專利名稱：外加與流動方向垂直電場的制備型電色譜分離設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于分離蛋白質(zhì)等生物大分子的、外加與流動方向垂直電場的制備型電色譜的分離設備，屬于生物產(chǎn)品加工和分離技術領域。
背景技術：
在制備型電色譜的放大過程中，除了要解決在色譜中引入穩(wěn)定的電場外，必須解決由于外電場的引入而帶來的諸多問題。其中最重要的是解決焦耳熱和電解產(chǎn)物問題。大多數(shù)蛋白質(zhì)在40℃左右就會快速變性，電色譜中焦耳熱的產(chǎn)生和柱截面積及電壓的平方成正比，在電色譜放大時，一方面，提高柱高需要增大柱兩端的電壓來維持柱內(nèi)合適的電場強度；另一方面，增大柱直徑將導致柱截面積的增大，從而使柱內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱大大增加。當柱內(nèi)熱量的產(chǎn)生超過其散熱能力時將會引起柱內(nèi)溫度的升高，從而導致蛋白質(zhì)的熱損失。同時，產(chǎn)生的電解產(chǎn)物會污染洗脫液及產(chǎn)品，也會造成色譜操作不穩(wěn)定。因此，有效移除焦耳熱和電解產(chǎn)物便成為設計制備型電色譜的一個關鍵因素。目前，解決上述問題的主要途徑是設計合適的柱結構。
已有技術中的制備型電色譜都屬于軸向電場電色譜，即電場應用在色譜柱的軸向，緩沖液同時用做電極液。例如，1997年，Cole和Cabezas在《Journal of ChromatographyA》第760卷中報道了一種在柱塞內(nèi)修整出一個隔離的電極室來引入外電場，并用截留分子量為6000～8000的滲析膜來隔離流動相和電極室(K.D.Cole and H.-Jr.Cabezas.Improved preparative electrochromatography column design.Journal of Chromatography A.1997，760，259-263)。這種設計使電色譜柱裝凝膠部分和電極室部分分離開來，電解產(chǎn)物不會進入凝膠柱，這是它的一大優(yōu)點。但在操作過程中，正負離子的持續(xù)定向遷移，會造成電極處異性電荷的升高，這將導致柱內(nèi)電場強度的降低。同時也會有大量的蛋白質(zhì)吸附在異性電極的隔離膜上，造成產(chǎn)品損失。另外，軸向電場電色譜的兩個電極間的距離長，應用電壓高，導致柱內(nèi)焦耳熱效應嚴重，冷卻負荷大。本設備的另一個主要缺點是柱塞處結構太復雜；柱塞內(nèi)散熱困難，會造成附近區(qū)域的溫度升高。2000年，Keim和Ladisch在《Biotechnology and Bioengineering》第70卷中報道了他們設計的一種新型端塞結構的電色譜柱，在端塞內(nèi)引入電極，并采用徑向進、出料的方式來避免緩沖液通過端塞。同時，利用截留分子量為500的超濾膜來隔離色譜柱的凝膠部分和端塞(C.Keimand M.Ladisch.New system for preparative electrochromatography of proteins.Biotechnologyand Bioengineering，2000，70，72-81)。這種設計的優(yōu)點是簡化了柱塞處的復雜結構，在柱的軸向引入外電場。但仍然具有軸向電場電色譜的缺點，即軸向電場電色譜的兩個電極間的距離長，應用電壓高，導致柱內(nèi)焦耳熱效應嚴重，冷卻負荷大；在操作過程中，正負離子的持續(xù)定向遷移，依然會造成電極處異性電荷的升高而導致柱內(nèi)電場強度的降低。