手征对象的分离和操作的制作方法

专利名称：手征对象的分离和操作的制作方法
技术领域：
本描述涉及手征(chiral)对象的分离和操作。
背景技术：
我们非常广泛地使用术语手征对象或者(系统)以包括例如与其镜象不同以使得 其镜像不能与原对象重叠的任何对象或者系统。一种类型的手征对象是手征的分子，也称 作对映体。手征分子的共同的特征在于它们的“手征(handedness) ”(也就是，右旋向性或 者左旋向性)。对映体是称作立体异构体的手征对象的子集。立体异构体是一组同质异构 分子其中的一个，它的原子具有相似的连接性但是原子在空间的排列方式不同。立体异构 体包括至少一个立构中心，其是承载组以使得任何两组的相互交换导致立体异构体的任何 原子。立体异构体可以具有一个或多个立构中心。例如，对于具有3个立构中心的分子(例 如，S，S，S)，它的对映体将是(R，R，R)；对映体是仅一个而不是全部的立构中心不同的立体 异构体(例如，S，S，R，而不是S，S，S)。对于手征的分子，还可能没有立构中心(有机化合 物中的手征的最常见形式)。在轴向手征中，例如，分子并不具有立构中心，但是具有手征 轴，也就是，一组取代物保持为不能重叠在它的镜象上的空间排列中所围绕的轴。一个例子 是分子1，1 ‘ -bi-naphtho (BINOL)。尽管在此的讨论涉及对映体，但是它同样应用到其它 的立体异构体，即使它们并未合格地成为对映体。我们广泛地使用术语立体异构体。分子的混合物经常称作外消旋的，如果它包含等量的右手和左手对映体的话；并 且，它称作对映异构体(或者，光学上纯的)，如果在混合物中只有一种类型的对映异构体 占主导地位。但是，在此，我们是指更广泛的外消旋混合物以包括不是纯对映的立体异构体 的任何非纯的混合物，不管立体异构体数量是否相等。手征在化学方面是重要的，尤其是对于生物学和药应用。自然的生物分子典型地 发现为仅一个对映异构体形式(例如，蛋白质、缩氨酸和氨基酸是左手的，糖是右手的)。药 的发现、发展和制造领域对纯对映分子感兴趣，因为一种形式或者对映异构体可以在活体 内工作得更好，而相反形式会是有毒的或者会导致副作用。其它的基于化学的领域同样将 受益于纯对映分子，包括(为了示例的目的)，但不限于香料和香水、农化工、精细化工、石 油化工以及其它。纯对映样品有时通过非对称合成产生，其中从开始起仅一种形式的对映异构体被 化学合成。另一方法是合成两种对映体(例如，在外消旋混合物中)，然后从混合物分离期 望的对映异构体，例如领用色谱柱，其中混合物反复地行进通过手征的选择器(例如，优选地键合到一个对映异构体并且更少地键合到它的对应体的化学矩阵)，直到达到期望的纯度。—些分子分离技术对于手征分子并不有效，因为两个对应的对映异构体一般共享 物理属性，包括化学组分、电荷、尺寸、电和磁偶极矩以及能量水平。手征分子的检测和分离 典型地通过使得分子与手征的介质(例如化学矩阵)相互作用而完成。对映异构体还可以 通过它们与手征的(例如，圆形极化的)电磁场的相互作用而被识别。

发明内容
通常，在一个方面，为了用于混合物中的手征对象的方向性运动，场跨过腔室施加 并相对于腔室旋转以致使手征对象旋转。对象的旋转使得它们基于它们的手征方向性地运 动。实施例可以包括一个或多个的以下特征。手征对象包括糖分子。糖分子包括单 糖、二糖、低聚糖或者聚糖(聚糖)的至少一个。手征对象包括蛋白质。手征对象包括缩氨 酸。混合物中的两个对映异构体的至少一个的纯度可以通过分离在一系列腔室的每一个中 的两个对映异构体的分子而得以提高，在顺次的腔室的至少一些中的对映异构体的纯度从 而处于不断增高的水平。分离的对映异构体的至少一个的一部分从每一腔室传递到一系列 腔室的先前一个或者下一个。方向性运动或者提高纯度的结果用于以下的一个或多个基 因学、蛋白质学、糖组学、化学制造、食品加工、法医学、学术研究、溶剂纯化、不对称合成。