CN1675538A - 用于预先铸造可水合分离介质的低阻电泳的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
提供促进预先铸造可水合分离介质(通常为固定pH梯度(IPG)带)的电泳的方法和设备。该方法利用预先铸造可水合分离介质一旦再水合时的膨胀帮助把该介质容纳到能和该封闭的分离介质进行隔开的电连通的封闭件中。该电连通允许在该封闭分离介质中建立足以使其中的被分析物实现分离的电压梯度。提供用来实现本发明的方法的贮盒、缓冲剂芯、电泳***和成套工具。
Description
相关申请的相互引用
本申请要求2002年6月18日申请的美国临时申请序列号60/390,259的优先权,并且是2002年3月18日申请的美国申请序号10/102,188的部分继续申请,后者要求2001年5月10日申请的美国临时申请序号60/290,464的优先权,这些公开整体地收录作为参考资料。
技术领域
本发明涉及用于预先铸造可水合分离介质(prior-cast hydratableseparation media)的电泳的方法和设备。本发明尤其涉及用于利用固定PH梯度(IPG)带来引导等电子聚焦的方法、贮盒、缓冲剂芯和***。
背景技术
三十多年来,等电子聚焦(IEF)一直充当分析复杂混合物中存在的蛋白质,例如生物样本中存在的蛋白质,的主要工具。
在等电子聚焦中,借助于外加电场通过典型地在支持基质例如凝胶中建立的pH梯度来驱动蛋白质。在蛋白质的等电点(pl)和本地pH吻合之前蛋白质迁移;在该点上,蛋白质不再带有净电荷并且停止迁移,变成聚焦在某个点上是该蛋白质的一种特征。
如最初描述那样,通过移动载体两性电解质(CA)在凝胶基质中建立并且保持用于IEF的pH梯度。当存在带有电荷特征范围的CA群体时凝胶典型地会聚合;一旦施加电压梯度,类别不同的CA会把自己对齐在基质中以通过凝胶形成pH梯度。
尽管已经证明利用CA的IEF非常有用,但是很快发现CA形成的pH梯度对通过大气二氧化碳的滴定是敏感的,这导致CA向阴极的迁移从而随着时间破坏pH梯度,即所谓的阴极漂移(drift)现象。
通过把IEF凝胶灌注在封闭的管中从而限制对大气CO2的暴露,可以减小阴极漂移。但是,聚合期间管子捕集基质中的预聚合成分杂质,这会干扰分离。另外,当希望第二维分离例如按尺寸分馏时,管的规格造成困难。
在应对阴极漂移问题的一种不同方法中,Bjellqvist及其同事固定支持基质中的pH梯度,即现在称为固定pH梯度(IPG)等电子聚集的方法。参见,Biellqvist等,J.Biochem.Biophys.Methods 6(4):317-39(1982);Righetti等,Trends Biochem.Sci.13(9):335-8(1998);Righetti等,Methods Enzymol.270:235-55(1996);美国专利4,130,470号;以及Righetti,Immobilized pH Gradient:Theory andMethodology,(Laboratory Techniques in Biochemistry and MolecularBiology,Vol.20),Elsevier Biomedical Press,LTD,Netherlands(ASIN:0444813012)。很快带有IPG IEF并且接着进行按尺寸分馏的二维电泳随之而来。参见Gorg等,Electrophoresis 9(9):531-46(1988)。
IPG不仅减小阴极漂移问题,而且在减小预聚合成杂质的干扰上证明是有用的,因为IPG带的塑料底板对凝胶赋予足够的结构回弹性以在使用前冲洗凝胶。这种提高的回弹性还允许在使用前以脱水的形式储存凝胶。当今一些销售商(例如,Immobiline DryStrip Gels,Amersham Biosciences,Piscataway,NJ,USA;ReadyStrip IPG,Bio-Rad Laboratories,Hercules,CA,USA)按各种PH范围和各种分离长度出售脱水的IPG带。
但是,仍存在问题。
尽管固定形成梯度的两性电解质防止了阴极漂移,但带电的固定部分(固定线(immobiline))仍对通过大气CO2的滴定敏感。由于IPG带的分离介质至少在一侧上对空气直接暴露,CO2滴定加剧。对空气的直接暴露还在电泳期间导致基质可能脱水,并可能导致盐结晶。
这些问题部分地已通过方法学解决办法而不是结构性解决办法加以解决:塑料衬托的IPG带典型地在闭塞油层下面电泳,该油层既隔断大气又阻碍蒸发。
但是,利用闭塞液态油层本身引起二项困难。其中的主部分是要求在把IPG带保持在水平方向中进行电泳。强制水平取向使得不能采用典型地用于SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的(SDS-PAGE)的(例如在Tippins等的美国5,888,369号专利中说明的)轨迹(footprint)较小的垂直电泳部件。此外,使用油要求灵巧的手调技术并且此是耗时的。
Wiktorowicz等的美国6,013,165号专利说明一种其中可以不利用液体油层进行固定pH梯度电子聚焦的设备。在于二块板之间形成的腔的相对主表面的至少一个上固定连续pKa梯度。接着对该可进一步分割成多个平行通道的腔填充可流动的分离介质。最好利用该水平取向的组件进行电泳以使该可流动的分离介质中的对流为最小。该设备不能方便地***预先铸造的能水合分离介质,例如商用IPG带,而且它不能方便地进行垂直维度上的电泳。
从而技术上存在着对允许IPG带以及其它预先铸造可水合分离介质在无须和闭塞液态油层相接触的情况下进行电泳的方法和设备的需求。技术上还存在着对允许IPG带以及其它预先铸造可水合分离介质在垂直定向的情况下进行电泳的方法和设备的需求。
发明内容
本发明通过提供避免使用闭塞油层并且从而避免在水平取向中进行电泳的要求的、对预先铸造可水合分离介质进行电泳的方法、设备和成套工具,以便解决这些以及其它技术要求。
本发明部分地基于这样的发现:可以利用伴随预先铸造可水合分离介质的再水合的膨胀来帮助把这种介质容纳在允许与封闭的分离介质进行隔开的电连通的套中。这种隔开的电连通能在预先铸造可水合分离介质密封的情况下对该介质施加电压梯度,从而允许在贮盒内进行电泳。
