专利名称：一种用于凝胶固定膜的切片刀及其二维切片方法
技术领域：
本发明涉及生物技术等领域中使用薄膜扩散梯度测定方法时，需要对凝胶固定膜的切片分块方法，尤其涉及一种用于凝胶固定膜的切片刀及其二维切片方法。
背景技术：
薄膜扩散梯度(Diffusive Gradients in Thin Films, DGT)测定技术是国际上近年来快速发展的、深受重视的被动采样技术，该技术能够原位、快速、高分辨获取多种类型污染物在土壤和沉积物中的空间分布信息，为研究污染物在地表环境中的迁移、转化规律提供了极其重要的技术支撑手段。薄膜扩散梯度测定技术装置主要由固定膜和扩散膜叠加组成，两者均由凝胶物质构成，目标离子以扩散方式穿过扩散膜，随即被固定膜捕获和积累，通过测定固定膜上污染物的含量分布，就可获知污染物在土壤或沉积物中的空间分布信息。适用于环境、生物工程技术等领域。高分辨(空间分辨率0. 1-0. 5mm)获取污染物在土壤或沉积物中二维空间分布信息，是DGT测定技术拓展和应用的重要方向之一。该技术流程包括DGT装置组装、DGT装置在土壤或沉积物中的放置吸收、DGT装置(包括固定膜)回收、固定膜上污染物含量的二维高分辨表征、数据处理等。其中，对固定膜上污染物含量的二维高分辨表征是关键的技术环节之一。一直以来，国际上都采用激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MQ、质子激发X荧光能谱(PIXE)等微区原位扫描设备，直接对固定膜上目标离子进行微区分析和定位。然而，该方法对设备的要求非常高，绝大部分实验室没有配置LA-ICP-MS或PIXE，因此该方法难以推广；与此同时，该方法产生的测试费用十分高昂，如测试的空间分辨率设置为 300 μ m时，对面积为Icm2的固定膜表面进行扫描产生的费用在10万元以上(按100元/ 点计算)，大多数实验室难以承受如此高昂的费用。在此情况下，发展一种常规的、易于推广的表征方法显得尤为迫切。
发明内容
本发明针对现有技术之不足，提出了一种用于凝胶固定膜的切片刀及其二维切片方法，对DGT凝胶固定膜进行二维切片-提取-测定，即对固定膜进行二维、高分辨(亚毫米)切片，将固定膜分解成一定数量、面积很小的相同方块，然后利用比色等常规分析方法用提取剂提取出对每一方块中污染物的含量进行分析。此方法由于采用了常规方法进行分析，测试费用可以大大降低。如采用微量比色方法时，所需花费比现有方法至少低两个数量级。然而，该方法对固定膜切片的要求非常高，不仅需要做到二维和高分辨，同时为防止切片操作时间过长造成的固定膜失水变性，要求切片的速度非常快，以利于该方法的推广。目前，对凝胶薄膜的切片都是采用单刀片，通过手工操作进行切片，分辨率最高为mm米级，误差较大，不能满足固定膜二维切片的要求。本发明是针对发明人已授权发明专利“一种应用于薄膜扩散梯度测定技术装置的磷固定膜”(ZL 200910183047. 5)，研发了一种适合 DGT凝胶固定膜的二维切片刀及其切片方法，满足了 DGT测定技术对土壤、沉积物等环境CN 102393316 A
说明书