化 学反应的产物被提纯或者数量化或者被识别。化学反应的产物包括非外消旋的产品混合物 或者外消旋的产品混合物。通常，在一个方面，腔室保持包含一个或多个对映异构体的混合物。场源施加旋转 场到混合物上。腔室具有入口以接收混合物，以及具有出口以移除包含相对于它在腔室中 的混合物中的平均浓度处于升高的浓度的对映异构体的至少一个的那部分混合物。化学反 应容器连接到腔室以保持流体递送到腔室。腔室利用腔室用于分析或处理在流体中的反应 成分。实施例可包括以下特征的一个或多个。分析或者处理包括分析反应组分的纯度、 提纯反应组分或者确定反应组分的绝对构型。手征对象包括无手征分子，例如脂类，其具有 附着的手征的标签。实施例还可包括以下特征的一个或多个。场递送不足的能量以损坏手征对象。旋 转的频率导致在一定速度下的方向性运动，该速度足够高以实现一些手征对象在不超过预 定时间量中从预定浓度的混合物中预定程度地分离。场强度和场的转速被选择以实现预定 水平的方向性运动的效率。电场强度低于105V/m。电场具有高于每秒100M转的旋转频率。 方向性运动具有每转至少0. 1埃的速度(也就是，在每秒100M转下每秒1毫米)。手征对象包括手征分子。分子包括立体异构体。立体异构体包括对映异构体。立 体异构体包括差位异构体。手征对象包括手征的或者无手征分子或者两者的和。手征对象 包括具有轴向的手征的分子。分子包括药分子。分子包括药中间分子。立体异构体具有超过一个立构中心。手 征对象是一种类型的。手征对象是两种类型的。手征对象是超过两种类型的。手征对象的手征性基于方向性运动进行分析。手征对象的存在或者不存在可以
5基于方向性运动进行检测。两个或更多类型的手征对象基于方向性运动进行分离。手征 对象分离为两组。手征对象分离为超过两组。两个或更多类型的手征对象在相反方向运 动。两个或更多类型的手征对象在相同方向运动但是以不同的平均速度。两个或更多类型 的手征对象实时分离。手征对象作为结束点分离。场包括电场。场包括磁场。场以离散的 步骤相对于腔室旋转。场是相对于腔室连续旋转。场围绕固定的腔室旋转。腔室相对于固 定取向的场旋转。混合物包括外消旋混合物。场相对于腔室在围绕腔室的中央部的连续 的角位置旋转。场从安置在腔室的周边壁上的电极施加。电场以一定间隔跨过腔室在顺 次的角取向施加，其使得电场围绕腔室旋转，具有选定的旋转频率数据(profile)。旋转频 率数据(profile)处于小于 IkHz、IkHz-IOkHz、IOkHz-IOOkHz、IOOkHz-IMHz、ΙΜΗζ-ΙΟΜΗζ、 10MHz-100MHz、100MHz-lGHz、lGHz-10GHz或者IOGHz以上的范围的至少一个。旋转频率处 于RF范围。旋转频率处于微波范围。场通过与腔室的轴在同一直线上的电磁波束施加。电 磁波束被圆形极化。旋转频率处于RF范围。旋转频率处于微波范围。手征对象沿着腔室在特定点装载到腔室中。手征对象装载到腔室中，而不管它们 沿着腔室的入口点如何。场施加以使得手征对象的浓度达到稳定的状态。场施加，然后在 手征对象的浓度达到稳定的状态以前关闭。在腔室中的混合物中的手征对象的浓度的梯度包括指数的数据。梯度包括线性数 据。梯度包括非线性的数据。与方向性运动有关的参数在运动的方向中不是恒定的。手征的标签与手征对象相关。实体附着到手征对象以增大手征对象的偶极矩。实 体附着到手征对象以增大旋转/平动偶联因子。至少一些手征对象被使得聚集地运动。混合物包括手征对象在其中运动的流体。流体包括气体。流体包括极性溶液。流 体包括非极性溶液。流体包括高压流体。流体处于超临界的相。流体的组分或者属性受到 控制。手征对象呈现比极性溶液的分子更小的偶极矩。方向性运动通过旋转流体分子以 给予对象角动量以致使它们旋转而实现。方向性运动发生在混合物的流动中(例如，沿着 腔室)。混合物被使得以抵消手征对象的方向性运动的方式流动。