通过密封大大减少分离介质和空气的接触。在预先铸造可水合分离介质是IPG带的情况下,和空气接触的减少避免了现有技术中在固定pH梯度等电子聚焦中利用液态油层实现闭塞接触的要求。
被密封并且没有伴随的液态油层,预先铸造分离介质可在任何物理定向下电泳。在预先铸造可水合分离介质是IPG带的情况下,不再需要现有技术中的水平电泳充许全新地利用当今用来进行SDS-PAGE的广泛采用、小轨迹、垂直电泳凝胶盒来进行IPG电泳。
本发明还基于使电源和凝胶之间的电阻为最小的新颖设备设计;寄生***阻抗的减小允许利用低电压在缩短的时间下进行分离,尤其是IPG带中的等电子聚焦。
于是,在第一方面,本发明提供一种实现电泳的方法,其包括:在允许和密封介质进行隔开的电通信的密封件内水合地容纳预先铸造可水合电泳分离介质;以及,接着利用该隔开的电连通在该密封的分离介质中建立足以实现被分析物的电泳分离的电压梯度。
在一实施例中,该方法还包括在脱水状态下把预先铸造可水合电泳分离介质插到该密封件中的先行步骤。在另一实施例中,该方法还包括从该密封件取出预先铸造可水合电泳分离介质的后续步骤。该介质一旦被取出后可以例如被用于向凝脱施加一维分馏样本以实现第二维分离。
在一些实施例中,该水合容纳步骤包括:使脱水的预先铸造可水合电泳分离介质和水溶液(通常含有要分馏的样本的水溶液)相接触。
在执行利用pH梯度带的等电子聚焦中本发明的方法是特别有用的。这样,实现本发明所使用的预先铸造可水合电泳分离介质可以有益地具有固定的pH梯度。
如上面说明那样,本发明的方法包括使用一个密封件,其包括(i)用于在其内水合地容纳预先铸造电泳分离介质的装置,以及(ii)用于和该密封的分离介质进行隔开的电连通的装置,其中该隔开的电连通装置可用于对该密封介质施加足以使其中存在的被分析物实现电泳分离的电压梯度。
这样,在另一个方面,本发明提供一种用于进行电泳的贮盒,其包括:用于在密封件中水合地容纳预先铸造电泳分离介质的装置;以及,用于和该密封的介质进行隔开的电连通的装置,其中该隔开的电连通装置可以用于在该分离介质中建立足以使其中的被分析物实现电泳分离的电压梯度。
在一些实施例中,本发明的贮盒包括:一个形状保持件,以及至少一个通道,其中,该形状保持件对该通道或这些通道赋予形状完整性。在典型实施例中,该贮盒包含多个这样的通道。
该贮盒中存在的并且用来实现本发明的方法的每个通道具有第一通道入口、第二通道入口以及二者间的腔,该通道腔尺寸设定成允许***脱水状态下的可水合预先铸造电泳分离介质并且密封地容纳该再水合状态下的带。该第一和第二通道入口允许与该通道腔的隔开之间的电连通;该隔开的电连通允许电流流过该通道腔。
在一些实施例中,该形状保持件提供这些通道的腔的周壁。在其它实施例中,该贮盒还包括一个层状盖;该层状盖直接或者间接附着在该形状保持件上并且提供所述通道的至少一部分的周壁。在这些后面的实施例中,该层状盖对形状保持件的附着典型地是可逆的。
在其它实施例中,该贮盒还包括一个第一井形成件,该井形成件直接地或者间接地附着到该形状保持件上,并且在多个第一通道入口处限定液体储器。有用地,该贮盒还可以包括一个第二井形成件,该第二井形成件直接或间接附着到该形状保持件上并在多个第二通道入口处限定液体储器。当存在时,这些井形成件有益地能可逆地附着在形状保持件上。
在一系列相关的实施例中,每个通道的第一和第二通道入口允许通过该贮盒的公共表面与居间的通道腔进行电连通。在另外一系列相关的实施例中,第一和第二通道入口允许通过该贮盒的隔开表面与它们的中间腔进行电连通。这二种相互排斥的几何结构要求不同的电极几何结构并且因此需要不同的电泳缓冲剂芯,以便实现电泳所需的电路。
预先铸造可水合电泳分离介质可以由用户提供、可以在不必要求用户***的情况下包含在该贮盒的一个或多个通道内、或者在成套工具中按和该贮盒分开封装的方式提供。
如后一种情况那样,本发明的另一个方面是提供用于便利预先铸造可水合电泳分离介质的电泳的成套工具。该成套工具典型地包括一个本发明的贮盒,以及至少一个在尺寸上适于能水合地容纳在所述贮盒内的预先铸造可水合电泳分离介质。
在一些实施例中,该成套工具包括一个贮盒和至少一个与贮盒一起使用的导电芯子;通常,在这样的成套工具中提供足够数量的芯子以方便和该贮盒的阳极和阴极连接。
可以利用本发明的贮盒实现预先铸造可水合分离介质的垂直电泳,这通常在普遍用于SDS-PAGE电泳的带有缓冲剂芯的缓冲箱中使用。在其中第一和第二通道开口对贮盒的隔开表面开放的贮箱的实施例中,可以采用目前对SDS-PAGE电泳使用的缓冲剂芯。在其中第一和第二通道开口对贮盒的相同表面开放的贮盒实施例中,需要替代的缓冲剂芯几何结构。
这样,本发明的另一个方面是提供一种用于预先铸造可水合电泳分离介质的垂直电泳的缓冲剂芯,其包括:基本刚性的框,阳极,以及和该阳极隔开的阴极。该缓冲框具有第一贮盒啮合面和第二贮盒啮合面。第一和第二贮盒与对应的第一和第二框啮合面的操作啮合在该框的内部形成一个五面上密封的室。阴极和阳极各和该内室的内部电连通,第一和第二贮盒与对应的第一和第二框啮合面的操作啮合造成阳极和阴极与用于啮合框啮合表面的至少一个贮盒的表面的隔开接触,从而允许密封在其中的预先铸造可水合分离介质的电泳。
本发明的贮盒和缓冲剂芯***减小电源和凝胶间的电阻,从而允许利用较低的电压、较短的时间以及较小的总的伏安小时进行电泳分离。
从而,在另一个方面,本发明提供一种用于在预先铸造可水合分离介质带中的被分析样本的低电阻电泳。该***包括用于密封多个带的装置,以及用于响应外部压力,同时对每个所述密封的带通过单个阳极和单个阴极实现隔开的电连通的装置。
该密封装置允许通过对应的第一和第二入口分别实现的与每个被密封的带的隔开的电连通。该电连通装置能按在第一和第二入口处的比该密封装置的其它位置大的压力来分配外部压力以向该密封装置推动阳极和阴极。
该电连通装置可包括一个阳极支承、一个阴极支承、一个阳极和一个阴极。这些实施例中的所述支承按在第一和第二入口处的压力要比该密封装置其它位置的压力大的方式断续地对该阳极和阴极分配外部压力以向该密封装置推动该阳极和阴极。在一些实施例中,该阳极支承和该阳极断续接触并且该阴极支承和该阴极断续接触。
在本发明的这个方面上的***的典型实施例中,该密封装置能在其中水合地容纳所述带。
