，同時所述旁路通路52連通所述P端口與C端口，當內置定量環旋轉180°在注液的位置時，所述旁路通路52連通所述S端口與W端口，而所述定量通路51連通所述P端口與C端口 ；所述四通微量進樣閥5的C端口與所述電泳分離毛細管7連接，用于向所述電泳分離毛細管7進行定量進樣。
[0048]所述四通連接器3的三個接口分別連接所述緩沖液注射泵1、分流廢液瓶4和四通微量進樣閥5的P端口 ；所述毛細管壓力傳感器2連接于所述緩沖液注射泵I與四通連接器3之間，所述四通連接器3與四通微量進樣閥5的P端口之間連接有一過濾器，用以過濾樣品中和試劑中的大顆粒雜質，保護四通微量進樣閥5和電泳分離毛細管7，所述四通連接器3與分流廢液瓶4之間連接有分流管23，該分流管23通過改變口徑和長度以平衡所述電泳分離毛細管7的內部壓力。
[0049]所述自動取樣流路包括六端液體分配器13、取樣針15、樣品盤16、清洗槽17、緩沖管14、試劑瓶20、取樣流路壓力傳感器18、注射器泵19、清洗液瓶21和自動進樣器廢液瓶22。
[0050]所述六端液體分配器13具有一個固定接口和能夠與該固定接口輪流轉換連接的六個分配接口 ；該固定接口連接所述緩沖管14，該六個分配接口分別連接所述取樣針15、四通連接器3的一個接口、四通微量進樣閥5的S端口以及三個裝有用以清洗和平衡所述電泳分離毛細管7的不同試劑的試劑瓶20。
[0051]所述注射器泵19為整個系統流路動力的來源，其配有能夠切換完成系統排氣和清洗功能的三端分配閥，該三端分配閥的三個閥接口分別連接所述清洗液瓶21、自動進樣器廢液瓶22和緩沖管14。所述取樣流路壓力傳感器18用于檢測取樣流路的工作壓力，其連接于所述注射器泵19的三端分配閥與緩沖管14之間。
[0052]所述清洗液瓶21裝有清洗液，該清洗液也是進樣流路的流動相，一般選用乙醇或者去離子水。所述自動進樣器廢液瓶22用于容納系統清洗后的廢液，其與所述四通微量進樣閥5的W端口連接。所述清洗槽17用以同時完成所述取樣針15的外壁和內壁的清洗，其連接于所述清洗液瓶21與自動進樣器廢液瓶22之間。
[0053]所述緩沖管14具有一定的定量功能，為系統中臨時存放包括樣品、進樣流動相、試劑、清洗液等液體的處所；該緩沖管14的兩端將所述六端液體分配器13和注射器泵19連接起來，通過該組合構件的協同工作，可以完成系統排氣、清洗(平衡)、自動定量進樣等功能。
[0054]所述樣品盤16裝有不同的樣品，其具有恒溫和制冷結構，能使樣品保持在很低的溫度，保持生物酶的活性，減少樣品的揮發；所述取樣針15具有穿刺功能，能夠穿過樣品瓶的橡皮瓶塞深入到樣品瓶內部取樣，該取樣針15能夠切換插入所述清洗槽17或樣品盤16。
[0055]所述毛細管電泳儀所有構件的功能都由計算機程序實現自動控制，從而達到本發明的全自動運行。
[0056]本發明所述全自動高精度毛細管電泳儀的工作原理如下:
[0057]第一步，參見圖2，所述電泳分離毛細管7的出口端切換至緩沖液出液瓶11中，所述四通微量進樣閥5位于充液的位置，即所述四通微量進樣閥5中的定量通路51連通所述S端口與W端口 ；所述六端液體分配器13轉換連通取樣針15，該取樣針15插入樣品盤16中，所述注射器泵19吸入“置換體積”的樣品(一般不小于1.5倍取樣針15的體積)，使之充滿取樣針15，然后再繼續抽入一定量的空氣，使樣品完全進入所述緩沖管14中；從而用樣品沖洗取樣針15的內壁，置換掉管路中的清洗液及干擾組分，使之不會注入到分離流路中。
[0058]第二步，參見圖3，所述六端液體分配器13轉換連通四通微量進樣閥5的S端，注射器泵19推出“置換體積”的樣品進入四通微量進樣閥5的內置定量環中，使樣品充滿所述定量通路51達到定量，同時樣品沖洗四通微量進樣閥5的內壁，將管路中的清洗液及干擾組分推出四通微量進樣閥5的W端流入所述自動進樣器廢液瓶22，而不會注入到分離流路中。
[0059]第三步，參見圖4，所述內置定量環旋轉180°，四通微量進樣閥5切換到注液的位置，即四通微量進樣閥5中充滿樣品的定量通路51連通所述P端口與C端口，與所述電泳分離毛細管7聯通；所述緩沖液注射泵I的壓力使定量通路51中的樣品進入電泳分離毛細管7，開始進行樣品的定量電泳分析；同時，所述取樣針15移動至清洗槽17中。
[0060]第四步，參見圖5，待定量通路51中的樣品被全部推出后，所述內置定量環旋轉180°，四通微量進樣閥5切換回到充液的位置，即所述定量通路51連通所述S端口與W端口 ；在進行毛細管電泳分析的同時，所述六端液體分配器13保持與四通微量進樣閥5的S端連通，注射器泵19將清洗液瓶21內的清洗液注入四通微量進樣閥5，以對其內置定量環進行小流量清洗。