施加的场具有除了沿着 腔室的方向恒定之外的数据。方向垂直于腔室的长度。方向性运动通过利用反馈进行控制。方向性运动的结果被监测。改进在处理期间发生，传递以与处理期间至少部分地不重叠的间隔发生。传递的 在每个腔室中的分离的对映异构体的部分是比腔室的平均浓度更高浓度的部分或者更低 浓度的部分。在每一腔室中的每一对映异构体的平均浓度保持随着时间没有实质性变化。 存在并行操作的超过一个这样的系列腔室。对映异构体二者的纯度提高。腔室是相同大小 的。对映异构体处于混合物中并且混合物从腔室传递到腔室。对映异构体处于混合物中并 且对映异构体在从腔室传递到腔室之前从混合物抽取。传递的部分是四分之一。传递的部 分小于四分之一。传递到下一腔室的部分不同于传递到先前腔室的部分。其它系列的腔室 具有与主系列不同的长度。其它系列的腔室的输出传递到主系列的第一或者最后一个腔 室。对映异构体的初始纯度水平在每个腔室中建立。处理连续运行，用于一个或两对映异 构体的实时提纯。手征对象的部分利用泵传递到腔室并且从腔室传递。泵是机械的。泵不 是机械的。
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结果采用化学方式被监测。结果采用光学方式被监测。结果采用电子方式被监测。 软件用于控制、管理或者分析结果。软件计算或者预计预期的性能或者性能极限。软件计 算或者预计手征对象的平均速度。软件计算或者预计手征对象的一个或多个的运动方向。 系统完全自动化。系统是模块化的。环境参数被控制或者优化，包括温度或者压力。环境参数的一个被远程控制。控 制参数被优化、校准或者监测。控制参数包括施加的电压、旋转频率、施加场持续时间或者 流体介质的选择。性能参数同样被优化或者监测。性能参数包括可靠性、可重复性或者再 生性。多运行可以并行执行。性能运行被串行允许或者管理。用于手征对象的环境是无 向性的。用于手征对象的环境在腔室的至少一个维度是非均质的或者不对称的。在腔室内 部的扩散减小。在腔室内部的对流减少。腔室保持一个对映异构体。腔室保持两个对映异构体。腔室保持超过两个对映异 构体。腔室的直径处于毫米规模。腔室的直径处于微米规模。腔室的直径处于毫微米规 模。腔室具有圆形横截面。腔室具有非圆形的横截面。电极处于腔室的内壁上以与混合物 接触。电极处于腔室的内壁上并且不安置为与混合物接触。电极处于腔室的内壁上从而接 触混合物。电极处于腔室的外壁上，但是不接触混合物。电极包括金属或者半导体。电极 具有圆形横截面。电极具有非圆形的横截面。电极具有非对称的横截面。具有两个电极。 具有三个电极。具有超过三个电极。电场一次施加到仅两个电极。电场一次施加到超过两 个电极。腔室包括可处理物或者为可处理物的一部分。可处理物包括盒。盒包括腔室以保 持样品。盒包括多个腔室以保持样品。腔室横截面是圆形的。腔室横截面是非圆形的。腔 室包括毛细管。毛细管包括玻璃。毛细管包括石英。毛细管包括聚合物。毛细管包括不是 玻璃、石英或者聚合物的材料。毛细管在内表面涂覆。腔室包括在芯片上的微流体通道。通 道通过平板印刷术形成。通道通过层合材料层形成。通道通过平板印刷术和层压材料层二 者形成。盒包括安置在腔室周围的电极以产生旋转电场。电极在腔室周围以轴向几何形状 安置。电极在腔室周围以正交几何形状布置。电极围绕样品腔室以非轴向或者正交的一定 角度安置。电极包括线圈。电极包括每一样品腔室的连续的一组电极。电极包括每一样品 腔室的离散的多组电极。电极包括用于圆形极化微波场的波导管。电极产生具有垂直于流 动方向的旋转轴的旋转场。旋转场在T连接和/或Y连接处产生。盒包括一个或多个端口以注入和/或抽取样品。端口包括流体互连线。互连线包 括Iuer配合件。互连线包括螺旋配合件。盒包括检测带以监测样品浓度。盒包括控制器 以控制和/或监测环境参数。环境参数包括压力。环境参数包括温度。