与先有技术的用于预先铸造可水合分离介质例如IPG带的电泳部件相比,该***在电源和凝胶之间提供电阻明显减小的通路。
本发明的这个方面上的***例如能在施加最大电压3000伏或更小、1500伏或更小、甚至500伏或更小的情况下实现电泳分离,包括IPG带中的等电子聚焦。该***能在施加小于2000伏小时甚至小于1500伏小时的情况下实现电泳分离,包括IPG带中的等电子聚焦。本发明的这个方面上的***能在少于6小时、5小时、甚至4小时或更短的情况下实现电泳分离,包括IPG带中的等电子聚焦。
在另一个方面上,本发明提供一种在预先铸造可水合分离介质带中对被分析样本进行低电阻电泳的方法。
该方法包括:把至少一条带水合地容纳到一个密封件中,该密封件允许通过相应的第一和第二入口实现与多个密封带的每个带的分别的、隔开的电连通;对密封的带施加含有蛋白质分析物的样本;用力使阳极和阴极向该密封件推动以便同时实现和每个密封带的隔开的电连通,其中,把该使阳极和阴极推向该密封件的力被分配为在第一和第二入口处产生比该密封件的其它处要大的接触压力;以及,接着以某一电势差对阳极和阴极施加电势并且施加时间足以使密封带中的被分析物实现电泳分离。
在一些实施例中,在把带容纳到所述密封件期间施加样本。
该方法提供比现有技术中要低得多的电源和分离介质间的电阻通路。
因此,在施加最大电压3000伏或更小、1500伏或更小、甚至500伏或更小的情况下,可在该方面的方法中得到包括IPG带中的等电子聚焦的有效分离。所述方法可以在施加小于2000伏小时甚至小到1500伏小时的情况下实现包括IPG带中的等电子聚焦的电泳分离。该方法可以在短于6小时、5小时甚至4小时或更短的情况下实现包括IPG带中的等电子聚焦的电泳分离。
在本发明的这个方面的方法中,可以按多档斜坡电压、多档阶跃电压或者固定电压水平来施加电势差。
该带可有益地是IPG带。
在一个相关方面,本发明提供利用预先铸造可水合分离介质带的改进的电泳方法,其中,所述改进包括在电源和凝胶之间的电阻足够低的情况下使各个带与阳极以及阴极隔开地接触,从而能在最大外加电压不超过3000伏、不超过1500伏甚至不超过500伏情况下下进行电泳分离。
在本发明的这个方面的方法的各种实施例中,该带是固定pH梯度(IPG)带,并且所述电阻足够低从而允许在施加小于2000额定伏小时甚至小到1500额定伏小时的情况下进行等电子聚焦。
在另一个方面上,本发明提供一种缓冲剂芯部件,其强制地使阳极和阴极同时与多个密封在装置内的预先铸造可水合电泳介质隔开地电连通,其中,该装置允许通过对应的第一和第二入口实现分别和每个密封的带的隔开的电连通。
该部件包括一个基本刚性的架,一个阳极支承,一个阴极支承,一个阳极和一个阴极。该阳极支承和阴极支承隔开地固定在该架上并且能分别对阴极和阳极分配外部压力,以在第一和第二入口处接触压力比该密封件其它处的压力大的情况下使阴极和阳极向各密封的带推动。
该阳极支承能和阳极断续接触,并且该阴极支承能和阴极断续接触。
附图说明
结合附图研究下面的详细说明将清楚本发明的上述以及其它目的和优点,各附图中相同的字符代表相同的部分,附图中:
图1A是本发明的贮盒一实施例的前透视图;
图1B是本发明的贮盒另一实施例的前透视图;
图1C是图1B的实施例变得不透明情况下的前透视图;
图2是在把IPG带***到六个可用通道之一中情况下本发明的贮盒的前透视图;
图3A是本发明的贮盒的前透视图,其中在施加导电芯子前取下井形成件;
图3B是本发明的贮盒的前透视图,其中第一导电芯子和六个可用通道中三个通道里存在的IPG带的阳极端接触并且第二导电芯子和这三个IPG带的阴极端接触;
图3C是本发明的贮盒一实施例的后透视图,其特别示出电泳期间促进散热的开槽部分;
图3D是本发明贮盒另一实施例的后透视图,其特别示出电泳期间促进散热的多个开槽部分;
图4是本发明的多层贮盒的分解侧视图;
图5是本发明的贮盒的装料井组件的分解侧视图;
图6A是本发明的缓冲剂芯的前透视图,其中不带有阳极电线或阴极电线但带有衬垫;
图6B是本发明的缓冲剂芯的前透视图,位于前部的缓冲剂芯操作上对齐成使它的阳极电极和阴极电极分别和位于后部的本发明的贮盒的阳极和阴极芯子接触;
图6C是图6B的缓冲剂芯和贮盒在操作上彼此接触的前透视图;
图6D是一个缓冲剂芯和本发明的二个贮盒操作接触的前透视图;
图6E示出可操作地和本发明的贮盒啮合的本发明的缓冲芯还和电泳室啮合;
图7A是本发明的其中通道入口通过其相对的表面开放的贮盒的前视图;
图7B是图7A的贮盒的侧视图;
图7C是图7A和7B中示出的二个贮盒的分解透视图,以表示它们和现有技术的缓冲剂芯的操作关系;
图7D是和现有技术的缓冲剂芯可操作地接触的图7A和7B的贮盒的透视图;
图8示出在所示内部尺寸的通道中进行电泳后的IPG带;
图9绘出通过IPG带运行测到的电流,以在采用电压规划相同的相同电源下对采用本发明的缓冲剂芯的本发明的贮盒与商业上可购到的水平平台设备进行比较;
图10描绘利用本发明的贮盒和缓冲剂芯通过利用阶跃电压分布进行聚焦的情况下,通过IPG带测到的电流以及由二个电源报告的电压;以及
图11示出用于向本发明的贮盒和缓冲剂芯施加电压的电泳箱盖。
具体实施方式
本发明部分地基于以下发现:可以利用伴随预先铸造可水合分离介质的再水合的膨胀来帮助把这种介质容纳在允许与封闭的分离介质进行隔开的电连通的套中。这种隔开的电通信能在把预先铸造可水合分离介质容纳在该密封件中的同时对该介质施加电压梯度。
通过密封大大减小该分离介质和空气的接触。在预先铸造可水合分离介质是IPG带的情况下,和空气接触的减少避免了现有技术中在固定pH梯度等电子聚焦期间利用液态油层实现闭塞接触的要求。
被密封并且没有伴随的液态油层,预先铸造分离介质可在任何物理定向下电泳。在预先铸造可水合分离介质是IPG带的情况下,不需要现有技术的水平电泳能全新地利用当今用来进行SDS-PAGE的广泛采用、小轨迹、垂直电泳凝胶盒来进行IPG电泳。
从而在第一方面上本发明提供一种用于实现电泳,尤其利用预先铸造可水合分离介质实现电泳的方法。如本文中使用那样,术语“电泳”显然包括等电子聚焦。
在第一步骤,该方法包括把预先铸造可水合电泳分离介质水合地容纳到允许和密封的介质进行隔开的电连通的密封件中。在第二步骤,利用该隔开的电连通向密封的介质施加足以对其中的被分析物实现电泳分离的电压梯度。
