防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置及其使用方法，用于测定蛋白质总浓度，主要包括阳极流通室、阴极流通室、电泳管、流通室底座、三通阀、输液泵、阳极冲洗泵、阴极冲洗泵、软管、阳极储液瓶、阴极储液瓶、废液回收瓶和相机，阳极储液瓶、阴极储液瓶通过软管分别与阳极流通室、阴极流通室相连通。阳极流通室和阴极流通室的流道设计可方便有效的将液体与凝胶交界处的气泡排除。本装置和方法既能保证电极液有良好的流动通路不渗漏，又能快速可靠的排除电极液与凝胶之间的气泡保证了电路通畅，为电泳滴定实验的进行提供简便、安全可靠的实验环境。
【专利说明】 防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分析化学技术、生物技术和转化医学等的【技术领域】，特别是一种防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]检测食品中蛋白总含量对于衡量食品营养价值、判定商品价格、评定食材质量等方面有很大的意义(Moore, J.C., DeVries, J.ff., Lipp, Μ., Griffiths, J.C., Abernethy, D.R., 2010, Comper.Rev.Food Sc1.Food Saf.，9，330-357.)。并且蛋白质含量分析在临床诊断中具有重要应用，比如血清和尿液蛋白定量分析(康熙熊，《临床电泳》，人民卫生出版社，2006 年)。
[0003]现有主流蛋白质含量的检测方法主要为凯氏定氮法，它已成为各种生物样品(尤其食品和乳品)蛋白含量分析的重要标准方法之一。其他分析方法有如Dumas 法(Kjeldahl, J.Z., 1883, Anal.Chem., 22, 366-382.)、光谱法(Kennedy, J.F., White, C.A., Browne, A., 1985, J.Food Chem.，18，95-112.)、双缩脲法(Cole, Ε.R., 1969, Rev Pure and App 1.Chem., 19, 109-130.)、Lowry 法(Lowry, 0.H., Rosebrough, N.J., Farr, A., Randall, R., 1951, J.B1l.Chem., 193, 265-275.)、BCA 法(Smith, P.K., Krohn, R.1., Hermanson, G.T., Mal I ia, A.K., Gartner, F.H., Provenzan, M.D., Fujimoto, E.K., Goeke, N.M., Olson, B.J., Klenk, D., 1985, Anal.B1chem.，150，76-85.)、紫外吸收法(Layne, E.，1957，Method.Enzymo1.，3，447-454.)以及考马斯亮蓝法(Bradford, Μ., 1976, Anal.B1chem., 72, 248-254.)等。但是凯氏定氮法和Dumas法都容易受非蛋白氮(non protein nitrogen, NPN)影响。这就会使不良商家有机会在食品中非法添加NPN来虚假提高食品蛋白质含量，已有的典型例子比如奶粉中添加三聚氰胺(Moore, J.C., DeVries, J.ff., Lipp, Μ., Griffiths, J.C., Abernethy, D.R., 2010, Comper.Rev.Food Sc1.Food Saf.，9，330-357.)。摄入三聚氰胺会引起肾结石、血尿，严重的会导致急性肾功能衰竭甚至死亡(Lam, C.ff., Lan, L., Che, X., Tam, S., Wong, S.S.Y.，Chen, Y.，Jin, J.，Tao, S.H.，Tang, X.M.，Yuen, K.Y.，2009, Clin.Chim.Acta, 402, 150-155.)。此外，不良商家还会在食品中非法添加尿素，尿素的添加会降低食品营养价值甚至影响公众的身体健康(Trivedi, U.，Lakshminarayana, D.，Kothari,
1.，PateljN.，Kapsej H.，Makhi ja，K.，Patel, P.，Panchalj C.，2009，Sensor Actuator.B-Chem.，140，260-266.)。
[0004]对此，已有学者提出了相关新技术、新装置和新方法解决以上非法添加NPN问题。2010-2011 年，Yang 等提出了基于移动反应界面(moving react1n boundary, MRB)概念(Q.Yang, L.Y.Fan, S.S.Huang, ff.Zhang, C.X.Cao, 2011, Electrophoresis, 32, 1015-1024.)