盒包括连接器以与 电极进行电接触。连接器包括电互连线。毛细管由电极围绕，其产生其轴与毛细管的长度 共线的旋转场。毛细管和电极通过更大的导管保持。导管包括金属。导管包括绝缘材料。电极和/或电连接线集成到板上。板包括印刷电路板。板包括用于毛细管的通孔。 盒包括微流体装置。装置包括玻璃。装置包括石英。装置包括聚合物。聚合物包括环氧树 脂。装置包括弹性体。电极沉淀在通道顶点上或附近。电极安置为与样品腔室中的介质接触。电极安置为与样品腔室中的介质绝缘。通道横截面是正方形的。样品腔室包括通道。样品腔室包括 多个通道。样品腔室一个或多个T或者Y连接。腔室包含化学矩阵。矩阵包括玻璃。矩阵 包括硅石。矩阵包括硅藻土。矩阵包括聚合物。手征对象的运动的方向被监测以确定它的 绝对构型。混合物是非纯的。混合物是纯对映的。手征对象具有仅一个立构中心。手征对象 具有超过一个立构中心。场的方向对于相同的手征对象是反向的以验证绝对构型。软件用 于计算或者预计手征对象的速度或者运动方向。设备用作独立的系统。设备用作对另一个 手征的分离仪器的补充。场施加到手征的HPLC柱。设备用作标准的HPLC柱的补充。结果 用于分析化学。结果用于药发现。结果用于药研发。结果用于药制造。结果用于医学诊断。 结果用于精细化学或者合成中间制造。结果用于农化工。结果用于虫害化工。结果用于香 料和香水。结果用于过程监测。手征对象包括具有附着的手征的标签的无手征对象。手征对象包括未知分子。手 征对象包括已知的分子。结果用于量化手征对象的特性。手征对象的特性包括它的推进器推进效率。手征 对象的特性包括它的绝对构型。手征对象的特性包括它在溶液中的存在或者不存在。手征 对象的特性包括它的偶极矩的取向或者大小。系统或者产生的分离使用在电子旋转化学 中。电子旋转化学包括手征合成。电子旋转化学包括需要催化的反应或应用。电子旋转化 学作用包括分子相互作用的分析或者检测。手征分子的空间的浓度数据变化以操控引入它 们的化学反应。系统用于从溶液中的无手征杂质分离或者提纯手征分子。手征的标签是自 我组装的。手征的标签是自我促动的。手征的标签是预促动的。无手征对象包括分子，例 如DNA、RNA、缩氨酸、蛋白质或者氨基酸。无手征对象包括活有机体，例如病毒、细菌或者细 胞。超过一种类型的手征的标签用于多工试验。手征的标签用于聚缩或者富集样品矩阵。手征的标签包括推进器实体。推进器实体与抗体或者核酸共轭。推进器实体包括 至少两个部件。手征的标签包括aptamers。aptamer在接合到无手征对象时变成手征的或 者将它们的手征反向。分子间相互作用被引起以将无手征对象转变为手征对象。分子间相 互作用被引起以改变手征对象的推进器效率。所述技术使得先前的未分离的外消旋的药例如美他沙酮的立体分离。相应地，本 发明的另一个方面的特征在于以+美他沙酮或者-美他沙酮来对映异构体地富集的组分。 对映异构体富集是指指代的立体异构体的实质性过剩。优选地，其它立体异构体并不以生 理显著的量存在，或者并不以任何可检测的量存在。这些以及其它特征、方面和实施例及其组合可以表示为方法、设备、系统、程序产 品、用于执行功能的装置、组分、提纯的实体、分子以及其它方式。其它的方面、特征和优点将从以下描述和权利要求变得明显。


图1是圆柱的透视侧视图和端视图。图2示出随着时间推移(从左到右)的示意性的高压((a)，在顶部)和低压((b)， 在底部)侧面图。图3是梯度的图表。
图4是多个分离的腔室的示意图。图5是代表分离顺序的表。图6示出利用高压((a)，在顶部)和低压((b)，在底部)的示意性的线性(左) 和三角学(右)的剖面。图7是多个分离的腔室的示意图。图8是方框图。图9是腔室的横截面视图。图10和11是一捆腔室的截面视图和侧视图。图12是线束捆的顶视图。图13是连接器的顶视图。图14和15是毛细管和电极的透视图和侧视图。图16是方框图。图17是用后易处理的腔室的透视图。图18和19是一组腔室的示意性截面端视图和截面顶视图。图20和21是腔室的示意性透视图和示意性截面侧视图。图22和23是T连接的腔室和T连接的腔室的树的示意性视图。图24和25是到腔室的流体互连的侧视图和顶视图。图26-28是实验结果的图表。图29是理论图表。
