专利名称：用来向毛细管电泳装置中馈送样品的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来向毛细管电泳装置的毛细管中馈送液体样品的方法和装置。
电泳是一种通过它可以电分离一电解液中带电粒子、且通过某些特殊方法也可以分离不带电粒子的电化学方法，这些粒子的大小从最小的离子与分子到胶体粒子。这些粒子以取决于它们的电荷与其他特性的不同速率在一电场中移动。在区带电泳法中，把待分离样品作为一狭窄区带放入电解液即本底(background)溶液中。在电场中，样品的不同成分分离成分离区带。为使这些区带不过度扩展，必须防止本底溶液的对流。在区带电泳法中，是通过例如纸、凝胶或其他支持介质稳定该溶液来做此事。
电泳发展的最新阶段是毛细管电泳，它是分析化学中进步最快的应用领域之一。在该方法中，本底溶液在一很细的毛细管中以致于液体的粘滞力会抑制对流。该毛细管的内径范围通常从20到100μm。这样，在一自由溶液中进行电泳，由此消除了由支持介质造成的扰动。还易于从毛细管中消除由电流产生的热能，因此就可施加一高压电场，从而加速分离。另外，还易于进行毛细管电泳的自动化操作。
在毛细管区带电泳中，用一装有样品溶液的毛细管将两个装有本底电解液的槽互连。每个槽都装有一个电极。把待分析的样品作为一短的区带引入毛细管的一端。为了引入样品，通常把毛细管的这一端输送到一个槽中，并把所需量的样品溶液注入毛细管，之后再把毛细管的该端送回本底溶液中。用这些槽中的电极把一范围通常从200到1000V/Cm的电场施加在毛细管上，在该电场的作用下带电粒子将开始在毛细管中运动。如果不同的粒子在电场中具有不同的速率，则它们会相互分离。粒子的区带将在不同时间通过毛细管另一端的检测器，并且测量它们的信号。
毛细管电泳具有许多优点，例如高分离速度、高分辨率和所需样品尺寸小。为了达到高分辨率，重要的是能把样品作为尽可能短的区带引入毛细管。毛细管其自身内部的容积非常小，而且样品体积必须只是毛细管容积的一小部分。毛细管电泳中注入样品的问题尚未令人满意地解决。目前有两种用于加样的方法流体动力学法和电动力学法。在这两种方法中，首先使毛细管装满本底溶液，在加样时，把毛细管接收样品的一端输送到样品溶液中，样品溶液的量必须足以使毛细管的这一端全部浸入其中。
按照流体动力学方法，通过一压差将样品注入毛细管中。该压差要么通过把毛细管端部置于不同液位从而产生一液体静压差来产生，要么用气体在一可密封样品槽中产生过压来产生，该过压将样品溶液注入毛细管中。通过选择压差及其有效作用时间来控制进入毛细管中的样品量。
在电动力学加样中，将一毛细管端放入样品槽，并且将电泳电流加在电极之间，于是样品中的带电粒子将开始以取决于其特定迁移率的速率移入毛细管。另外，在电渗的作用下，整个样品溶液将开始流入毛细管。所转移的样品量是电场与时间的函数，它对于具有不同电迁移率的物质来说是不同的。
这些已知的加样法的先决条件是把毛细管的接收样品端从本底溶液输送到样品溶液中，在取样之后再将其返回到本底溶液中，以及要有足够的样品量。这些转送步骤很麻烦并且影响所注入样品的量，另外它们在某种程度上不可控制。只把毛细管在样品溶液中浸一下将会注入少量的样品。为了能精确地控制加样，必须不把毛细管移到本底溶液外面而进行加样。
美国专利5141621公开了一种毛细管电泳系统，其中把该电泳系统的加样毛细管和分离毛细管固定连接到一界面室上。很难构造该界面并且该固定界面使例如加样毛细管和/或分离毛细管的更换复杂化。另外，在该美国专利的系统中，必须通过加样毛细管用抽吸法将样品溶液抽入界面室或分离毛细管中。在这种情况下，需要比加入分离毛细管中样品量更多的样品量。