，申请了“用于测定酸碱浓度的电迁移酸碱滴定装置”的发明专利(中国发明专利，2010年，申请号:201010596012.7)。2012-2013年，Wang等申请了“一种用于测定蛋白质总浓度的可视化生物传感器装置”的发明专利(中国发明专利，2012年，申请号:201210142985.2)，提出了基于MRB蛋白质电泳滴定的装置和技术(H.Y.Wang, J.Yang, J.Y.Dong, ff.Zhang, L.Y.Fan, W.B.Zhang, C.X.Caoj 2012，Chinese J.Anal.Chem.，40，968-972.H.Y.Wang, C.Y.Guoj C.G.Guoj L Y.Fan, L Zhang, C.X.Caoj 2013，Anal.Chim.Acta, 774，92-99.)，并用于乳品等蛋白质含量分析(C.Y.Guoj H.Y.Wang, X.P.Liuj L Y.Fan, L Zhang, C.X.Caoj 2013，Electrophoresis，34，1343-1351.H.Y.Wang, S.Li，Y.Y.Tang, J.Y.Dong, C.X.Caoj 2013，AnalySt, 138，3544-3551.)。最近，他们进一步申请了基于移动反应界面电泳的高通量蛋白质滴定方法(中国发明专利，2013年，申请号=201310089084.6)。
[0005]基于MRB蛋白质电泳滴定技术是通过聚丙烯酰胺凝胶将蛋白质分子均匀的固定到电泳管中，然后通过阴极液中的0H_与固定的蛋白质酸性基团形成中和反应形成界面，或阳极液中的H+与固定的蛋白质碱性基团形成中和反应界面。如果在电泳滴定管中存在指示剂，就能观察到中和反应界面移动情况。蛋白质的浓度与界面移动速度存在一定的线性关系。因此，通过相机等记录能够得到电泳管中MRB移动速度，再与已经建立好的蛋白质浓度标准曲线比较就能够确定未知蛋白质浓度。该电泳滴定的方法能够快速检测蛋白质总量，尤其具有很强对抗各种非蛋白氮干扰的能力(H.Y.Wang, C.Y.Guo, C.G.Guo, L.Y.Fan, L.Zhang, C.X.Cao, 2013, Anal.Chim.Acta., 774, 92-99.Η.Y.Wang, Y.Τ.Shi, J.Yan, J.Y.Dong, S.Li, H.Xiao, H.Y.Xie, L.Y.Fan, C.X.Cao, 2014，Anal.Chem.，86，2888-2894.)。
[0006]经过对以上科学和专利技术文献的分析发现，各种MRB电泳滴定的关键是一种用于测定蛋白质总浓度的可视化生物传感器装置(中国发明专利，2010年，申请号:201010596012.7)。该装置主要是通过四通玻璃管来实现阴极和阳极电极液与玻璃管内胶体的连通，其中装置中的电泳管与四通玻璃管是通过橡胶管来实现连接的，在实际操作过程中比较繁琐，而且对于玻璃管中胶体与电极液接触部分容易存在气泡且排除困难。气泡的存在导致电场分布异常，造成电泳滴定的稳定性和重复性下降。常用的方法需要用注射器针头刺破橡胶管吸出气泡，带有破坏性，且操作繁琐。此外，存在多处电极液的渗漏问题。第一是刺破的橡胶管导致电极液渗漏。第二是电泳滴定结束后从软管中移除电泳管时所导致的电极液泄漏。酸性和碱性电极液的渗漏不仅对实验操作人员造成严重的安全隐患，同时渗漏的酸性和碱性电极液会腐蚀仪器设备。
【发明内容】
[0007]针对上述技术的不足，本发明提供了一种防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置及其使用方法。本发明不仅能将电极液与电泳管中凝胶之间的气泡迅速排除，而且具有自动防渗漏的功能，使用简便。
[0008]本发明是通过以下技术方案来实现的:
[0009]一种防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置，包括流通室底座、阳极流通室、阴极流通室、电泳管、三通阀、输液泵、阳极冲洗泵、阴极冲洗泵、软管、阳极储液瓶、阴极储液瓶、废液回收瓶和软密封件，阳极流通室、阴极流通室、电泳管均布置在流通室底座上；在阳极侧布置三根软管，其中第一根软管的一端插入阳极储液瓶内，其另一端与三通阀相连，通过三通阀再与阳极流通室的一下端口相连接，输液泵布置在第一根软管上；第二根软管的一端插入阳极储液瓶内，其另一端与三通阀相连接，阳极冲洗泵布置在第二根软管上；第三根软管的一端插入阳极侧废液回收瓶内，其另一端与阳极流通室的上端口相连接。在阴极侧也布置三根软管，其中第一根软管的一端插入阴极储液瓶内，通过三通阀其另一端与阴极流通室的一下端口相连接，输液泵布置在第一根软管上；第二根软管的一端插入阴极储液瓶内，其另一端与三通阀相连接，阴极冲洗泵布置在第二根软管上；第三根软管的一端插入阴极侧废液回收瓶内，其另一端与阴极流通室的上端口相连接。电泳管的两端分别与阳极流通室的另一下端口、阴极流通室的另一下端口相连接，端口与电泳管之间布置有疏水性的密封件。