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介质中污染物空间分布信息的高分辨获取要求，该切片刀及其切片方法同时适用于含水量 < 70%、厚度< Imm的凝胶薄膜。为实现本发明目的，采用的技术方案是一种用于凝胶固定膜的切片刀，其特征在于设置一组并行排列、相同尺寸的刀片，刀刃位于同侧，相邻刀片之间设置相同尺寸的垫片，在每个刀片上与刀刃平行的中心线上设有至少2个对称布置的穿连孔，各垫片上亦设置与刀片对应的穿连孔，设置与穿连孔对应的螺纹穿连棒穿过所有刀片及垫片并在两端用螺母收紧，形成层叠结构，所有刀片的刀刃外露于同侧的垫片并处于同一平面。所述刀片为双刃或单刃，刀片表面涂有特氟龙层，刀片厚度0. 10mm，刀片平面尺寸 43 X 21mm，垫片采用聚酰胺塑料薄板或有机玻璃板制成，每个垫片平面尺寸50 X 21mm，在刀刃一侧的垫片边缘，设有一 30X Imm的凹缺，垫片厚度根据切割以后形成的各凝胶固定膜分块尺寸要求决定。应用权利要求1所述切片刀对凝胶固定膜的二维切片方法，其特征在于凝胶固定膜由丙烯酰胺等凝胶物质配置而成，表面覆盖有固定目标离子的固定剂，厚度小于1mm， 含水率大于80%，先在真空条件下将凝胶固定膜含水率干燥到40-60%之间，在凝胶固定膜背面涂上一层聚丙烯酸酯压敏胶，通过该压敏胶将其固定在干净平整的有机玻璃板上， 然后用切片刀沿一个方向对凝胶固定膜进行切片，再按该方向的垂直方向进行切片，两次切片产生面积相同的方块。切片完成后，将湿滤纸盖在固定膜表面，保持5分钟，揭开滤纸后，将凝胶固定膜方块从有机玻璃板上脱离。具体可按以下步骤操作(1)凝胶固定膜脱水将固定膜放入凝胶真空干燥器中，干燥器温度调节到60°C， 放置4-6小时，在真空条件下将固定膜干燥到含水率40-60%之间。该干燥过程将减少固定膜厚度，但不会造成固定膜在水平方向上的收缩或变形；(2)凝胶固定膜固定将干燥后的固定膜切成边长小于30mm的正方形，用玻璃棒在固定膜背面涂上一薄层溶剂型聚丙烯酸酯压敏胶，利用该压敏胶将固定膜方块黏贴在干净平整的有机玻璃板上；(3) 一维切片将切片刀轻放在被固定的凝胶固定膜上，刀刃方向朝下，在切片刀顶部垫上一层橡胶皮，然后用手垂直压切片刀顶部，直至刀刃切开凝胶固定膜，此次切片产生宽度相等的凝胶固定膜长条，宽度为切片刀相邻刀刃之间距离与1个刀片厚度之和；(4) 二维切片取出切片刀后，将切片刀沿着一维方向的垂直方向对凝胶固定膜进行二次切片，切片方法同步骤O)，此次切片得到边长相等的正方形方块，方块边长长度为切片刀相邻刀刃之间距离与1个刀片厚度之和；(5)凝胶固定膜脱胶取出切片刀后，在已切成方块的凝胶固定膜表面盖上一层湿滤纸，保持5分钟，然后揭开滤纸，此时压敏胶已失去粘附力，将凝胶固定膜方块用钢针自由挑出。本发明的优点及有益效果(1)可对凝胶固定膜进行二维、亚毫米切片，切片精度高。现有切片机分辨率最高只能达到mm级。本发明方法在三个方面保证了切片的精度。首先，垫片采用了性能好的聚酰胺塑料制作，该材料具有良好的综合性能，包括承受一定外力作用，具有良好的机械性能和耐高、低温性能，尺寸稳定性较好；其次，在垫片与刀刃接触一侧设计有凹槽，在露出刀刃进行切片的同时，凹槽外侧垫片部分可用于保护刀刃，避免切片时刀刃变形；最后，使用了溶剂型聚丙烯酸酯压敏胶用于固定凝胶，仅需要涂上薄薄一层(胶层厚度< 20 μ m)，就可以将固定膜平整地粘附在有机玻璃板上，避免因凝胶固定造成的变形和移位，解决了现有切片技术因凝胶固定问题而切片时产生的误差较大。本发明利用双面胶将凝胶固定在平板上，切片后可通过覆盖湿滤纸进行脱胶，非常有效地解决了这一技术难题。通过上述三方面的措施，可使得本方法在空间分辨率低于0. 35X0. 35mm的二维切片误差控制在5%以内。(2)切片速度快。本发明的切片刀装置由多组刀片组合而成，仅需对固定膜进行两次切片，仅耗时3分钟，就可达到预期效果。