同時也會有大量的蛋白質(zhì)吸附在異性電極的隔離膜上，造成產(chǎn)品損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對制備型電色譜存在的嚴重熱效應問題，提供了一種外加與液體流動方向垂直電場的制備型電色譜裝置，該裝置具有低能耗、高分離能力、大處理量的特點，可應用于蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的規(guī)?；蛛x與純化過程。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種三腔室的矩形色譜柱，包括凝膠室8和兩側的電極室9構成，其特征在于凝膠室8是兩側有對稱的槽溝、槽溝內(nèi)平臺上有密封凹槽和中間為長方形中空的有機玻璃體；槽溝內(nèi)設置具有截留分子量大于1000道爾頓的、可自由通過導電離子的膜板3；在凝膠室外兩側各有一個電極室9；電極室9內(nèi)壁固定惰性鉑電極5；電極室9與凝膠室8中充有包括乙酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽或三羥甲基氨基甲烷-鹽酸溶液。
上述的制備型電色譜分離設備的凝膠室8和電極室9的材料是有機玻璃、塑料或尼龍絕緣材料。
上述的制備型電色譜分離設備的電極5為一種與電源相連的金屬鉑的絲狀或板狀惰性電極。
上述的制備型電色譜分離設備的膜板3是一種親水性薄膜或填充聚丙烯酰胺凝膠的多孔剛性板，其孔徑和截留能力根據(jù)分離組分的分子尺寸來選擇。
上述的制備型電色譜分離設備的膜板3是一種由支撐或保護作用的多孔支撐板來支撐的親水性的滲析膜或超濾膜。
上述的制備型電色譜分離設備的膜板3是一種填充聚丙烯酰胺凝膠的多孔陶瓷板或多孔玻璃板。
本發(fā)明的橫向電場電色譜和軸向電場電色譜相比具有許多優(yōu)點，例如，由于采用膜板隔離的三腔室色譜柱結構，在色譜柱的橫向引入了電場，電極產(chǎn)生的電解氣被完全限制在電極室，并可穩(wěn)定地被循環(huán)的電極液帶走，而色譜柱中產(chǎn)生的焦耳熱可被軸向的、壓力驅(qū)動的、冷卻的流動相帶走；柱側向的距離遠小于其軸向距離，施加較小的電壓就可以在得到較高的柱內(nèi)電場強度，從而避免使用高壓電源，降低了能耗；同時，低電壓的使用還會帶來柱內(nèi)低焦耳熱效應及柱內(nèi)電場穩(wěn)定等優(yōu)點；三腔室的矩形色譜柱的分割結構使樣品上樣、洗脫等步驟在電場下可持續(xù)進行；另外，該設備適用性強，可用于不同的色譜操作模式，如體積排阻、離子交換電色譜、親和電色譜等，在凝膠室內(nèi)裝填相應的色譜填料即可。


圖1是本發(fā)明裝置的電色譜柱整體結構示意圖。
圖2是凝膠室結構示意圖。
圖3是圖2的A-A向剖視圖。
圖4是電極室結構示意圖。
圖5是圖4的B-B向剖視圖。
圖中，1是緩沖液進出色譜柱的導管，2是端塞，3是膜板，4是電極液出口導管，5是電極，6是螺栓和螺母，7是凝膠室和電極室間大墊片，8是凝膠室，9是電極室，10是電極液入口導管，11是端塞口，12是螺孔，13是裝填料的腔室，14是凝膠室上長方形槽溝，15是螺孔，16是電極線，17是電極液進出口，18是電極室上長方形槽溝。