[0061]第五步，參見圖6，在進行毛細管電泳分析的同時，所述六端液體分配器13轉換連通插入所述清洗槽17的取樣針15，所述注射器泵19將清洗液注入取樣針15以對取樣針15及取樣流路進行清洗。
[0062]第六步，參見圖7，毛細管電泳分析完成后，進入試劑清洗與平衡電泳分離毛細管7階段；所述六端液體分配器13轉換連通所需要的試劑瓶20，用注射器泵19將清洗和平衡電泳分離毛細管7用的試劑吸入緩沖管14中。
[0063]第七步，參見圖8，所述電泳分離毛細管7的出口端切換至平衡廢液瓶12，所述六端液體分配器13轉換連通四通連接器3，用所述注射器泵19以特定的速度將緩沖管14中的試劑通過所述四通微量進樣閥5的旁路通路52推入電泳分離毛細管7，對電泳分離毛細管7進行清洗和平衡，清洗后的廢液進入所述平衡廢液瓶12。
[0064]第八步，仍見圖8，所述六端液體分配器13保持與四通連接器3相通，用注射器泵19將所述清洗液瓶21中的清洗液注入緩沖管14，進而注入電泳分離毛細管7，從而對整個緩沖管14和電泳分離毛細管7進行清洗。
[0065]完成清洗后，所述全自動高精度毛細管電泳儀還原初始狀態，可以從第一步開始新一輪的電泳分析。
[0066]在上述工作過程中，所述毛細管電泳儀所有構件的功能都由計算機程序實現自動控制，從而達到全自動運行。
[0067]本發明要求的保護范圍不僅限于上述實施例，也應包括其他顯而易見的變換和替代方案。
【權利要求】
1.一種全自動高精度毛細管電泳儀，包括有電泳系統，該電泳系統包括出口插入緩沖液出液瓶的電泳分離毛細管、依次連接在該電泳分離毛細管上的柱溫箱和檢測器，一高壓電源的一極插入所述緩沖液出液瓶中，另一極通過電隔離裝置連接所述電泳分離毛細管且在該電泳分離毛細管中形成高壓電場，其特征在于: 所述毛細管電泳儀還包括有與所述電泳系統連接的進樣流路和與該進樣流路連接的自動取樣流路； 所述進樣流路包括與一四通連接器的三個接口分別連接的分流廢液瓶、四通微量進樣閥和緩沖液注射泵； 所述四通微量進樣閥能夠準確定量，用于向所述電泳分離毛細管定量進樣，包括有S端口、W端口、P端口和C端口共四個固定管路端口以及可旋轉的內置定量環，該C端口與所述電泳分離毛細管連接，該P端口與所述四通連接器連接，該內置定量環設置有一旁路通路和一具有固定容積的定量通路，隨所述內置定量環的旋轉，所述旁路通路和定量通路在連通所述S端口與W端口和連通P端口與C端口之間切換； 所述自動取樣流路包括取樣針、清洗液瓶、試劑瓶以及由具有定量功能的緩沖管的兩端連接起來的六端液體分配器和注射器泵； 所述注射器泵配有能夠切換完成排氣和清洗功能的三端分配閥，該三端分配閥的三個閥接口分別連接所述清洗液瓶、自動進樣器廢液瓶和緩沖管； 所述六端液體分配器具有一個固定接口和能夠與該固定接口輪流轉換連接的六個分配接口，該固定接口連接所述緩沖管，該六個分配接口分別連接所述取樣針、四通連接器的一個接口、四通微量進樣閥的S端口以及三個裝有用以清洗和平衡所述電泳分離毛細管的不同試劑的試劑瓶； 所述清洗液瓶與自動進`樣器廢液瓶之間連接有用以清洗所述取樣針的清洗槽，所述取樣針能夠切換插入該清洗槽或裝有不同樣品的樣品盤； 所述自動進樣器廢液瓶與所述四通微量進樣閥的W端口連接。
2.如權利要求1所述的全自動高精度毛細管電泳儀，其特征在于:所述的電泳系統還包括平衡廢液瓶，所述電泳分離毛細管的出口能夠切換連接該平衡廢液瓶或緩沖液出液瓶。
3.如權利要求1或2所述的全自動高精度毛細管電泳儀，其特征在于:所述的四通微量進樣閥的定量通路的容積為InL到20nL之間的任何容積。
4.如權利要求1所述的全自動高精度毛細管電泳儀，其特征在于:所述的緩沖液注射泵與四通連接器之間連接有用于檢測管路工作壓力的毛細管壓力傳感器，所述的注射器泵的三端分配閥與緩沖管之間連接有檢測取樣流路工作壓力的取樣流路壓力傳感器。
5.如權利要求1所述的全自動高精度毛細管電泳儀，其特征在于:所述的樣品盤具有恒溫和制冷結構。
6.如權利要求1所述的全自動高精度毛細管電泳儀，其特征在于:所述的清洗液瓶裝有清洗液，該清洗液為乙醇或者去離子水。
7.如權利要求1所述的全自動高精度毛細管電泳儀，其特征在于:所述的毛細管電泳儀所有構件的功能由計算機程序實現自動控制。
8.如權力要求I所述的全自動高精度毛細管電泳儀，其特征在于:所述的四通連接器與分流廢液瓶之間連接有用以平衡所述電泳分離毛細管內部壓力的分流管。
9.如權力要求I所述的全自動高精度毛細管電泳儀，其特征在于:所述的檢測器為紫外檢測器或者其他的毛細管柱上檢測器。
【文檔編號】G01N27/447GK103868970SQ201410108667
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】閻超, 姚冬, 張琳, 李靜 申請人:上海通微分析技術有限公司