(3)所需切片的空间分辨率可以进行调节。所需切片的空间分辨率可以根据垫片的厚度进行调节和控制，当垫片厚度为0. 10mm、0. 20mm和0. 30mm时，产生切片的空间分辨率(即固定膜方块边长)是垫片加上刀片厚度之和，即分别为0. 20mm、0. 30mm和0. 40mm。(4)切片的空间分辨率可以高至0.20X0. 20mm。由于切片精度高，本方法对固定膜的切片分辨率可以做到很高。如要求的精度控制在10%以内，则本方法可以做到 0. 20X0. 20mm。(5)成本低本发明的切片刀可用市售双面剃须刀片组装而成，一个所需成本仅 200元左右，与市场上的切片机相比，成本降低1-2个数量级。
图1是垫片的示意图；图2是超薄刀片的示意图；图3是刀片、垫片排列示意图；图4是刀片、垫片组装后的示意图(俯视)；图5是凝胶固定膜二维切片后的方块排列示意图，虚线围成的方格为单个方块。
具体实施例方式下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。如图2，采用厚度为0. IOmm的吉列剃须刀作为刀片，刀片的平面尺寸为 43X21mm(长X宽)。刀片表面涂有特氟龙，不易生锈，同时摩擦力小，有利于切片。刀片事先须经过酒精擦洗，以去除表面的污渍，然后用去离子水冲净并烘干备用。选取所需厚度的塑料薄板或有机玻璃板作为垫片，将其统一切割成50mmX21mm的长方形垫片，按照刀片的孔洞位置在垫片上留出直径为7mm的三个孔洞，然后在垫片的一侧向下挖去一块，该块的面积为30X Imm(长X宽)如图1。如图3、4，将刀片和垫片一对一叠加，垫片挖去一块的一侧和刀刃处于相同方向，以便露出刀刃进行切片，同时凹槽外侧未被挖去部分可用于保护刀刃，使其切片时不变形。叠加后用带有螺纹的细钢棒通过孔洞串在一起，将刀口保持在同一个平面上，然后在其两端用螺丝拧紧，即构成本切片刀装置，切片刀相邻刀刃之间的距离为垫片和刀片厚度之和，其误差应控制在2. 5 %以内。每次切片之前须检查刀片是否上锈或刀口是否损坏，若有须及时更换，以免污染凝胶或干扰切片；同时利用视频显微镜检查刀刃之间的距离，否则需要调整间距。对凝胶进行二维快速切片的方法，可按以下步骤操作(1)凝胶薄膜固定将凝胶用双面胶粘附在干净平整的有机玻璃板上；
(2) 一维切片将切片刀沿着凝胶薄膜的一个方向进行切片，得到宽度相同的薄膜长条；(3)刀口清洗用软毛刷沾上去离子水，对刀刃进行清洗，去除粘附在刀刃上的凝胶颗粒，以免影响二次切片；(4) 二维切片将切片刀沿着一维方向的垂直方向进行切片，得到若干面积相同的方块；(5)切片刀保存按步骤(3)对刀口进行清洗，用吹风机将刀口残留的水分吹干后，放在密封的盒子里保存。实施例用间距分别为0. 16mm、0. 20mm、0. 30mm、0. 40mm和0. 45mm的切片刀对磷固定膜凝胶(ZL 200910183047. 5) 二维切片后，通过高锰酸钾染色，在视频显微镜下任意挑选50个方块，测量每一方块的边长，计算得到每一方块的面积，将其平均值与理论值比较， 发现吻合性较好，当分辨率为0. 20X0. 20mm，分析误差可以控制在10%以内；当分辨率为 0. 35X0. 35mm时，分析误差可以控制在5%以内。本发明方法在不同二维分辨率下得到的
固定膜方块面积与切片误差见下表
权利要求
1.一种用于凝胶固定膜的切片刀，其特征在于设置一组并行排列、相同尺寸的刀片， 刀刃位于同侧，相邻刀片之间设置相同尺寸的垫片，在每个刀片上与刀刃平行的中心线上设有至少2个对称布置的穿连孔，各垫片上亦设置与刀片对应的穿连孔，设置与穿连孔对应的螺纹穿连棒穿过所有刀片及垫片并在两端用螺母收紧，形成层叠结构，所有刀片的刀刃外露于同侧的垫片并处于同一平面。