具体实施例方式如我们在此讨论的，手征对象的分离和操作可以不利用手征的介质，通过依赖于 对象对外力的易感性以及对象的旋向性(handedness)而实现。例如，表征手征分子的偶极 矩容易受制于通过旋转的外部电磁场而旋转。并且，配对物对映异构体的左旋向性或者右 旋向性可以例如用于将对映异构体的旋转运动转换为两配对物对映异构体在相反方向的 平移(也就是，方向性的)运动。一些分子的螺旋旋向性，例如，类似于左旋向性和右旋向 性的大型(macroscopic)的推进器的相反的旋向性，所述推进器(在当旋转时)能够推进 自身以及它们分别在相反方向通过保持它们的介质而附着到的对象。每个分子的推进器的特征在于，它的手征的特征的立体构型。当推进器旋转时，这 些空间特征克服保持分子的混合物的流体阻力动作以迫使推进器和分子在一个方向运动。 我们有时将推进器的这种取决于推进器的旋向性而从旋转运动到方向性运动的转变称作 推进器效应。在一些例子中，外部旋转电场施加到手征分子的样品。每个手征分子的电偶极子 通过外部电场排列成一直线并随着它旋转，从而导致手征分子旋转。分子的旋向性(也就 是，手征或者手征的特征)(其可以视作小型的推进器)将该旋转转换为直线(也就是，方 向的或者平移的)运动(E. M-Purcel 1，"The efficiency of propulsion by a rotating flagellum, ”Proc. Natl. Acad. Sci. USA,Biophysics, v94,ppll307-11311,1997 年 10 月)。在分子水平和在流体(其特征在于极低的雷诺数)中，手征分子上的惯性力是微 不足道的。由它的旋转导致的分子运动类似于左旋向性或者右旋向性的拔钻形的运动。对
9于在混合物中通过分子旋转施加的特定的力，S和R对映异构体将获得相同速度，但是在相 反方向。两对映异构体的浓度梯度都将基于这些速度的大小而建立，与混合物中分子的内 在的扩散流比较，其特征在于扩散常数。每一对映异构体的浓度梯度的大小和轮廓以及因此获得的富集/浓缩作用 (enrichment)将除了其它方面之外取决于对映异构体的推进器的效率(也就是，它的立体 构型转变为在分子上的线性力的效率，其除了其它方面涉及推进器的尺寸、形状和取向)、 保持混合物的容器的有效长度、施加的场的长度、电场强度、旋转频率和其中对映异构体保 持在混合物中的流体的属性。我们有时称推进器效率为推进器推进效率。我们描述如何使用推进器效应来分离或者操作手征对象(例如手征分子)，其相 对便宜(因为它使用简单的设备)，实现相对高的产出(也就是，在更短的时间段中达到更 高的纯度)，应用到更大量类型的对象和分子，以及产生(任意的)高纯度水平。我们还描述如何放大(如果有必要)所述分离以达到用于对映异构体之一或二 者的任意的高纯度水平，例如，无需牺牲其它的性能参数。注意到，尽管我们在此在一些实 施例的描述中使用对映异构体，但是其原理可以广泛地应用到任何的手征分子或者手征对 象。在一些实施例中，为了分离配对物对映异构体，圆柱的(例如，玻璃)容器10(图 1)充填外消旋混合物12(保持在流体中，例如，在溶剂的溶液中)。平行条的纵向的电极14 以规则的角间隔15围绕容器的外表面16间隔开并平行于纵向的圆柱轴18。在外消旋混合 物中的每一分子20具有永久的电偶极矩。我们有时将在容器中的空间称作腔室。尽管我 们通常将手征对象描述为具有溶剂的溶液，但是我们是指通过该称呼包括任何类型的分子 或者其它的手征对象可在其中移动的流体或者介质。