专利名称：一种柱层析分析检测开关技术及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种柱层析分析检测开关技术及其用途。
背景技术：
柱层析技术是利用层析柱对生物分子进行分离和检测的技术，其中层析柱是其常用的主体结构。层析技术按层析的机理分为吸附层析、分配层析、离子交换层析、凝胶过滤层析、亲和层析、疏水层析等。吸附层析是利用吸附剂表面对不同组分吸附性能的差异，达到分离鉴定的目的。分配层析是利用不同组分在流动相和固定相之间的分配系数不同，使之分离。离子交換层析是利用不同组分对离子交换剂亲和力的不同，使之分离。凝胶层析是利用某些凝胶对于不同分子大小的组分阻滞作用的不同，使之分离。亲和层析是在ー对有专ー的相互作用的物质中，把其中之一联结在支持物上，用于纯化相对的另一物质，常见的亲和对有酶和抑制剂、抗原和抗体、配体和受体等。柱层析技术是一中分离效率很高的分析分离手段与方法，它能够将各种性质极极其类似的物质分离开，它既可以用于少量物质的分析鉴定，又可用于大量物质的分离纯化制备。目前这种技术已广泛应用于科学研究与エ业生产的多个领域，在石油、化工、医药卫生、生物科学、环境科学、农业科学等领域都发挥着十分重要的作用。目前所用的层析柱一般为玻璃管或有机玻璃管或不锈钢管，层析柱的两端，特别是远端的出口部位均含有过滤膜，只允许液体流动相通过，固体相，即柱层析填料，不能通过过滤膜，被滞留在层析柱内并保持一定的高度，从而发挥其应有的分离效果。这样ー来，对那些柱层析内填料只使用一次的分离技术则带来很大的不便。毎次使用后需更换柱内填料或将整个装载好的层析柱遗弃掉，更换新的装载层析柱，这给我们的实际工作带来了很大的不便和浪费，特别是如采用连续的管道分析系统，则将带来不可逾越的障碍，只有更换这种连续管道系统。因此，开发一种用于柱层析分析技术的管道内开关技术，使的柱内填料能根据我们的试剂需求随时充填、保留或排除柱内填料，不仅使用方便、減少浪费，同时也可显著提高工作效率，在检测和分析、分离的诸多领域具有重要的实用意义。
发明内容
本发明的目的是提供ー种柱层析分析检测开关技术及其用途，特别是在柱层析分离分析过程中，通过对层析柱的开关控制可根据需求随时充填、保留或排除柱内填料的控制技术。为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。—种柱层析分析检测开关技术，由层析柱和位于层析柱外侧的磁性吸合元件及层析柱内充填的磁性材料颗粒组成。所述的磁性材料是指铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接地在磁场作用下产生与外磁场相同的强烈的附加磁场的物质。所述的开关技术，具有如下ー种或ー种以上特征
I)磁性吸合元件位于层析柱的远端外侧，可以通过开关电流或移动与层析柱之间的距离使所邻接的层析柱管腔内的磁性开启和关闭；
2)当开启层析柱管腔内磁性时，从层析柱的近端向层析柱内充填磁性材料颗粒，流经管腔内由磁性吸合元件产生的磁性区域时被吸合捕获，形成磁性材料颗粒聚集层；
3)从层析柱近端注入层析填料混悬液，其中的固体颗粒被磁性材料颗粒聚集层截留，形成装载层析柱；
4)当关闭层析柱管腔内磁性吋，磁性材料颗粒聚集层解离，在层析柱近端加压，管腔内的层析填料和磁性材料颗粒从远端推离层析柱，使层析柱卸装。5)游离的层析填料进入下ー级分析检测。所述的磁性吸合元件包括但不限于1)电磁开关装置，采用电磁原理制作的控制装置，位于层析柱外侧，施加电流开启磁性，关闭电流磁性消失；2)永磁开关装置，采用永磁物质制作的控制开关，位于层析柱外侧，贴近层析柱开关截流区时开启磁性，远离层析柱开关截流区时关闭磁性。电磁铁为内部带有铁芯的、利用通有电流的线圈使其像磁铁一祥具有磁性的装置。