如本文中使用那样,短语“预先铸造电泳分离介质”(以及等同地,“预先铸造分离介质”)指的是首先在该密封件中要进行电泳之处以外的地方固化或胶化的电泳分离介质,曲型地为聚合凝胶。
电泳分离介质以及利用电泳介质准备、注入和进行电泳的方法在分析技术中是周知的,从而本文不必详细说明。例如参见,Rabilloud(等),
Proteome Research:Two-Dimensional Gel Electrophoresis and Identification Methods,Springer Verlag,2000(ISBN:3540657924);Westermeier,
Electrophoresis in Practice,2nd ed.,John Wiley & Sons,2000(ISBN:3527300708);B.D.Hames等(eds.),
Gel Electrophoresis of Proteins,3rd ed.,Oxford University Press,1998)(ISBN0199636419);以及,Jones,
Gel Electrophoresis:Nucleic Acids: Essential Techniques,(John Wiley & Sons Ltd.1996)(IS BN0471960438),这些公开整体收录作为参考文献。
尽管聚丙烯酰胺(即,丙烯酰胺单体和N、N’-甲叉双丙烯酰胺交联的聚合产品)以及琼脂糖是目前电泳中最普遍使用的二种聚合凝胶,本发明证明是可在广泛得多的聚合凝胶的电泳中使用。
由于首先在密封件中进行电泳之处以外的地方固化或胶化凝胶,本发明中使用的“预先铸造电泳分离介质”必须具有足够的结构回弹性,以便从它的铸造模具中转移或分离并且然后容纳在本发明的套中。
典型地,通过使其附着到或者结合一层或者一薄层其它材料例如塑料,可赋予该分离介质这种结构回弹性。这种层在技术上是周知的并且包括例如在商用IPG带中碰到的聚酯薄膜底板以及可结合在分离介质中的聚酯网状纤维。
尽管本发明中使用的“预先铸造电泳分离介质”典型地做成带的形状,即其第一维明显大于第二维,但实现本发明并不必需要求这种尺寸。但是,为了便于说明,在实现本发明中使用的所有预先铸造电泳分离介质在本文中都替代地称为“带”。
“预先铸造可水合电泳分离介质”是一种预先铸造的电泳介质,其可以是脱水的并且在再水合后其保持允许在其内进行被分析物的电泳分离的足够的结构完整性。
脱水期间完全去掉水分以及再水合期间用液体完全饱和都既不是要求的也不是预期的。该预先铸造、可水合、电泳分离介质在其脱水状态下和水溶液(“含水缓冲剂”,“缓冲剂”)接触后可觉察地膨胀对实现本发明就是充分的。
典型地,一旦和水缓冲剂接触,该预先铸造可水合电泳分离介质体积上至少约膨胀5%,通常至少约10%、15%、20%,甚至体积上至少约膨胀25%、30%、40%或者更多。这种体积增加可以显示在所有三维,或者当该分离介质用不可延伸的层衬底时主要显示在一维或者二维上。该体积增加可以在几分钟的时间内发生,或者在IPG带的情况下更典型地在几小时内发生。
如果该预先铸造可水合电泳分离介质一旦和水溶液(“水缓冲剂”、“缓冲剂”)接触膨胀成能够可水合地容纳在一个封闭件中,则该膨胀程度是足够的。
术语“可水合地容纳”指的是该预先铸造可水合分离介质可在脱水状态下***到一个封闭件中并且当处于再水合状态下时它变成容纳在该密封件中。
尽管该带必须在其脱水状态下“能被***”,该带不必在脱水状态下能从该封闭件中取出。
当满足二个条件时称该再水合的预先铸造可水合分离介质被“容纳”在该封闭件中(等同地,称为在其中“密封容纳”)。首先,当该封闭件呈垂直取向时该带保持在该封闭件内。第二,当该封闭件呈垂直取向时,至少50%的分离介质不和环境气体直接接触。此外,尽管再水合的分离介质和封闭件之间的摩擦力和表面张力可对带容纳在其中起作用,但这不意味着这种摩擦力或表面张力本身足以实现使带容纳在该封闭件内。
该封闭件应是足够保持形状的,从而在和膨胀的预先铸造可水合分离介质保持接触时能保持尺寸完整性。在后面详细说明的一些实施例中,该封闭件是一个具有形状保持通道腔的贮盒,其中在该腔内啮合预先铸造可水合分离介质。
该封闭件还允许和密封的预先铸造可水合分离介质进行隔开的电连通。这种连通可以是直接的,例如通过阳极和阴极的直通通路,或者可以是间接的,例如通过中间聚合层或芯子的电流通路,如后面进一步讨论那样。
当预先铸造可水合电泳分离介质容纳到该封闭件中后,利用该隔开的电连通施加足以实现其中被分析物的电泳分离的电压梯度。
尽管本文具体地描述成向分离介质施加电压梯度,但可以理解这造成电流流过分离介质,从而该方法可等同地描绘成使电流流过该分离介质。
所使用的电参数取决于被密封的电泳介质的成份和尺寸、样本的成份、再水合溶液的成份、期望的分离类型以及实现和该密封分离介质的隔开的电接触的方法,可以试验地通过例行试验方便地确定这些参数。后面会进一步说明采用本发明的贮盒固定IPG带以及缓冲剂芯适配器进行等电子聚焦的具体电参数。
更细节地回到该方法,用户典型地把脱水状态下的预先铸造可水合电泳分离介质***到该封闭件中。
作为例子,在一些后面进一步说明的实施例中,手动地把预先铸造可水合分离介质例如IPG带可移动地***到存在封闭件内的通道腔中。作为另一个例子,在该封闭件是铰接的或者按其它方式可逆分开的情况下,手动地把预先铸造可水合分离介质例如IPG带可移动地***到凹槽中,此后通过关上该封闭件形成通道腔。
尽管是典型的,但不是总是需要把脱水的带可移动地***到该封闭件中。例如,可以在封闭件的制造期间更早地***脱水带,这使得无需由用户把脱水的预先铸造分离介质插到封闭件中。
该脱水的分离介质接着和水溶液接触。
再水合溶液的成份取决于样本和分离介质的成份以及预期的电泳过程,它的选择取决于电泳技术中的一些周知因素。