随着时间的电压线图21在电极对之间顺次施加。首先，处于容器的相对侧上的两 个电极(例如，电极22、24)，其在容器内部建立电场(26)，该电场使得两对映异构体的电偶 极矩全部沿着圆柱的长度将它们自身与电场对齐。电压施加到在容器的相对侧面上的一系 列的电极对(图2)。例如，电极32、34在图2的中间时间接收电压，电极36、38在图2中的 更靠后的时间接收电压。这样，在按时间均一间隔开的步骤中，施加的电压(和通过该电压 引起的场的方向)以固定的旋转频率围绕圆柱旋转28、30(例如，每秒围绕圆柱进行许多旋 转)。电压的阶跃变化可以受控以致使旋转频率处于kHz-GHz范围或者在更宽范围的特定 的子范围中。在一些例子中，旋转频率可以随时间改变。外部场的旋转使得连续扭矩施加到每一分子的偶极矩，从而使得它随着场旋转。 在这个例子中，两对映异构体在相同的角方向旋转。在旋转过程中，它们的手征的特征(也 就是，代表它们的旋向性的空间特征)将用作小型的推进器。当然，两配对物对映异构体的 分子的右旋向和左旋向手征的特征将致使它们分别表现为相反旋向的推进器。小型的推进器通过场施加的扭矩的旋转转化为两对映异构体在相反的方向的平 移运动(也就是，线性运动)。例如，如果右旋向分子被推进到容器的右端，那么扭矩将致使 左旋向分子推进到左端。基于电场的强度和旋转频率、分子的偶极矩和它相对于分子的推进器轴的角度、 溶液属性及其他参数，两对映异构体将都沿着圆柱轴以净速度(V)运动，但是在相反方向 (也就是一个在+V，另一个在-V)。对于每一对映异构体，浓度梯度40、42(图3)将沿着容
10器的长度L(也就是，沿着圆柱的轴)建立。 各对映异构体的坡度将在相反的方向。如果右旋向分子具有速度+V(行进到右 边)，它们的浓度将向着右边增大；对于左旋向分子，反之亦然。对于给定的一组参数可以 建立的浓度梯度的大小将由分子的扩散常数限制(给定设置属性，例如温度以及分子在其 中移动的流体的选择)。在足够长的时间之后(也就是，扩散或者富集足以达到稳定的状 态)，在容器的两端的对映异构体的浓度的比率取决于因素exp (+vL/D)，其中exp代表指数 的，ν是由外部施加的场引起的分子的直线速度，L是容器的有效长度，以及D为在特定溶剂 中的分子的扩散常数(尽管我们有时使用词语“溶剂”，但是该原理可以应用到分子保持在 其中的任何流体)，其中外消旋混合物溶解。对于在任意位置χ的稳定状态的浓度的公式可 以表示为
、. J其中，CAve是腔室中的平均浓度，χ是距离腔室的一个边缘的距离。为了理解推进 器效应在功能上如何取决于分子参数和实验构造，旋转扩散量原理可以被应用来利用推进 器运动而计算的手征的分离的效率。对映异构体分子的分离效率取决于(1)每一完整圈行 进的平均距离(Lra)，⑵旋转的频率(f)，以及(3)旋转电场(E)的大小。因子Lra通过分子的属性确定，包括它的几何结构、构造状态、它的偶极矩关于它 的推进器轴的取向、溶剂、温度和粘性以及其它。根据我们的分子动态模拟，Lrev典型地是对 于大多数手征分子每一圈0. 1至4埃的范围。对于给定的手征分子和溶剂组合的选择(假 设相关的溶解度是微不足道的)，Lrev基本上是固定的参数。因此，利用推进器效应的对映异构体分离(或者操作)的优化取决于认识(和利 用)分离效率与其它两个参数(f和E)的关系。因为小分子的分子旋转的张驰时间(分子 响应旋转电场而完全旋转所花费的时间)典型地为在室温下在溶液(混合物)中I-IOOps 的数量级，大多数小分子应该能够以高达IOGHz的频率跟随电场的旋转。因此，推进器效应 所致的平均方向性速度对场的旋转频率的依赖可以预期直到IOGHz都是线性的并且(假设 f保持在IOGHz之下)可以表示为<v> = Lrev · ·· F(E)，(方程1)，其中F(E)是引入推进 器效应对电场强度的依赖性的函数。