永磁铁为不需要电流来保持其磁场的磁铁，分为合金永磁材料包括稀土永磁材料钕铁硼(Nd2Fel4B)、钐钴(SmCo)、铝镍钴(AlNiCo)和铁氧体永磁材料(Ferrite)包括烧结铁氧体、粘结铁氧体、注塑铁氧体，还有ー些如Cu-Ni-Fe (铜镍铁)、Fe-Co-Mo (铁钴钥)、Fe-Co_V(铁钴钒)、MnBi (锰铋)。所述的层析柱的结构包括下列ー种或ー种以上的特性1)刚性管道结构；2)非刚性管道结构；3)芯片结构包括微流控芯片结构和普通芯片结构；4)为预装柱；5)为使用前装载的柱状结构；6)为加有开关控制装置的管道结构；7)为出样端过滤截留出口易于被去除而使柱内固相填料易于移离柱层析结构进行下ー级分析的柱状结构。刚性管道结构常见为实验室常用的两端接有接ロ或不接有接ロ的玻璃、有机玻璃、不锈钢等材质的层析柱，也包括为某些分析特制的硬质材料的柱状结构。非刚性管道结构多指塑料、橡胶、硅胶等材料制成的可以随意圈曲的管道结构，两端接有接ロ或不接有接ロ。微流控芯片是微流控技术实现的主要平台，其装置特征主要是其容纳流体的有效结构(通道、反应室和其它某些功能部件)至少在ー个纬度上为微米级尺度，由于微米级的结构，流体在其中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能，因此发展出独特的分析产生的性能。本发明技术所采用的芯片结构也包括毫米级的液体流动芯片装置。本发明技术所采用的层析柱包括预装柱和使用前进行装载的层析柱，考虑使用的方便程度预装柱将作为优选，同时在预装柱上加建出样端过滤截留出口易于被去除而使柱内固相填料易于移离柱层析结构。本发明技术所采用的层析柱其管道结构也是优选对象，在检测时层析填料被固定在管道的特定部位进行，分析完成后被排出管道，再进行新的分析检测。所述的层析柱位于层析柱远端的开关截留区选择但不限于下列形状I)层析柱外形的同形状延伸；2)层析柱外形的延伸，但外径的短径小于层析柱外径的短径；3)层析柱壁内安装有磁性吸合元件。所述的磁性材料颗粒包括I)指铁、钴、镍及其合金；2)磁颗粒；3)胶体金属微粒。磁性材料包括软磁性材料和硬磁性材料。根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可地分为五类顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质，亚磁性物质，反磁性物质。顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质，铁磁性物质称为强磁性物质。通常所说的磁性材料是指强磁性物质。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去掉磁性的物质叫硬磁性材料，即永磁鉄。所述的磁性材料颗粒的长径选择Ium — 3mm,优选3um — 2mm,更优选IOum — 1mm。所述的磁性材料颗粒的形状不受限制，圆形、长条形、方形、不规则形等均适用于本发明。所述的开关技术在多种柱层析检测和分离技术产品开发中的应用。柱层析是ー项应用非常广泛的技术，包括检测试剂领域的生化检测试剂、酶学检测试剂、免疫检测试剂和核酸检测试剂等；分离分析领域的吸附层析、分配层析、离子交换层析、凝胶过滤层析、亲和层析等。I)本发明创造性地设计了针对柱层析技术的开关控制技术，使层析填料的更换及其检测和分离可以在同一层析柱管道内反复进行，达到方便、快捷和高效的目的。
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2)本发明采用对生物分子没有明显吸附作用的磁性材料进行开关控制，有效地排除了开关填充材料对检测和分离结果的影响。3)本发明将柱层析技术引入一连续的分析管道内进行，大大简化了诸多分析分离手段在仪器配制设计制作中的复杂程度，可显著降低相关技术的应用成本。4)本发明将柱层析技术引入一连续的分析管道内进行，可以使诸多目前无法在层析柱上进行连续分析和分离的检测技术变为可能。因此，本发明技术对改善现有柱层析分离分析技术具有重要的意义和良好的应用前景。