具體實施例方式在具體實施過程中，通過螺栓螺母6依次將凝膠室8、膜板3、電極室9和各自墊片連接成整體色譜柱。由于膜板3的隔離，中間凝膠室8(20.0×0.5×1.2cm)的長方形中空結構便形成矩形的色譜柱用來裝填各種類型的色譜填料，而兩側的電極室(20.1×0.8×0.8cm)上的長方形溝槽便形成了兩個對稱的、與凝膠室對應的電極室空間用來引入外電場。鉑金電極5固定在電極室的四周并與電源相連，用于產(chǎn)生電色譜分離用的橫向電場。整體裝置尺寸為28.5×6.5×6.0cm。該裝置使用流程為，電極液由柱下端的電極液入口10進入，從柱上端的電極液出口4流出。電極室出口的電極液被輸送到電極液貯罐冷卻，然后再輸送到電極室循環(huán)使用。在電場作用下，在色譜柱的軸向，液相由壓力驅(qū)動；在橫向上，溶質(zhì)受橫向電動傳遞的影響。這樣，利用樣品組分的電動傳遞和色譜分離機理的雙重作用達到分離目的。進行電色譜分離時，根據(jù)色譜操作模式的不同而采用恒定洗脫(如體積排阻電色譜等)或梯度洗脫(如離子交換電色譜等)。在恒定洗脫操作過程中，柱入口流動相在原料液和緩沖液間切換。在梯度洗脫過程中，柱入口流動相在原料液、清洗液和洗脫液等不同用途的緩沖液間切換。分離過程中，柱出口的蛋白質(zhì)經(jīng)過紫外檢測儀測量其紫外吸收值，檢測儀給出吸收值變化信號，此信號記錄在紫外檢測儀的記錄儀上，產(chǎn)品收集器的信號與此信號一一對應，則產(chǎn)品收集器所收集的即為分離得到的目標產(chǎn)品。
權利要求
1一種外加與液體流動方向垂直電場的制備型電色譜分離設備，該設備包括凝膠室(8)和兩側的電極室(9)構成，其特征在于凝膠室(8)是兩側有對稱的槽溝、槽溝內(nèi)平臺上有密封凹槽和中間為長方形中空的有機玻璃體；槽溝內(nèi)設置具有截留分子量大于1000道爾頓的、可自由通過導電離子的膜板(3)；在凝膠室外兩側各有一個電極室(9)；電極室(9)內(nèi)壁固定惰性鉑電極(5)；電極室(9)與凝膠室(8)中充有包括乙酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽或三羥甲基氨基甲烷-鹽酸溶液。
2按照權利要求1所述的電色譜分離設備，其特征在于，凝膠室(8)和電極室(9)的材料是有機玻璃、塑料或尼龍絕緣材料。
3按照權利要求1所述的電色譜分離設備，其特征在于，電極(5)為金屬鉑的絲狀或板狀惰性電極。
4按照權利要求1所述的電色譜分離設備，其特征在于，膜板(3)是親水性薄膜或填充聚丙烯酰胺凝膠的多孔剛性板。
5按照權利要求4所述的電色譜分離設備，其特征在于，膜板(3)是由支撐或保護作用的多孔支撐板來支撐的親水性的滲析膜或超濾膜。
6按照權利要求4所述的電色譜分離設備，其特征在于，膜板(3)是填充聚丙烯酰胺凝膠的多孔陶瓷板或多孔玻璃板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種外加與流動方向垂直電場的制備型電色譜的分離設備，屬于生物產(chǎn)品加工和分離技術領域。該設備為一種三腔室的矩形電色譜柱，由中央裝填料的凝膠室和兩側的電極室組成，凝膠室8是兩側有對稱的槽溝和中間為長方形中空的有機玻璃體；槽溝內(nèi)設置具有截留分子量大于1000道爾頓的、可自由通過導電離子的膜板3；在凝膠室外兩側各有一個電極室9；電極室9內(nèi)壁固定惰性鉑電極5；電極室9與凝膠室8中充有包括乙酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽或三羥甲基氨基甲烷－鹽酸溶液。本發(fā)明的設備具有分離能力強、處理量大和適用范圍廣等優(yōu)點，在蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的分離與純化中具有廣闊的應用前景。
文檔編號B01D15/08GK1736536SQ20051001469
公開日2006年2月22日 申請日期2005年8月2日 優(yōu)先權日2005年8月2日
發(fā)明者孫彥, 譚國民, 史清洪, 董曉燕, 白姝 申請人:天津大學