2.根据权利要求1所述的用于凝胶固定膜的切片刀，其特征在于刀片为双刃或单刃，刀片表面涂有特氟龙层，刀片厚度0. IOmm,刀片平面尺寸43 X 21mm，垫片采用聚酰胺塑料薄板或有机玻璃板制成，每个垫片平面尺寸50X21mm，在刀刃一侧的垫片边缘，设有一 30X1 mm的凹缺，垫片厚度根据切割以后形成的各凝胶固定膜分块尺寸要求决定。
3.应用权利要求1所述切片刀对凝胶固定膜的二维切片方法，凝胶固定膜由丙烯酰胺等凝胶物质配置而成，表面覆盖有固定目标离子的固定剂，厚度小于1mm，含水率大于80%， 其特征在于先在真空条件下将凝胶固定膜含水率干燥到40-60%之间，在凝胶固定膜背面涂上一层聚丙烯酸酯压敏胶，通过该压敏胶将其固定在干净平整的有机玻璃板上，然后用切片刀沿一个方向对凝胶固定膜进行切片，再按该方向的垂直方向进行切片，两次切片产生面积相同的方块；切片完成后，将湿滤纸盖在固定膜表面，保持5分钟，揭开滤纸后，将凝胶固定膜方块从有机玻璃板上脱离。
4.根据权利要求3所述的凝胶固定膜的二维切片方法，按以下步骤操作(1)凝胶固定膜脱水将固定膜放入凝胶真空干燥器中，干燥器温度调节到60°C，放置4-6小时，在真空条件下将固定膜干燥到含水率40-60%之间，该干燥过程将减少固定膜厚度，但不会造成固定膜在水平方向上的收缩或变形；(2)凝胶固定膜固定将干燥后的固定膜切成边长小于30mm的正方形，用玻璃棒在固定膜背面涂上一薄层溶剂型聚丙烯酸酯压敏胶，利用该压敏胶将固定膜方块黏贴在干净平整的有机玻璃板上；(3)—维切片将切片刀轻放在被固定的凝胶固定膜上，刀刃方向朝下，在切片刀顶部垫上一层橡胶皮，然后用手垂直压切片刀顶部，直至刀刃切开凝胶固定膜，此次切片产生宽度相等的凝胶固定膜长条，宽度为切片刀相邻刀刃之间距离与1个刀片厚度之和；(4)二维切片取出切片刀后，将切片刀沿着一维方向的垂直方向对凝胶固定膜进行二次切片，切片方法同步骤(2)，此次切片得到边长相等的正方形方块，方块边长长度为切片刀相邻刀刃之间距离与1个刀片厚度之和；(5)凝胶固定膜脱胶取出切片刀后，在已切成方块的凝胶固定膜表面盖上一层湿滤纸，保持5分钟，然后揭开滤纸，此时压敏胶已失去粘附力，将凝胶固定膜方块用钢针自由挑出。
全文摘要
一种用于凝胶固定膜的切片刀，设置一组并行排列、相同尺寸的刀片，刀刃位于同侧，相邻刀片之间设置相同尺寸的垫片，在每个刀片上与刀刃平行的中心线上设有对称布置的穿连孔，各垫片上亦设置对应的穿连孔，设置与穿连孔对应的螺纹穿连棒并在两端用螺母收紧，所有刀片的刀刃外露于同侧的垫片并处于同一平面。利用该切片刀对凝胶薄膜进行切片时，先利用双面胶将凝胶薄膜固定在干净平整的塑料板上，用切片刀沿一个方向对凝胶薄膜进行切片，再按该方向的垂直方向进行切片，两次切片产生面积相同的方块，切片完成后，将湿滤纸盖在凝胶薄膜表面，保持5分钟，揭开滤纸后，所产生的凝胶方块可从双面胶上脱离。
文档编号G01N1/06GK102393316SQ20111030378
公开日2012年3月28日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年10月9日
发明者丁士明, 吴伟, 许笛, 贾飞 申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所