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图I为本发明刚性层析柱的开关控制技术装置基本结构示意图 图2为本发明刚性层析柱的改形装置的基本结构示意图 图3为本发明非刚性层析柱的基本结构示意图
通过以下具体实施实例，可以进一歩了解本发明，但以下实例不是对本发明的限定。实施例I、本发明刚性层析柱的开关控制技术装置制作
实验材料玻璃管、铁质颗粒、永磁铁、凝胶填料、电磁铁。实验装置的制备
如图I所示，取ー个玻璃管5，在玻璃管5的下端两侧安装两块永磁铁4，竖立在实验台上，准备铁质颗粒3和凝胶填料2的水混悬液。实验方法与结果如图I所示，移动永磁铁4 (磁性吸合元件)至与玻璃管5 (层析柱)接触,从玻璃管5的入口端I注入铁质颗粒3的水混悬液。当铁质颗粒3流经永磁铁4部位吋，铁质颗粒3被吸附聚集形成聚集层。再从玻璃管5的入口端I注入凝胶填料2的水混悬液。当凝胶填料2流至永磁铁4聚集层时，水相流出，凝胶填料2被截留形成装填的层析柱。此时在玻璃管5的入口端I注入多种水溶液，均可经凝胶填料2和铁质颗粒3聚集层从玻璃管5的出口端6流出，凝胶填料2没有丢失。此时移动永磁铁4远离玻璃管5可见铁质颗粒3聚集层解离，当在玻璃管5的入口端I注入水或水溶液时，可见凝胶填料2和铁质颗粒3聚集层从玻璃管5的出口端6排出，恢复玻璃管5的初始状态。将永磁铁更换为电磁铁时，也呈现相同的作用。说明该开关技术工作正常。
实施例2、本发明刚性层析柱的改形开关控制技术装置制作
实验材料玻璃管、铁质颗粒、永磁铁、凝胶填料。实验装置的制备 如图2所示，取ー个玻璃管5，在玻璃管5的下端加热拉伸使外径变细，然后在变细的两侧安装两块永磁铁4，竖立在实验台上，准备铁质颗粒3和凝胶填料2的水混悬液。实验方法与结果如图2所示，移动永磁铁4 (磁性吸合元件)至与玻璃管5 (层析柱)接触,从玻璃管5的入口端I注入铁质颗粒3的水混悬液。当铁质颗粒3流经永磁铁4部位吋，铁质颗粒3被吸附聚集形成聚集层。再从玻璃管5的入口端I注入凝胶填料2的水混悬液。当凝胶填料2流至永磁铁4聚集层时，水相流出，凝胶填料2被截留形成装填的层析柱。此时在玻璃管5的入口端I注入多种水溶液，均可经凝胶填料2和铁质颗粒3聚集层从玻璃管5的出口端6流出，凝胶填料2没有丢失。此时移动永磁铁4远离玻璃管5可见铁质颗粒3聚集层解离，当在玻璃管5的入口端I注入水或水溶液时，可见凝胶填料2和铁质颗粒3聚集层从玻璃管5的出ロ端6排出，恢复玻璃管5的初始状态。说明该开关技术工作正常。实施例3、本发明非刚性层析柱的开关控制技术装置制作
实验材料硅化处理的透明塑料管、铁质颗粒、永磁铁、凝胶填料。实验装置的制备
如图3所示，取一个硅化处理的透明塑料管5，在塑料管5的下端两侧安装两块永磁铁4，竖立在实验台上，准备铁质颗粒3和凝胶填料2的水混悬液。实验方法与结果如图I所示，移动永磁铁4 (磁性吸合元件)至与塑料管5 (层析柱)接触,从塑料管5的入口端I注入铁质颗粒3的水混悬液。当铁质颗粒3流经永磁铁4部位吋，铁质颗粒3被吸附聚集形成聚集层。再从塑料管5的入口端I注入凝胶填料2的水混悬液。当凝胶填料2流至永磁铁4聚集层时，水相流出，凝胶填料2被截留形成装填的层析柱。此时在塑料管5的入口端I注入多种水溶液，均可经凝胶填料2和铁质颗粒3聚集层从塑料管5的出ロ端6流出，凝胶填料2没有丢失。此时移动永磁铁4远离塑料管5可见铁质颗粒3聚集层解离，当在塑料管5的入口端I注入水或水溶液时，可见凝胶填料2和铁质颗粒3聚集层从塑料管5的出ロ端6排出，恢复塑料管5的初始状态。说明该开关技术工作正常。实施例4、本发明微流控芯片层析柱的开关控制技术装置制作
实验材料有机玻璃片、铁质颗粒、永磁铁、凝胶填料。实验装置的制备
