专利名称：微流控双水相环隙流萃取技术及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生物分离技术，尤其是微型生物分离技术及其设备制造领域。
背景技术：
双水相技术因其萃取条件温和、生物相容性高，目前已成功应用于生物活性物质的分离纯化。但双水相技术存在成相时间长、体系材料昂贵、分离过程效率低、分离操作耗时耗能等缺陷，限制了其大规模实际应用。微流控技术具有层流接触、大比表面积、微型化操作单元、可控流动行为、很高的操作弹性和极高的传递特性等传统化工技术无法比拟的优势，提供了解决双水相技术上述问题的新途径。将双水相萃取和微流控的特点结合起来的微流控双水相Y型平行层流界面萃取分离技术应运而生，在细胞分离、蛋白质分离等领域已凸显其优越性。然而，迄今的研究仅是停留在Y型界面萃取方式的初步探讨，该萃取方式界面单一固定且传质效率较低。在萃取分离过程中，两相流型方式影响传递界面，相间传质的快慢是分离效果的决定因素。与传统Y型平行层流相比，环隙层流更能显著增加两相传质面积，增强分离效果，提高界面操控的灵活性。
发明内容
鉴于现有技术的以上不足，本发明旨在设计环隙层流(同轴环管面)微流控双水相萃取分离方法及其装置，使之克服现有技术的以上不足。本发明的目的通过如下手段来实现。微流控双水相环隙流萃取技术，采用微流控双水相层流界面萃取分离技术实现生物活性物质分离，在环隙型同轴毛细管装置中，利用流动同轴环管面作为双水相萃取传质界面，进行蛋白质、酶等微量生物活性物质的快速检测和分离纯化。采用本发明的方法，控制两相流体以环隙层流方式接触，传质面积大，界面操控灵活，在微流控装置内将萃取分离一步完成。为生物分离提供了一种快速、高效的方法，甚至还可实现酶联免疫反应，抗原抗体检测，病毒DNA反应等一系列与人类健康息息相关的微量生物物质分离、重大疾病快速检测。本发明的目的还在于，为上述方法提供实现的设备，其主要内容为
微流控双水相环隙流萃取装置，进料毛细管100的一端置有内相进料口 110，其另一端通过一锥形管200与环隙同轴毛细管300的进料端相连通，所述锥形管200与环隙管内壁存在第一环状间隙210，环隙同轴毛细管300的外部套置有覆盖进料毛细管端头的第一过渡管400，所述第一过渡管与进料毛细管100外壁间存在第一流通间隙410，第一过渡管上设置有外相进料口 420 ；环隙同轴毛细管的出口端亦通过一锥形管500与内相出料毛细管 600相通，出料毛细管600的一端置有内相出料口 610，所述锥形管500与环隙同轴毛细管内壁存在第二环状间隙510，环隙同轴毛细管的外部套置有覆盖出料毛细管端头的第二过渡管700，所述第二过渡管与出料毛细管间亦存在第二流通间隙710，第二过渡管上设置有外相出料口 720 ；内相进料口 110和外相进料口 420分别连接微型计量泵。
采用如上装置可方便地实现本发明的方法。
如下
图1是微流控双水相环隙流技术原理示意图。图2是微流控双水相环隙流萃取装置构造图。图3是实施例2萃取装置内稳定的层流实例照片。图4是实施例3萃取装置内稳定的层流实例照片。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。但是应该强调的是，下面的实施方式只是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及应用。微流控双水相环隙流萃取技术利用流动同轴环管面作为双水相传质界面，进行蛋白质、酶等微量生物活性物质的快速检测和分离纯化的技术。在环隙型同轴毛细管装置中， 利用微型计量泵提供动力，形成层流界面，双水相两相快速接触进行传质而后分离。比起传统的萃取方式，该方法具有显著增加两相传质面积、增强分离效果、提高界面操控灵活性等优势。由附图1可见，一相由环隙型装置的中间圆管进入，另一相由圆管与方管之间的环隙进入。在中间主管路内实现双水相两相传质，两相由装置左边相应圆管和环隙流出，以实现蛋白质和杂质分离。两相接触面积为同轴环管面，此流型提供环隙型层流接触分离方式，调节两相流速和装置参数可控制环隙流型的两相接触面积。由附图2可见，微流控双水相环隙流萃取装置，进料毛细管100的一端置有内相进料口 110，其另一端通过一锥形管200与环隙同轴毛细管300的进料端相连通，所述锥形管200与环隙管内壁存在第一环状间隙210，环隙同轴毛细管300的外部套置有覆盖进料毛细管端头的第一过渡管400，所述第一过渡管与进料毛细管100外壁间存在第一流通间隙 410，第一过渡管上设置有外相进料口 420 ；环隙同轴毛细管的出口端亦通过一锥形管500 与内相出料毛细管600相通，出料毛细管600的一端置有内相出料口 610，所述锥形管500 与环隙同轴毛细管内壁存在第二环状间隙510，环隙同轴毛细管的外部套置有覆盖出料毛细管端头的第二过渡管700，所述第二过渡管与出料毛细管间亦存在第二流通间隙710，第二过渡管上设置有外相出料口 720;内相进料口 110和外相进料口 420分别连接微型计量泵。实施例1