本发明的目的是提供一种用来将样品引入毛细管区带电泳装置分离毛细管中的新颖的方法和装置。本发明的具体目的在于提供一种用其可将样品注入毛细管而无需将毛细管移到本底溶液外部的方法和装置。另外，本发明的目的在于提供一种其应用无需大量样品的方法和装置。为实现这一目的，本发明的特征在于权利要求1和9的特征项中所述的内容。
本发明的优点在于无需将分离毛细管的样品接收端移到本底溶液的外部，由此加速并简化了加样，并可精确地控制所加入样品的量。另外，所需样品量非常少。
根据主要原理，按照本发明的加样方法如下工作。最初毛细管区带电泳装置的分离毛细管的入口端处于一纯净的本底溶液中。电流和电渗流将均匀的本底溶液转移到毛细管中。为了把样品引入毛细管入口端的周围，以这样一种方式加入样品溶液，即在该端部的区域内，本底溶液由样品溶液连续代替同时保持与电极的接触。在一选择时间间隔之后，从毛细管入口端的附近抽出样品溶液，并由本底溶液代替该样品溶液。电压可在所有时间或在所选时间内接通。这样可精确地把期望大小的样品区带加入毛细管。按照该原理，还可进行流体动力学加样。
以下参照附图详细描述本发明，其中
图1绘出毛细管区带电泳法的原理；图2绘出一按照本发明的加样装置，其具有固定的加样毛细管；图3绘出一按照本发明的加样装置，其具有活动的加样毛细管；图4绘出按照本发明的活动加样毛细管的一个实施例；图5绘出按照本发明的加样毛细管的另一实施例；图6绘出按照本发明的加样毛细管的又一实施例；图7绘出按照本发明的活动加样毛细管的实施例，其中将一个短的加样毛细管整个浸入装有本底电解液的槽中。
图1表示毛细管区带电泳法的一般原理。将分离毛细管1的每一端置于装有本底电解液8的槽2与3中，这些槽具有连接到高压电源7上的电极5和6。另外，与分离毛细管1的出口端相连接，装有一检测器4，借助该检测器4检测在该毛细管中分离的粒子。例如可以根据样品的吸光率进行检测。样品在毛细管1中移动，经过检测器4进入槽3中。分离毛细管的内径一般约为25-100μm。
在图2a、2b和2c中，表示本发明的一个实施例，其中用一固定的加样毛细管9将样品溶液(N)引入毛细管入口端附近，该毛细管9的内径大于毛细管区带电泳装置的毛细管1入口端的外径。所述两个毛细管直径间的差一般约为0.1-1mm。在图2a中，把加样毛细管9的端部以一端搭接入另一端内的方式放在所述分离毛细管1的入口端周围。在此阶段，与本底溶液相接触的加样毛细管端可充满本底溶液。在图2b中，表示装在加样毛细管中的样品溶液(N)如何全部包围所述入口端，本底溶液已完全为分离毛细管1周围的样品溶液所取代。加样预定时间之后，在图2c中，经加样毛细管9用吸力将样品溶液从分离毛细管入口端周围抽出，随后样品溶液又为本底溶液所取代。图中，细箭头绘出电流和电渗流的方向，粗箭头绘出样品溶液在加样毛细管中的运动方向。
图3a、3b和3c表示按照本发明的一个实施例，其中用一活动的加样毛细管10将样品溶液(N)引入分离毛细管1入口端的附近，该毛细管10的内径大于毛细管区带电泳装置的分离毛细管1入口端的外径。所述两个毛细管直径间的差一般为0.1-1mm。在图3a中，装满样品的加样毛细管准备好下放到加样位置。电泳电压接通，本底溶液正在流入分离毛细管。图3b中，正以一端搭接到另一端内的方式将加样毛细管导入本底溶液中分离毛细管1的入口端周围，于是毛细管1入口端周围的样品溶液将取代本底溶液。借助电泳电流把样品输送到分离毛细管中。加样预定时间之后，在图3c中，从分离毛细管的入口端周围抽出加样毛细管10。与此同时，可在加样毛细管中向回吸样品溶液以避免污染本底溶液。但这并不是必须的，因为可以以一种与加样系统无关的方式使本底溶液保持纯净。通过电渗流的速度、电泳电流和加样时间确定转移到分离毛细管中的样品量。图中的细箭头绘出电流和电渗流的方向，粗箭头绘出加样毛细管中样品溶液的运动方向和加样毛细管的移动方向。