例如,当预先铸造可水合分离介质是商用IPG带,例如Immobiline DryStrip(Amersham Biosciences,Piscataway,NJ,USA)时,再水合溶液有用地可包括尿素,非离子或两性离子洗涤剂、二硫代苏糖醇(DTT),染料以及其pH范围适宜该IPG带的载体两性电解质混合物。市场上可买到作为再水合溶液的载体两性电解质混合物(例如,IGP缓冲剂pH3.5-5.0,目录号17-6002-02;IPG缓冲剂pH4.5-5.5,目录号17-6002-04;IPG缓冲剂pH5.0-6.0,目录号17-6002-05;IPG缓冲剂pH5.5-6.7,目录号17-6002-06;IPG缓冲剂pH4-7,目录号17-6002-86;IPG缓冲剂pH6-11,目录号17-6002-78;IPG缓冲剂pH3-10NL,目录号17-6002-88;IPG缓冲剂PH3-10,目录号17-6002-87;它们全出自Amersham Biosciences公司,Piscata way,NJ,USA)。
再水合溶液还可以有利地包含想在预先铸造可水合分离介质中分离的样本。
例如,在预先铸造可水水合电泳分离介质是IPG带的情况下,要分离的样本可以是蛋白质混合物,例如来自生物样本的物质,或者可以有益地被或者已被变性,例如通过离液剂、还原剂和洗涤剂。在分离介质不是固定pH梯度带的情况下,样本可包括其它类型的高分子,例如核酸。
本发明的该方法可包括电泳后从该封闭件取出预先铸造可水合分离介质的后续步骤。取出方法取决于封闭件的结构,如后面进一步说明那样。作为对取出的一种替代方式,本发明方法的一些实施例还可在该封闭件内进一步分析该分离介质,例如通过染色或干燥。
如上面说明那样,本发明的方法包括使用一个封闭件,该封闭件包括:(i)用于在其中水合地容纳预先铸造电泳分离介质的装置,以及(ii)用于和该密封的分离介质隔开式电连通的装置,其中,该隔开式电连通装置可用于对密封的分离介质施加足以实现其中存在的被分析物的电泳分离的电压梯度。
从而,本发明的另一个方面是提供一种用来实现本发明的方法的封闭件,以下把该封闭件称为“贮盒”。
图1A-1C是本发明贮盒的各实施例的前透视图。
贮盒100包括形状保持件10和至少一个通道12(在图1A和1B中示出的实施例里,贮盒100具有六个基本平行的通道12,尽管数量可多可少)。形状保持件10赋予预先形成的通道12尺寸完整性。尽管存在但由于完全不透明在图1C中不能看出通道12。
重新参照图1A,通道12具有第一通道开口14、第二通道开口16以及二者间的腔18。通道12的腔18的尺寸设定成可移动地和脱水状态下的预先铸造可水合电泳介质(“带”),例如IPG带相啮合,并且在带水合后密封容纳该带。
第一通道开口14和第二通道开口16能和腔18电连通,并且由此限定穿过腔18的通道电流流动轴。在尤其设计为和现有技术的缓冲剂芯(见后面)一起使用的贮盒100的一些实施例中,通道电流流动轴在一个大致与形状保持件10的大致平的第一表面平行的面中。
为了在本发明的方法中使用贮盒100,把脱水状态下的可水合电泳带20,例如IPG带,***到通道12中(典型地通过入口14或入口16)。在替代的实施例中,通过用户或者制造商,事先把带20***到贮盒100中。
通过施加再水合溶液,其中可选择地含有要分馏的样本,使带20在通道12内再水合。
典型地在***带20之前使再水合溶液散布在通道12中,因为通道12内部变湿会帮助把带12***到通道12中。但是,可以预先把带20***到通道12中,然后在入口14和16之一或二者处施加再水合溶液。对于要求长再水合时间的样本,可以密封入口14、入口16或者二者,例如利用胶带或盖套,以防止再水合溶液的蒸发和意外排出。
一旦再水合,至少部分由于分离介质的膨胀带20变成容纳在通道12的腔18中。然后,如后面进一步说明那样,在不展开腔18的情况下不容易从通道12取出带20。
如果要电泳分馏的样本未包含在再水合溶液中,在贮盒水平取向以便保持样本的情况下,从入口14、入口16或者二者施加样本并使其能进入分离介质。替代地,可以把样本预先吸收到芯子中,接着把芯子插到入口14、入口16或者二者中,然后样本从该芯子进入分离介质。如后面进一步说明那样,可以通过施加电流促进样本的进入。
接着通过对带20施加造成电流沿着通道电流流动轴流动的电压梯度来实现电泳。
然后,典型地从通道12取出带20以供进一步处理,例如染色和/或使带20(或者其一部分)与凝胶接触以便实现沿第二维的分离。典型地通过利用适宜贮盒100的结构的方法来展开腔18以实现取出;例如,在其中一个或多个薄片构成腔18的周壁的贮盒100的实施例中,可以通过剥去薄片从而打开通道12来实现取出。对于某些用途,可以在通道12中进行进一步的处理。
回到图1,形状保持件10是用形状保持非液态材料构建的。优选的材料是容易加工、模制或蚀刻的材料;化学相容的材料,即一旦和电泳缓冲剂***接触不会明显退化;不明显约束或阻碍通过密封凝胶输送被分析物的材料;以及,提供蒸气屏障的材料。有益地,形状保持件10可以用半透明或透明的材料,包括光性透明材料来构建,从而能在带20啮合到腔18中时可看出该带20。典型地,形状保持件10是用基本上不导电的材料构建的,从而减少或者消除除了沿着穿过腔18的通道电流流动轴之外的电场在带20上的并发作用。
在典型实施例中,形状保持件10由陶瓷,石英,玻璃,硅和它的衍生物,塑料,或者它们的混合物构成。构建形状保持件10使用的塑料中包括:聚甲基丙烯,聚乙烯,聚丙烯,聚丙烯酸酯,有机玻璃,聚氯乙烯,聚四氟乙烯,聚苯乙烯,聚碳酸酯,聚甲醛,聚砜,醋酸纤维素,硝酸纤维素,硝化纤维素,聚丙烯腈,聚氨酯,聚酰胺,聚苯胺,聚酯,以及它们的混合物或共聚物。
形状保持件10还可以有利地由允许在电泳期间使热从带20传导掉的材料构成。就该点来说,形状保持件10可以有利地构形成包括一个或多个图3C和3D中示出的凹槽区27,以在邻近通道12的区段减小形状保持件10的厚度并减小带20和散热装置(有用的是一个充满液体的室)之间的热阻,如后面进一步说明那样。
形状保持件10赋予通道12尺寸完整性。对于允许把再水合溶液(可选地带有要分馏的样本)散布到通道12中、能把带20插到通道20中、以及当水合时实现带20可水合地容纳在通道12中,尺寸完整性是重要的。
通过起到通道12的腔18的至少一部分的周壁的作用,形状保持件10可以赋予通道12尺寸完整性。
例如,通道12的腔18可以按形状保持件10内的隧道、膛或管道构建。在这样的实施例下,形状保持件10起到腔18的整个周壁的作用。