该装置采用毛细玻璃管构造，进料毛细管100和出料毛细管600为长3cm外径为 990 μ m内径为400 μ m的毛细玻璃圆管，锥形管200和400的针尖状前端内径均为120 μ m, 插入长4cm外径为990 μ m内径为400 μ m的环隙同轴毛细玻璃圆管300 (萃取管)中，插入深度120 μ m。第一过渡管400和第二过渡管700为长2cm的毛细玻璃方管，整个结构固定在载玻片上，毛细玻璃圆管针尖状前端用显微拉针仪与显微锻针仪微加工处理获得，各处连接用胶水密封、固定。装置各处尺寸均可根据实际情况作适当调整。
实施例2罗丹明水溶液/水溶液层流实验
取甲、乙两支注射器，甲吸取质量分数1. 5%的罗丹明水溶液10ml，乙吸取10 ml纯水。 调节两台微型计量泵流量为5 ml h—1，将注射器中两溶液注入微流控双水相环隙流萃取装置中。由附图3所示，在萃取装置内可形成稳定的层流。
实施例3微流控双水相环隙流萃取糖化酶
(1)双水相溶液的配制配制质量分数20%的硫酸铵溶液100 ml，加入0.1 g糖化酶酶粉，搅拌5 min后过滤，收集滤液，为待萃相；配置质量分数24%的PEG4000溶液100 ml, 为萃取相。(2)微流控双水相环隙流萃取取甲、乙两支注射器，甲吸取10 ml上述PEG4000 溶液，乙吸取10 ml上述糖化酶滤液。调节两台微型计量泵流量为5 ml ^tT1,将注射器中两相注入微流控双水相环隙流萃取装置中。待层流稳定后，分别收集出口分离的两相，采用硫代硫酸钠滴定法测定其中糖化酶酶活力。见附图4。(3)实验结果微流控双水相环隙流萃取的传质速率是传统萃取方法的42倍，是 Y型平行层流界面萃取的四倍。
实施例4微流控双水相环隙流萃取牛血清白蛋白(BSA)
(1)双水相溶液的配制配制质量分数24%的PEG4000溶液100 ml为待萃相，其中BSA 浓度为1 mg · πιΓ1 ；配制质量分数20%的硫酸铵溶液100 ml为萃取相。(2)微流控双水相环隙流萃取取甲、乙两支注射器，甲吸取10 ml上述含BSA的 PEG4000溶液，乙吸取10 ml上述硫酸铵溶液。调节两台微型计量泵流量为5 ml化―1，将注射器中两相注入微流控双水相环隙流萃取装置中。待流动稳定后，分别收集出口分离的两相。采用考马斯亮蓝法测BSA含量，计算传质速率。(3)实验结果微流控双水相环隙流萃取的传质速率是传统萃取方法的21. 51 倍，是Y型平行层流界面萃取的四倍。在实际实施中，根据本发明的基本方案，具体结构可有不同，例如，进料毛细管100 与锥形管200可为一体，只是在端口处加工成针状锥形尖口，同样的情况也适宜出料毛细管600与锥形管500。
权利要求
1.微流控双水相环隙流萃取技术，采用微流控双水相层流界面萃取分离技术实现生物活性物质分离，其特征在于，在环隙型同轴毛细管装置中，利用流动同轴环管面作为双水相传质界面，进行蛋白质、酶等微量生物活性物质的快速检测和分离纯化。
2.实现权利要求1所述技术的微流控双水相环隙流萃取装置，其特征在于，进料毛细管(100)的一端置有内相进料口(110)，其另一端通过一锥形管(200)与环隙同轴毛细管(300)的进料端相连通，所述锥形管(200)与环隙管内壁存在第一环状间隙(210)，环隙同轴毛细管(300)的外部套置有覆盖进料毛细管端头的第一过渡管(400)，所述第一过渡管与进料毛细管(100)外壁间存在第一流通间隙(410)，第一过渡管上设置有外相进料口 (420)；环隙同轴毛细管的出口端亦通过一锥形管(500)与内相出料毛细管(600)相通，出料毛细管(600)的一端置有内相出料口(610)，所述锥形管(500)与环隙同轴毛细管内壁存在第二环状间隙(510)，环隙同轴毛细管的外部套置有覆盖出料毛细管端头的第二过渡管 (700)，所述第二过渡管与出料毛细管间亦存在第二流通间隙(710)，第二过渡管上设置有外相出料口(720)；内相进料口(110)和外相进料口(420)分别连接微型计量泵。
全文摘要
本发明公开了一种微流控双水相环隙流萃取技术及装置。该技术以双水相溶液为萃取流体，用微型计量泵提供流体的流动动力，用毛细管和载玻片制作微型装置，构建流动同轴环管面作为传质界面，对蛋白质和酶等微量生物活性物质进行快速连续的检测和分离纯化。该技术分离效果优于传统双水相萃取，且操作过程连续，能耗低，界面操控灵活。装置具有结构简单，制作方便等优点。
文档编号G01N1/34GK102179064SQ20111007089
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者孟涛, 李伟, 童志平, 郭婷, 黄宇石 申请人:西南交通大学