图4a、4b和4c表示本发明的一个实施例，其中用一活动的加样毛细管10将样品溶液(N)引入毛细管1入口端的附近。也可以固定安装加样毛细管10。本实施例中，在电极槽底部、分离毛细管1入口端的前面，有一个其直径大于加样毛细管外径的导管11。
图4b中，以活动的加样毛细管不会阻碍分离毛细管1入口端与本底溶液间传输的方式将含样品溶液的活动加样毛细管引到导管11中分离毛细管入口端的附近。在图4b中，注入样品溶液以使其全部充满毛细管1入口端的周围。借助电流和电渗流或毛细管另一端产生的吸力把样品输送到分离毛细管1中。加样期望时间之后，在图4c中，从分离毛细管入口端的附近抽出加样毛细管10。与此同时，可经过加样毛细管吸取溶液以便保持电极槽中本底溶液的纯度。不过，这并不是必须的，因为如果预计将会污染本底溶液，则可以以一种与加样系统无关的方式使其保持纯净。图中细箭头绘出电流和电渗流的方向，粗箭头绘出加样毛细管中样品溶液的运动方向和加样毛细管的移动方向。
在图5所示的本发明实施例中，已将分离毛细管1的上端固定从而使其上边缘与本底溶液槽的底部在同一水平上。在本底溶液槽的底部，有构成底部一部分的突起12。已将一活动的加样毛细管10下放到加样位置，在分离毛细管1入口的周围已有所加入的样品溶液，该样品溶液在电泳电流的作用下正开始流入分离毛细管中。在一段适当时间之后，可经加样毛细管10或以其它方式吸取任何过量的样品溶液。
图6中，在本底溶液槽的底部，有构成底部一部分的凹槽13，该凹槽为加样毛细管10的移动导向。分离毛细管端部的上边缘与凹槽的底部位于同一水平。象图5中那样进行加样。在图5与6的实施例中，加样毛细管的内径大体等于或稍大于分离毛细管的内径。
图7a中，装有臂14的加样毛细管10中装满样品，准备好下放到加样位置。电泳电压接通，本底溶液正流入分离毛细管1中。箭头绘出流向。图7b中，以两毛细管的端部相对的方式已将加样毛细管10下放到分离毛细管1的入口处。加样毛细管10很短以致把它完全浸入本底溶液中，它一般例如为2-10mm。借助电泳电流把样品转移到分离毛细管中。在图7的实施例中，加样毛细管的内径与分离毛细管的内径之比的范围一般可以从0.1到2。通过为加样毛细管选择一更小的内径，获得一个更小的样品体积。样品体积也可以受加样毛细管长度的影响。
权利要求
1．一种用来将样品引入毛细管区带电泳装置的分离毛细管(1)中的方法，该毛细管区带电泳装置包括两个装有本底电解液(8)的槽(2、3)，用一装有本底电解液的毛细管(1)将这两个槽互连；位于槽中的电极(5、6)，这些电极与一高压电源(7)相连接；以及一毛细管出口端处的检测器(4)，其特征在于用一固定或活动的加样毛细管(9、10)，以存在于加样毛细管(9、10)中的或从其中加入的样品溶液(N)将整个包围上述入口端的方式，通过把加样毛细管置于毛细管区带电泳装置的分离毛细管(1)入口端的附近进行加样，且在一预定时间之后从毛细管区带电泳装置的毛细管(1)入口端的附近抽出加样毛细管，随后，样品溶液(N)将由本底溶液(8)取代。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于加样毛细管(9)是固定的，且其内径大于毛细管区带电泳装置的毛细管(1)入口端的外径，并且以此两端将会一端搭接在另一端内的方式，在上述入口端周围放置加样毛细管的端部，且在一预定时间之后，从毛细管区带电泳装置的毛细管(1)入口端周围抽出样品溶液。