经验上一直在争辩，推进器效应对电场的依赖性在低场大小下应当是二次 的(Baranova, N. B. &Zeldovich, B. Y.Separation of Mirror IsomericMolecules by Radio—Frequency Electric-field of Rotating Polarization. ChemicalPhysics Letters 57，435-437 (1978))，也就是，对于小的E，F (E) E2 (其中，“小”是指，与kBT相比 (单位热能量)相比，可以施加在分子上的场的势能差异的比率( μΕ，其中μ为分子的 电偶极矩)。Baranova假定(但没有证明)在旋转电场中由于推进器效应分子的平移速度 应当与电场与由电场时间导数的乘积成比例(Baranova的方程2a)。其它后来的研究(Gelmukhanov，F. K. &Ilichov，L. V. Orientation ofStereoisomers by Electromagnetic-Field. Optics Communications 53, 381-384 (1985)；禾口 Evan s，MWE van s，G. J. The Effect of External of ExternalElectric-Fields on Molecular Liquids and Induced Translational Motion
11Journalof Molecular Liquids，29，11_；35 (1984))没有质疑 Baranova 的方程 2a。Evans 研究如Baranova描述的那样解释推进器效应，如由于“粒子在圆形极化场中的磁取向 (magnetic orientation of the particles in the field of circularpolarization)“， 即使Baranova仅认为在电偶极水平的相互作用。Baranova的理论分析依赖于二维QD)随 机Langevin方程来描述具有电偶极矩并暴露于旋转电场的手征分子。平均平移速度通过 Langevin方程对电场的二次方程的扰动(perturbative)解中发现，其导致电场幅值的二 次依赖性(Baranova的方程式6)。我们现在已经表明，推进器在旋转电场中的运动性能可以精确求解，而不需要 经验假设，并且精确推导的结果与Baranova的推理直接对比。我们推断，初始经验假设 (Baranova的方程式2a)是未被证明其正确性的，因此Baranova的结论是不正确以及误导 性的。我们已经发现在二维和三维情形中对于该问题的完整解析解，其在任何电场强度下 都是有效的。我们分析的起点是对暴露到旋转电场的具有偶极矩的分子的旋转扩散方程式。我 们假设电场的旋转频率比旋转张弛时间低很多(也就是，分子可以容易地遵循场的旋转)。 这使得我们能够使用固定的扩散方程以发现作为电场的取向和大小的函数的分子偶极矩 的平衡角分布。对于描述推进器效应对电场的依赖性的函数F(E)的解可以通过利用产生 实际相同结果的两种方法得以发现。第一种方法依赖于计算遵循电场的旋转的分子的分数。该分数取决于温度。在更 高的温度，该可动或者相关分数更小，因为分子具有更多的动能以从与电场对齐而逃离。另一种方法依赖于计算由在电场的取向中的无限小的变化所致的净旋转扩散量。对于2D和3D情形，我们的表达式分别为
权利要求