[0010]进一步的，还包括通过支架垂直布置在电泳管上方的CXD相机。
[0011]进一步地，在本发明中阳极流通室、阴极流通室均由腔体、密封垫和上盖组成，电极接头布置在上盖上，电极接头的两端分别安装钼电极和插座，钼电极插入流通室内，插座通过导线分别与布置在流通室底座上的电源的正负极相连接。
[0012]进一步地，在本发明中在阳极流通室、阴极流通室内均布置倒置T型的流通通道，纵向通道的内径为5_20mm,横向通道内径为电泳管的内径为2_8mm,流通室与电泳管连接处横向通道长度为3-15_，纵向通道的长度为20-100mm，腔体内部光滑透明。
[0013]进一步地，在本发明中阳极流通室固定在流通室底座上，阴极流通室通过压缩弹簧与流通室底座相连接，电泳管受弹簧作用力被其两端的流通室夹紧。
[0014]所述流通室腔体内部光滑透明。
[0015]阳极端第一根软管的一端插入阳极储液瓶内，其另一端与三通阀相连，通过三通阀再与阳极流通室的左下端口相连接。
[0016]阴极端第一根软管的一端插入阴极储液瓶内，其另一端与三通阀相连，通过三通阀再与阴极流通室的右下端口相连接。
[0017]电泳管的两端分别与阳极流通室的右下端口、阴极流通室的左下端口相连接。
[0018]一种使用上述防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置的方法，包括如下步骤:
[0019]步骤一，安装电泳管，使之夹在阳极流通室和阴极流通室之间；
[0020]步骤二，在进行排气之前，调节三通阀，使输液泵与阳极流通室之间的通路以及输液泵与阴极流通室之间通路均打开，阳极端和阴极端的第二根软管通路关闭，开启输液泵将阳极储液瓶和阴极储液瓶中的缓冲液分别泵入对应的阳极流通室和阴极流通室中，使缓冲液完全充满阳极流通室和阴极流通室，并流入第三根软管；
[0021]步骤三，关闭输液泵，通过旋转三通阀使输液泵与阳极流通室之间通路以及输液泵和阴极流通室之间通路均关闭，并使阳极冲洗泵与阳极流通室之间通路以及阴极冲洗泵与阴极流通室之间通路均打开；
[0022]步骤四，打开阳极冲洗泵、阴极冲洗泵使电极液分别快速流入阳极流通室和阴极流通室，通过电极液快速扰动排除电泳管两端残留气泡；
[0023]步骤五，排气完成后，旋转三通阀开关，使阳极冲洗泵与阳极流通室之间通路以及阴极冲洗泵与阴极流通室之间通路均关闭，并使输液泵与阳极流通室之间通路道以及输液泵与阴极流通室之间通路均打开。
[0024]与已有电泳滴定装置相比，本发明能够实现以下新功能:
[0025]第一、电泳管的安装过程简单方便。先用手压紧可移动端的卡座，然后将注满聚丙烯酰胺凝胶的电泳管两端对准阳极和阴极流通室的接口端，松开压缩弹簧，通过弹簧的弹力即可夹紧电泳管两端接口，确保密封良好。
[0026]第二、方便可靠的排气功能。充满凝胶的电泳管与阳极流通室和阴极流通室连接好后，启动输液泵进行电极液灌注。灌注完成后，在电泳管与流通室的连接处会存留气泡，这些气泡的存在会导致电路通路不畅甚至阻断。为排除气泡，调节三通阀，打开阳极(阴极)电极流通室与阳极(阴极)冲洗泵之间通路，开启冲洗泵0.5-10秒，通过快速流动液体产生的扰流排除在电泳管两端残留的气泡。如果仍有气泡存留，重复以上操作过程。
[0027]第三、避免了因电泳管两端软管刺破排气造成的电极液渗漏。进行气泡排出时整个过程中电极室内电极液都处在封闭环境中，只需要控制三通阀开关和冲洗泵，不需要人为的刺破软管排气，这样就避免了因排气刺破软管后产生的电极液渗漏问题。