替代地,腔18可以部分地含在形状保持件10内,从而件10只起腔18的一部分腔周壁的作用。在后面这些实施例中,通道12可被机加工在形状保持件10中,或者取决于形状保持件10的构成,通过石版印刷、雕刻、各向同性或各向异性蚀刻、碾磨、机械地或化学地抛光或者模制在形状保持件10中。替代地,在后面这些实施例中,可以用硅或树脂沉积物或者板坯在形状保持件10上形成通道12。
在其中腔18不由刚性件10完全封闭的实施例中,可以通过物理上对形状保持件10附着一块或多块附加薄片来沿腔18流体上地封闭通道12。
图4是本发明的多层贮盒100的实施例的分解侧透视图。
在图4中示出的实施例里,形状保持件10包括凹槽13。薄板盖42包括多个入口50。一旦把薄板盖42附着在形状保持件10上,凹槽13变成沿着腔18是液体密封的,从而完成通道12,并且入口50起通道入口14和16的作用。
如形状保持件10那样,可以有益地把薄板盖42任选成是半透明的或透明的,并且有益地它是实质上电缘缘的。
如形状保持件10那样,薄板盖42可以由陶瓷、石英、玻璃、硅和它们衍生物、铝、聚合物、塑料、或者它们的混合物构成。用于构建薄板盖42的塑料中包括:聚甲基丙烯,聚乙烯,聚丙烯,聚丙烯酸酯,有机玻璃,聚氯乙烯,聚四氟乙烯,聚苯乙烯,聚碳酸酯,聚甲醛,聚砜,醋酸纤维素,硝酸纤维素,硝化纤维素,聚丙烯腈,聚氨酯,聚酰胺,聚苯胺,聚酯,以及它们的混合物或共聚物。
薄板盖42可以有益地并且通常优选地是柔性的。尽管薄板盖42可以为任何厚度,为了达到柔性,薄板盖42可以有益地是一块薄膜。
通过微加工技术中周知的结合手段,包括热焊、超声焊以及施加胶或粘合层,可把薄板盖42附着在形状保持件10上。
例如,整体收录以供参考的美国专利5,800,690号和5,699,157号说明通过热结合、施加胶或者通过二个组件之间的自然粘合把平的盖件附着在微切削加工的基板上的方法。收录以供参考的美国专利5,593,838号讲授局部施加电场,以在比硅的变形温度(flowtemperature)(约1400℃)或Corning 7059玻璃的变形温度(约844℃)低得多的约700℃下熔化盖件附着物。整体收录以供参考的WO96/04547(Lockheed martin Energy Systen)讲授在稀NH4OH/H2O2中处理并且接着在500℃(远低于硅基基板的变形温度)下退火后可以把盖板直接结合到玻璃基板上。整体收录以供参考的WO 98/45693(Aclara Biosciences)公开一种用于在聚合的尤其是塑料的基板上加工封闭的微通道结构的热结合方法,一种对薄膜施加不超过2μm厚的胶的粘合方法,以及通过粘合物并置之前的部分固化使液态可固化胶不能流动的方法。
有益地,通过可逆结合手段把薄板盖42附着在形状保持件10上,从而允许用户在完成电泳之后分开薄板盖42和形状保持件10,这进而允许从通道12取出带20供进一步处理。按柔性薄膜构建薄板盖42提供这种用户中介的对薄板盖42和形状保持件10的分离的益处。
在图4中描绘的实施例中,利用双面薄粘合层46把薄板盖42粘合在形状保持件10上。
如图所示,双面薄粘合层46具有和凹槽13对应的细长隙48。这种隙48防止把带20可移动地***到通道12中时双面粘合层46和带20的接触;和粘合物的接触会干扰可移动地把带20插到贮盒100中。
在其中薄板盖42和双面粘合层46附着的多层贮盒100的实施例中,可以调整粘合层46的厚度以便改变通道12的腔18的内直径,从而容纳厚度不同的可水合带介质。
在贮盒100的替代多层实施例中,薄板盖42本身形成形状保持件,典型地比上面说明的柔性薄膜厚。在这些实施例的一些中,薄板盖42形成离散结构。在其它实施例中,形状保持薄板盖42和形状保持件10例如通过二者之间的铰链或多个铰链彼此可移动地连接。该铰链本身不必形成分离、中间结构,而是可替代地形成形状保持件10和薄板盖42之间的可折叠接缝。在塑料盒中通常把这样的接缝设计成保持例如钻头。
在其中薄板盖42为形状保持的情况下,它可以装配到形状保持件10上,例如通过把薄板盖42卡扣在形状保持件10上。形状保持件10和/或薄板盖42上的压力顺从表面帮助这二个层的密封,从而形成适应电泳的封闭件。尽管具体地描述了通过卡扣把薄板盖42装配到形状保持件10上,也可以采用达到类似效果的其它机械啮合方法,例如,舌槽啮合,把翼片插到间隙中,等等。
在贮盒100这二种带有柔性薄板盖和形状保持薄板盖的多层实施例中,可以通过调整通道12侵入形状保持件10的深度来调整腔18的内径。在其中薄板盖42比薄膜厚的贮盒100的多层实施例中,还可以补充地通过调整通道12侵入薄板盖42的深度来调整腔18的内径。
在贮盒100的多层和单式实施例中,都把通道12的尺寸定成允许***脱水状态的预先铸造可水合基于带的电泳介质,例如IPG带,并且水合后密封容纳该带。
目前可从Amersham Biosciences(Piscataway,NJ,USA)买到的Immobiline Dry Strip IPG带约为3mm宽和0.5mm深。从而,为了允许这些商用IPG带的电泳,贮盒100的通道12将具有至少约3.0mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm并且甚至3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4.0mm以及甚至4.1mm的宽度,而且将具有至少约为0.5mm、0.6mm、0.61mm、0.62mm、0.63mm、0.64mm、0.65mm、0.66mm、0.67mm、0.68mm、0.69mm以及甚至0.7mm、0.71mm、0.72mm、0.73mm、0.74mm、0.75mm、0.76mm以及甚至0.77mm的深度,以便可移动地啮合这种脱水状态下的带并当再水合时密封容纳该带。
目前可从Bio-Rad(Hercules,CA,USA)买到的Ready Strip IPG带具有0.33mm的带宽和0.5mm的凝胶厚度。因此,为了允许这些商用IPG带的电泳,贮盒100的通道12将具有至少约为3.3mm、3.4mm并且甚至3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4.0mm以及甚至4.1mm的宽度而且将具有至少约为0.5mm、0.6mm、0.61mm、0.62mm、0.63mm、0.64mm、0.65mm、0.66mm、0.67mm、0.68mm、0.69mm并且甚至0.7mm的深度。以便可移动地啮合这种脱水状态下的带并当再水合时密封容纳该带。