取一有机玻璃片，刻磨4条内径I. 5mm的管道(层析柱)，在管道两端安装塑料管，加盖封闭。在出样端有机玻璃板的上下侧安装两块永磁铁，竖立在实验台上，准备铁质颗粒和凝胶填料的水混悬液。实验方法与结果以永磁铁作为磁性吸合元件，刻磨的4条内径I. 5_的管道作为层析柱，从入口端注入铁质颗粒的水混悬液，然后注入凝胶填料的水混悬液，也呈现与上述实验相似的开关效果。说明该开关技术工作正常。
实施例5、本发明铁质颗粒的大小对开关效果的影响
实验材料玻璃管、铁质颗粒、永磁铁、凝胶填料。
实验方法与结果如图I所示，制备本发明实验装置，用长径从Ium — 3mm的铁质颗粒进行开关实验，粒径选用范围在O. lum、lum、3um、10um、50um、100um、300um、的铁质颗粒。结果O. Ium粒径可被吸附，但无法形成聚集成；lum和3um粒径可以形成聚集层，但只能承受自然压力，不能加压；10um以上粒径可以形成聚集层，也能够承受一定的压力。因此，认为选用自然压カ进行实验时，磁性材料颗粒的粒径可选用Ium以上，如需要外力加压实验，粒径选用IOum以 上为宜。
权利要求
1.一种柱层析分析检测开关技术，由层析柱和位于层析柱外侧的磁性吸合元件及层析柱内充填的磁性材料颗粒组成。
2.根据权利要求I所述的开关技术，具有如下一种或一种以上特征 1)磁性吸合元件位于层析柱的远端外侧，可以通过开关电流或移动与层析柱之间的距离使所邻接的层析柱管腔内的磁性开启和关闭； 2)当开启层析柱管腔内磁性时，从层析柱的近端向层析柱内充填磁性材料颗粒，流经管腔内由磁性吸合元件产生的磁性区域时被吸合捕获，形成磁性材料颗粒聚集层； 3)从层析柱近端注入层析填料混悬液，其中的固体颗粒被磁性材料颗粒聚集层截留，形成装载层析柱； 4)当关闭层析柱管腔内磁性时，磁性材料颗粒聚集层解离，在层析柱近端加压，管腔内的层析填料和磁性材料颗粒从远端推离层析柱，使层析柱卸装； 5)游离的层析填料进入下一级分析检测。
3.根据权利要求I-2任一所述的开关技术，其特征在于所述的磁性吸合元件包括但不限于 1)电磁开关装置，位于层析柱外侧，施加电流开启磁性，关闭电流磁性消失； 2)永磁开关装置，位于层析柱外侧，贴近层析柱开关截流区时开启磁性，远离层析柱开关截流区时关闭磁性。
4.根据权利要求I-3任一所述的开关技术，其特征在于所述的层析柱包括下列一种或一种以上的特性 1)刚性管道结构； 2)非刚性管道结构； 3)微流控芯片结构； 3)为预装柱； 4)为使用前装载的柱状结构； 5)为加有开关控制装置的管道结构； 6)为出样端易于去除截赌出口而使柱内固相填料易于转离柱层析结构进行下一级分析的柱状结构。
5.根据权利要求I-4任一所述的开关技术，其特征在于所述的磁性材料颗粒包括但不限于 1)指铁、钴、镍及其合金； 2)磁颗粒； 3)胶体金属微粒。
6.根据权利要求5所述的开关技术，其特征在于所述的磁性材料颗粒的长径选择Ium — 3mm,优选 3um — 2mm,更优选 IOum — 1mm。
7.根据权利要求4所述的开关技术，其特征在于所述的层析柱位于层析柱远端的开关截留区选择但不限于下列形状 1)层析柱外形的同形状延伸； 2)层析柱外形的延伸，但外径的短径小于层析柱外径的短径； 3)层析柱壁内安装有磁性吸合元件。
8.权利要求I -7任一所述的开关技术在多种柱层析检测和分离技术产品开发中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种柱层析分析检测开关控制技术及其用途，特别是在柱层析分离分析过程中，通过对层析柱的开关控制可根据需求随时充填、保留或排除柱内填料的控制技术，可用于多种分离检测产品的开发，具有良好的适用价值和市场前景。
文档编号G01N30/56GK102680618SQ20111005513
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者刘凤鸣 申请人:北京康华源医药信息咨询有限公司