[0028]第四、避免了电泳滴定结束后从软管中移除电泳管时所导致的电极液的泄漏。电泳滴定结束后，从装置上取下电泳管时，电泳管与电极室接口处的端口并不会有电极液泄漏，这是因为废液回收瓶的液体水平(最高点)位置一般都低于流通室连接处水平位置。当关闭输液泵取下电泳管后，阳极(阴极)流通室与电泳管连接端口其内径较小且有疏水性密封件与液体表面形成的表面张力不易被打破，因此，阳极(阴极)流通室中液体首先会从上盖的出口处流向废液回收瓶。为了保证压力平衡阳极(阴极)流通室与电泳管连接端口反而会吸入一定量空气；所以电极液并不会从阳极(阴极)流通室与电泳管连接端口泄漏。这不仅方便了电泳管的更换，而且使实验操作过程更为安全可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0030]图1为本发明的整体结构示意图；
[0031]图2为本发明阳极(阴极)流通室装配视图和透明腔体工程视图；
[0032]图3为本发明阳极(阴极)流通室固定于底座结构三维视图；
[0033]其中，1、阳极流通室，2、阴极流通室，3、电泳管，4、流通室底座，5、三通阀，6、输液泵，7、阳极冲洗泵，8、阴极冲洗泵，9、软管，10、阳极储液瓶，11、阴极储液瓶，12、废液回收瓶，13、(XD相机，14、软密封件，15、腔体，16、密封垫，17、上盖，18、电极接头，19、钼电极，20、插座，21、纵向通道，22、横向通道，23、流通室与电泳管连接处，24、压缩弹簧，25、卡座，26、紧固件。
【具体实施方式】
[0034]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0035]如图1、图2、图3所示，电泳管3中放置有已配制的凝胶，凝胶中混有待检测蛋白质的样品、适量酸碱指示剂、背景电解质溶液，电泳管3两端分别于阳极流通室I和阴极流通室2连接并放置于流通室底座4上受到压缩弹簧24推力后夹紧，加之电泳管3与阳极流通室I和阴极流通室2连接处有软密封件14缓冲，确保了两者连接的密封性和可靠性；阳极流通室I的入口端与阳极储液瓶10用软管9连接，阴极流通室2的入口端与阴极储液瓶11也用软管9连接；需要注意的是，软管9要经过输液泵6的加载，即输液泵6为通路中的液体提供流动动力；在软管9靠近阳极流通室I和阴极流通室2入口处截断并分别连入可控三通阀5，三通阀5剩下端口各自用软管9与阳极冲洗泵7和阴极冲洗泵8连接；阳极流通室I与阴极流通室2的出口端各自通过软管9与废液回收瓶12接通。
[0036]在本发明的使用过程中，首先，在进行排气之前，调节三通阀5，使输液泵6与阳极流通室I之间的通路打开，以及输液泵6与阴极流通室2之间通路打开，阴极端和阳极端的第二根软管通路均关闭，开启输液泵6将阳极储液瓶10、阴极储液瓶11中的缓冲液分别泵入对应的阳极流通室I和阴极流通室2中；而后，当阳极流通室1、阴极流通室2和第三根软管9完全充满缓冲液后，关闭输液泵6，通过旋转三通阀5关闭输液泵6与阳极流通室I之间的通路，关闭输液泵6和阴极流通室2之间通路，阳极冲洗泵7与阳极流通室I之间通路打开，阴极冲洗泵8和阴极流通室2之间通路打开；然后，打开阳极冲洗泵7、阴极冲洗泵8使阳极和阴极电极液分别快速流入阳极流通室I和阴极流通室2，通过快速流动液体产生的扰流排除在电泳管两端残留的气泡；排气完成后，旋转三通阀5开关，关闭阳极冲洗泵7与阳极流通室I之间通路，关闭阴极冲洗泵8与阴极流通室2之间通路，打开输液泵6与阳极流通室I之间通路，打开输液泵6与阴极流通室2之间通路。最后，开启电泳电源，进行蛋白质电泳的滴定并记录中和界面移动，通过界面移动换算成蛋白质的浓度。
[0037]与现有技术相比，本发明设计合理，操作简单并且实现了以下新功能。第一、电泳管的安装过程简单方便；第二、方便可靠的排气功能，能有效迅速地排除电泳管3内凝胶和电极流通室内电极液接触部位的气体；第三、避免了因电泳管两端软管刺破排气造成的电极液渗漏；第四、避免了电泳滴定结束后从软管中移除电泳管时所导致的电极液的泄漏。
[0038]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置，其特征在于，包括阳极流通室(I)、阴极流通室(2)、电泳管(3)、流通室底座(4)、三通阀(5)、输液泵￠)、阳极冲洗泵(7)、阴极冲洗泵(8)、软管(9)、阳极储液瓶(10)、阴极储液瓶(11)、废液回收瓶(12)和软密封件(14)，其中，阳极流通室(I)、阴极流通室(2)、电泳管(3)均布置在流通室底座(4)上；在阳极侧布置三根软管(9)，其中第一根软管(9)的一端插入阳极储液瓶(10)内，其另一端与三通阀(5)相连，通过三通阀(5)再与阳极流通室⑴的一下端口相连接，输液泵(6)布置在第一根软管(9)上，第二根软管(9)的一端插入阳极储液瓶