在一目前优选的实施例中,为适宜这二家制造商的带的电泳,通道12宽度为3.7mm深度为0.64mm。
如应预料那样,预先铸造可水合电泳分离介质可以并且可能将会按不同于目前采用的尺寸的尺寸制造。从而,本发明的贮盒100不受这些使用上面说明的带的尺寸的限制。
设计通道12的内部尺寸以便允许***脱水状态下的预先铸造可水合基于带的介质并且当再水合时密封容纳该带,这对于本领域技术人员而言是周知的。
按如下简单检查通道12的内部尺寸对任何给定深度和宽度的预先铸造可水合电泳分离介质20的适应性:
(1)水平定位贮盒并对通道12灌水;
(2)通过入口14或者通过入口16把带20***到通道12中并且尽可能远地前进;
(3)8小时后,使贮盒处于垂直位置并且观察。
如果在步骤(2)中带20可以在通道12中前进到所选择的***入口外面最多剩下1cm的带20,并且如果在步骤(3)中空气不直接和多于50%的密封分离介质接触,则通道12的尺寸是适宜的。一旦在步骤(3)中把贮盒设置成垂直,带20还应保持容纳在该贮盒内。
在通道尺寸可用范围的一端,分离介质的膨胀造成分离介质沿着基本全部的通道腔和该通道内壁的直接、闭塞接触。在此情况下,施加到上通道入口的可见示踪溶液(例如水中的0.2%W/V溴酚蓝)会基本从该通道腔排除。即,可见示踪溶液典型地不会从该通道入口超过约0.25cm地伸入到该通道腔中。在通道尺寸的可用范围的另一端,分离介质的膨胀不足以造成分离介质沿着基本全部的通道腔和该通道的内壁的闭塞接触。在该后一种情况下,例如水中的0.2%W/V溴酚蓝的可见示踪溶液会在使该贮盒成垂直时从该上入口进入该通道腔。但是,在这二种情况下,空气不会和超过50%的密封分离介质接触。
一种补充的关于通道12的内部尺寸对给定尺寸的预先铸造可水合电泳分离介质的适应性的功能检查是用一次实际电泳试验代替上述检查中的步骤(3);如果在步骤(2)中带20可以在通道12中前进到所选择的***入口外面剩下小于1cm的带20,并且如果电泳后达到足够的电泳分离,则通道12的尺寸是适宜的。
如果带20是IPG带,有用地可按如下进行后一种检查。
使5.0μL的Serva IEF样品(目录号39212-01,ServaElectrophoresis GmbH,Heidelberg,德国)和下述成分的足够再水合缓冲剂混合并充填到通道中:8.0M尿素,0.5%两性电解质(3-10 IPG缓冲剂,目录号17-6001-11,Amersham Biosciences),2.0%(W/V)CHAPS,20mM DTT,0.0025%(W/V)溴酚蓝。在贮盒水平定位下用吸管把该溶液吸入到该贮盒的一个通道里。把带***到该通道中并使大约3mm延伸在各通道入口的外面。用盖带封闭二个通道入口并使该带再水合约8-16小时。去掉盖带,并且若存在则装入井(loadingwell)。
对每组入口施加电极芯子(后面进一步说明)。对每个电极芯子均匀地施加750μl的去离子水。
使该贮盒和缓冲剂芯(后面进一步说明)的电极接触。对该缓冲剂芯的另一个接触面施加缓冲剂挡板(后面进一步说明)。把该缓冲剂芯滑入电泳室并且用水填充包围该缓冲剂芯的外室。小心不要让水超过该贮盒并溢到内室中(内室的外壁由该贮盒和缓冲剂芯限定)。
按下述分布三次跃变地施加电压:200伏20分钟,450伏15分钟,750伏15分钟,2000伏30分钟。
如果可以观测到离散标志带则通道尺寸是适用的。
通道入口14和16典型地但是不总是隔开的,从而通道12基本约束带20的整个长度,例如如图2中所示。
目前可以买到长度不同的IPG带。例如目前可从AmershamBiosciences(Piscataway,NJ,USA)买到的Immobiline DryStrip IPG带可具有70mm、110mm、130mm、180mm和240mm的凝胶长度。目前可从Bio-Rad(Hercules,CA,USA)买到的ReadyStrip IPG带可具有70mm、110mm和170mm的凝胶长度。目前可从Invitrogen(Carlsbad,CA,USA)买到的ZOOMIPG带具有70mm的凝胶长度。
这样,在本发明贮盒100的一些目前的优选实施例中,通道12构形成基本容纳凝胶长度为70mm、110mm、170mm、180mm和240mm的带的整个长度。
在这些商用IPG带中,聚酯底板典型地在二端头上超出凝胶一定距离。这样,通道12典型地具有至少和所提及的凝胶长度(70、100、170、180或240mm)一样长的长度,典型地在二端头上延长1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或甚至6mm。由此,对于额定70mm凝胶长度的IPG带,通道12会至少约为70mm长、72mm长、74mm长、76mm长、78mm长以及甚至80或82mm长。在目前用于具有所述70mm凝胶长度的IPG带的优选实施例中,通道12为80mm长。
应预料,可水合基于带的分离介质将来可具有各种长度,这正如前面说明那样预期它们可具有各种宽度和深度。从而本发明的一个方面提供具有尺寸设定成约束任何选择长度的预先铸造可水合电泳分离介质的通道12的贮盒100。
如前面提出那样,带20明显长于或短于通道12是不希望的。
例如,如果带20明显超出入口14、入口16或二者,带20的超出部分会对大气CO2暴露,这违背本发明的重要优点。另外,带20的超出部分有可能使两性电解质和/或蛋白质从带泄漏。此外,只有位于隔开的电连接之间的分离介质部分功能上可用于分离,从而凝胶的功能部分会缩短。最后,超出部分机械上可能干扰电泳所需的电连通的正确建立。而当带20短于通道12时,已证明可能难以建立和封闭带的有效电连通。
为了在具有非最优长度的通道的贮盒中适应这些困难,如果带20超过通道12,可以用剪刀或刀去掉过长部分;典型地,只会去掉带20的缺少分离介质的部分。如果带20短于通道12,通过对凹入端头填充导电的通道填充材料,可以使凹入端头和通道12的外面有效进行电连通。
用来使过短的带20的端头和贮盒100的入口14或16电连通的材料是可在液态或半液态状态施加的材料,在这样的状态下它们可以在形状上和通道的内部相符,然后聚合或凝胶成形状保持状态。