1.一种用于混合物中的手征对象的方向性运动的方法，所述方法包括在腔室内，施 加跨过所述腔室的场，该场相对于所述腔室旋转以致使所述手征对象旋转，所述对象的旋 转导致该对象基于它们的手征性而方向性地运动。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述手征对象包括糖分子。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述糖分子包括单糖、二糖、少糖或者聚糖(聚 糖)。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述手征对象包括蛋白质。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述手征对象包括缩氨酸。
6.一种方法，包括通过在一系列腔室的每一个中分离两个对映异构体的分子而提高混合物中的两个对 映异构体的至少一个的纯度，在连续腔室的至少一些中的对映异构体的纯度逐渐增大到更 高水平，以及将分离的对映异构体的至少一个的一部分从每一个腔室传递到所述系列腔室中的先 前的一个或者下一个腔室。
7.如权利要求1或者6所述的方法，还包括在基因组中利用提高的纯度或者方向性运 动的结果。
8.如权利要求1或者6所述的方法，还包括在蛋白质(proteomics)中利用提高的纯度 或者方向性运动的结果。
9.如权利要求1或者6所述的方法，还包括在糖组学(glycomics)中利用提高的纯度 或者方向性运动的结果。
10.如权利要求1或者6所述的方法，还包括在化学制造中利用提高的纯度或者方向性 运动的结果。
11.如权利要求1或者6所述的方法，还包括在食品加工中利用提高的纯度或者方向性 运动的结果。
12.如权利要求1或者6所述的方法，还包括在法医(forensics)中利用提高的纯度或 者方向性运动的结果。
13.如权利要求1或者6所述的方法，还包括在学术研究中利用提高的纯度或者方向性 运动的结果。
14.如权利要求1或者6所述的方法，还包括在溶剂纯化中利用提高的纯度或者方向性 运动的结果。
15.如权利要求1或者6所述的方法，还包括在不对称合成中利用提高的纯度或者方向 性运动的结果。
16.如权利要求1或者6所述的方法，其中，化学反应的产品结果被提纯。
17.如权利要求1或者6所述的方法，其中，化学反应的产品结果被量化。
18.如权利要求1或者6所述的方法，其中，化学反应的产品结果被识别。
19.如权利要求16、17或者18所述的方法，其中，化学反应的产品结果包括非外消旋的 产品混合物。
20.如权利要求16、17或者18所述的方法，其中，化学反应的产品结果包括外消旋的产 品混合物。
21.一种用于设备的方法，该设备包括腔室，用于保持包含一个或多个对映异构体的混合物； 场源，用以在所述混合物上施加旋转场；所述腔室具有用以接收所述混合物的入口，和用以移除包含相对于所述腔室中的混合 物的平均浓度处于升高浓度下的对映异构体的至少一个的一部分混合物的出口 ；以及 化学反应容器，其连接到所述腔室以保持待递送到所述腔室的流体； 该方法包括利用所述腔室分析或者处理流体中的反应组分。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述分析或者处理包括分析反应组分的纯度。
23.如权利要求21所述的方法，其中，所述分析或者处理包括提纯反应组分。
24.如权利要求21所述的设备，其中，所述分析或者处理包括确定反应组分的绝对构型。
25.如权利要求1或者6所述的方法，其中，所述手征对象包括无手征分子，例如脂类， 其具有附着的手征的标签。
全文摘要
用于混合物中的手征对象的方向性运动，场跨过腔室施加并相对于腔室旋转以致使手征对象旋转。对象的旋转致使它们基于它们的手征方向性运动。所述方法施加到糖、蛋白质、缩氨酸以及其它，并可以用于各种应用。
文档编号B01J19/00GK102124332SQ200980132116
公开日2011年7月13日 申请日期2009年6月18日 优先权日2008年6月19日
发明者奥斯曼·基巴尔, 尤金·图, 托马斯·H·马西尔杰, 米里亚纳斯·沙奇斯维里斯 申请人:动力连接有限责任公司