(10)内，其另一端与三通阀(5)相连接，阳极冲洗泵(7)布置在第二根软管上，第三根软管(9)的一端插入阳极侧废液回收瓶(12)内，其另一端与阳极流通室(I)的上端口相连接；在阴极侧也布置三根软管(9)，其中第一根软管(9)的一端插入阴极储液瓶(11)内，其另一端与三通阀(5)相连，通过三通阀(5)再与阴极流通室(2)的一下端口相连接，输液泵(6)布置在第一根软管(9)上，第二根软管(9)的一端插入阴极储液瓶(11)内，其另一端与三通阀(5)相连接，阴极冲洗泵布置在第二根软管上，第三根软管(9)的一端插入阴极侧废液回收瓶(12)内，其另一端与阴极流通室(2)的上端口相连接；电泳管(3)的两端分别与阳极流通室(I)的另一下端口、阴极流通室(2)的另一下端口相连接，端口与电泳管(3)之间布置有疏水性的软密封件(14)。
2.根据权利要求1所述的防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置，其特征在于，阳极流通室(I)、阴极流通室(2)均由腔体(15)、密封垫(16)和上盖(17)组成，电极接头(18)布置在上盖(17)上，电极接头(18)的两端分别安装钼电极(19)和插座(20)，钼电极(19)插入流通室内，插座(20)通过导线分别与布置在流通室底座(4)上的电源的正负极相连接。
3.根据权利要求2所述的防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置，其特征在于，在阳极流通室(I)、阴极流通室⑵内均布置倒T型的流通通道，纵向通道(21)的内径为5-20mm，横向通道(22)内径为l-5mm，电泳管(3)的内径为2_8mm，流通室与电泳管连接处(23)横向通道长度为3-15mm，纵向通道(21)的长度为20_100mm。
4.根据权利要求1、2或3所述的防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置，其特征在于，流通室底座(4)还包括卡座(25)和紧固件(26)，其中左边卡座(25)固定，右边卡座(25)可移动，阳极流通室(I)布置在固定卡座(25)上，阴极流通室(2)布置在可移动卡座(25)上并通过压缩弹簧(24)与流通室底座(4)相连接，电泳管(3)受弹簧作用力被其两端的流通室夹紧。
5.根据权利要求3所述的防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置，其特征在于，所述流通室腔体内部光滑透明。
6.根据权利要求1所述的防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置，其特征在于，还包括通过支架垂直布置在电泳管(3)上方的C⑶相机(13)。
7.一种使用权利要求1所述防渗漏电泳滴定电极液流动排气装置的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一，在阳极流通室(I)和阴极流通室(2)之间放置含有已配置好凝胶的电泳管(3)，确保密封良好； 步骤二，在进行排气之前，调节三通阀(5)，使输液泵(6)与阳极流通室(I)以及输液泵(6)与阴极流通室(2)之间通路均打开，阳极端和阴极端第二根软管通路均关闭，开启输液泵(6)将阳极储液瓶(10)、阴极储液瓶(11)中的缓冲液分别泵入到对应的阳极流通室(I)和阴极流通室(2)中，并使缓冲液流入第三根软管(9)； 步骤三，关闭输液泵￠)，通过旋转三通阀(5)关闭输液泵(6)与阳极流通室(I)以及输液泵(6)和阴极流通室(2)之间通路，打开阳极冲洗泵(7)与阳极流通室(I)以及阴极冲洗泵⑶和阴极流通室⑵之间通路； 步骤四，打开阳极冲洗泵(7)和阴极冲洗泵(8)使电极液分别快速流入阳极流通室(I)和阴极流通室(2)，通过流道内扰流排除气泡； 步骤五，排气完成后，旋转三通阀(5)开关，关闭阳极冲洗泵(7)与阳极流通室(I)之间通路以及阴极冲洗泵⑶与阴极流通室⑵之间通路，打开输液泵(6)与阳极流通室(I)以及输液泵(6)与阴极流通室(2)之间通路，开启输液泵￠)，进行实验。
【文档编号】G01N27/42GK104237359SQ201410478864
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】曹成喜, 张强, 申乔祎, 肖华, 樊柳荫 申请人:上海交通大学