3．根据权利要求1的方法，其特征在于加样毛细管(10)是活动的，且其内径大于毛细管区带电泳装置的毛细管(1)入口端的外径，并且以此两端将会一端搭接在另一端内的方式在上述入口端周围放置加样毛细管的端部，且在一预定时间之后，从毛细管区带电泳装置的毛细管(1)入口端周围抽出加样毛细管(10)。
4．根据权利要求1的方法，其特征在于毛细管区带电泳装置的毛细管(1)入口端与形成于电极槽底部的一导管(11)固定连接，该导管的直径大于加样毛细管(10)的直径，并且将活动的加样毛细管导入导管(11)内，使其进入毛细管区带电泳装置的毛细管(1)入口端的附近，且在一预定时间之后，从所述入口端的附近抽出加样毛细管(10)。
5．根据权利要求1的方法，其特征在于毛细管区带电泳装置的毛细管(1)入口端与形成于电极槽底部的一导管(11)固定连接，该导管的直径大于加样毛细管(10)的直径，并且将一固定的加样毛细管置于毛细管区带电泳装置的分离毛细管(1)入口端的附近，且在一预定时间之后，从所述入口端的附近抽出样品(N)。
6．根据权利要求1的方法，其特征在于将毛细管区带电泳装置的分离毛细管(1)上端的上边缘固定在与形成于本底溶液槽底部的一突起(12)的上边缘相同水平处，并且将一活动的加样毛细管(10)的端部导入分离毛细管入口端的附近，且在一预定时间之后，从所述入口端的附近抽出加样毛细管(10)。
7．根据权利要求1的方法，其特征在于将毛细管区带电泳装置的分离毛细管(1)上端的上边缘固定在与形成于本底溶液槽底部的一凹槽(13)的底部相同水平处，并且将活动的加样毛细管(10)的端部导入分离毛细管(1)入口端的附近，且在一预定时间之后，从所述入口端的附近抽出加样毛细管(10)。
8．根据权利要求1的方法，其特征在于以两毛细管的端部相对的方式将装有一臂(14)的加样毛细管(10)的端部导入分离毛细管(1)入口端的附近，并且将加样毛细管完全浸入本底溶液中，且在一预定时间之后，从所述入口端的附近抽出加样毛细管(10)。
9．一种用来将样品引入毛细管区带电泳装置的分离毛细管(1)中的装置，该毛细管区带电泳装置包括两个装有本底电解液(8)的槽(2、3)，这些槽通过一装有本底电解液的毛细管(1)互连；置于这些槽中的电极(5、6)，这些电极与一高压电源(7)相连；和一位于毛细管出口端的检测器(4)，其特征在于它包括一装有样品溶液(N)的活动或固定的加样毛细管(8、10)。
10．根据权利要求9的装置，其特征在于毛细管区带电泳装置的毛细管(1)入口端与形成于电极槽底部的一导管(11)固定连接，该导管的直径大于加样毛细管(10)和毛细管区带电泳装置的毛细管(1)的直径。
全文摘要
本发明涉及用来将样品引入毛细管区带电泳装置的分离毛细管(1)中的方法和装置,该毛细管区带电泳装置包括:两个装有本底电解液(8)的槽(2、3),这些槽通过一装本底电解液的毛细管(1)互连;置于这些槽中的电极(5、6),这些电极与一高压电源(7)相连;和一位于毛细管出口端的检测器(4)。用一固定或活动的加样毛细管(9、10),以样品溶液(N)将整个包围所述入口端的方式,通过将加样毛细管置于毛细管区带电泳装置的毛细管(1)入口端的附近加样,并且借助一电泳电流或以某种其他的方式将样品转移入分离毛细管(1)中,且在一预定时间之后,从所述入口端的附近抽出样品溶液,随后样品溶液由本底溶液(8)取代。
文档编号G01N27/447GK1212758SQ97192790
公开日1999年3月31日 申请日期1997年3月6日 优先权日1996年3月7日
发明者劳诺·沃塔南 申请人:芬兰技术研究中心