有用地,该材料可以是聚合凝胶,例如琼脂糖。当如此使用时,琼脂糖可以在存在含电解质的缓冲剂,例如对入口14、入口16或二者按融态液体施加的再水合溶液的情况下变成融态,然后随着温度的下降能自然胶凝。也可以使用聚丙烯酰胺,尽管在后一情况必须通过添加催化剂实现单聚物和交联物的聚合。
有用地,贮盒100包括多个通道12。在贮盒100包括多个通道12的情况下,多个通道12的电流流动轴有益地彼此基本平行,并且多个通道12的腔18除了通道入口14和16之外彼此流体上不连通。
在这样的实施例中,各通道12不必具有相同的腔18尺寸,从而单个贮盒100适应不同尺寸的带20。但是,典型地,多个通道12的腔18会全部具有相同的内部尺寸。
尽管上面把贮盒100描述成允许用户直接把带20***到通道12中,本发明的另一个方面是提供一种如前面说明过的在制造期间已在其中***带20的贮盒。这种贮盒100可以有用地是一次性使用的。
为了便于施加样本,尤其为了方便不会在多个通道12之间交叉污染的情况下施加样本,贮盒100可以有用地包括装入井。图1A示出这种装入井的一种实施例;图1B和1C示出这种装入井的另一种实施例。
参照图1A,贮盒100示成具有二个井形成件22。这二个井形成件分别在六个入口14和六个入口16的每一个入口处限定离散的储器,它们称为装入井。当贮盒100是水平的并且井形成件22位于形状保持件10的上面时,每个装入井可以在不和相邻入***叉地流体接触的情况下保持和入口14(或入口16)接触的所限定的最大体积的液体。
在***带20后再施加要分馏的样本的情况中,装入井允许在没有交叉污染的情况下离散地向每个井14(和/或16)施加体积小于储器最大体积的样本。在把带20***到通道12之前于再水合缓冲剂中施加样本的情况下,装入井防止带***期间由于样本从通道12移动而造成的交叉污染。
在要分馏的样本(例如用于在IPG带上等电子聚焦的蛋白质样本)进入带20的分离介质后,即使入口14然后处于和另一个入口流体连通并且入口16然后处于和另一个入口流体连通,通道12中的交叉污染也被有利地阻止。从而,井形成件22可以被移除。这种移除可以便于随后的施加导电芯子24,如图3B中所示并在后面进一步说明。
由于典型地在电泳前去掉井形成件22,对构建它所使用的材料的限制要小于对形状保持件10以及多层贮盒100实施例中对薄板盖42的构建材料的限制。事实上,可以用基本不和再水合溶液起化学反应的任何材料构建井形成件22,例如陶瓷、石英、玻璃、硅和它的衍生物、塑料、天然或合成橡胶聚合物,或者它们的混合物。构建井形成件22使用的塑料中包括:聚甲基丙烯,聚乙烯,聚丙烯,聚丙烯酸脂,有机玻璃,聚氯乙烯,聚四氟乙烯,聚苯乙烯,聚碳酸酯,聚甲醛,聚砜,醋酸纤维素,硝酸纤维素,硝化纤维素,聚丙烯腈,聚氨酯,聚酰胺,聚苯胺,以及它们的混合物。也可以使用硅酮和它的衍生物。
在一些实施例中,井形成件22可以由导电材料构成;这便利带20的“有源再水合”。在“有源再水合”中,在存在有沿着入口14和16之间的带20的通道电流流动轴建立的约100伏的低电压梯度的情况下带20被再水合。
在需要有源再水合的情况中,可以用导电材料,诸如导电聚合物,诸如注入或搀杂着碳的聚合物,来构建井形成件22。对通道12施加带20以及再水合溶液(按任何次序)后,阴极和第一导电井形成件22接触而阳极和第二导电井形成件22接触,并且在再水合期间施加电压。阳极和阴极例如可以是电极棒,诸如在MultiPhor(AmershamBiosciences,Piscataway,NJ)或Blue Horizon(Serva,Heidelberg,德国)中找到的那样。
当贮盒100是单式的,即具有完全在形状保持件10内形成的通道12,井形成件22可以附着在形状保持件10上。当替代地贮盒100是多层的,例如通道12部分地由薄板盖42形成,则井形成件22可以附着在薄板盖42上,如图5中所示。
图5是分解侧透视图,示出利用双面井形成件粘合层54把井形成件32粘着在薄板盖42上。但是,如前面相对于把薄板盖42附着到形状保持件10上所说明那样(该讨论收录以供参考),可以通过微加工技术中周知的各种接合手段把井形成件22附着在薄板盖42上,包括热焊、超声焊、施加液态或部分固化的胶以及借助粘合层。
井形成件22可以替代地通过啮合相对的匹配表面附着到薄板盖42上,例如卡扣、舌槽啮合、或翼片和缝的啮合。
尽管相结合,但井形成件22有益地可逆地附着到贮盒100上,从而允许在电泳前去掉井形成件。在其中通过双面井形成件粘合层54进行附着的情况下,有益地把该粘合层设计成比井形成件22更强地附着在形状保持件10上(或者,在多层实施例中附着在薄板盖42上);在这种粘性偏置的实施例中,去除井形成件22典型地会把粘合层54留在形状保持件10(或薄板盖42)上,以便于施加导电芯子,如后面进一步说明那样。
图3A示出本发明的在施加导电芯子(后面进一步说明)之前去除井形成件22的贮盒的实施例。
尽管典型地通过样本进入带20的分离介质来阻止多个通道12间的样本交叉污染,并且从而避免在电泳期间要求井形成件22的持续存在,然而在施加样本后进一步密封入口14和/或16是会有益的。
在后面这些实施例中,通过对入口14和/或16施加这样的材料达到密封,即该材料是导电的,其可在形状与入口和/或装入井一致的状态下施加,并且其然后通过聚合或胶凝进入形状保持状态。和前面一样,这种材料有益的是可以聚合凝胶,例如琼脂糖或丙烯酰胺。
在特别有用的方法中,用足以把通道12和入口14(和/或16)填到和形状保持件14的表面一样高的材料量来密封入口14和/或16。这种几何结构便利带20的阳极端和阴极端与阳极电极和阴极电极的直接或者间接电接触。
回到图1A,贮盒100可选用地并且有益地包括多个肋40。
在贮盒100的制造期间,各条肋40方便薄板盖42和井形成件22的对齐。肋40还可以便利贮盒100的通过电泳室或缓冲剂芯的正确操作啮合,如后面进一步说明那样。
可以从形状保持件10直接加工或模制肋40,或者可以单独制造肋然后固定在其上。当独立制造时,有益地用容易加工、模制或蚀剂并且化学上和电泳缓传剂***相容(即,一旦接触不出现明显退化)的固态或半固态材料制造。肋40可以有利地用基本电绝缘的材料构建,包括陶瓷、石英、玻璃、硅和它的衍生物、或者塑料,或者它们的混合物。构建肋40使用的塑料中包括:聚甲基丙烯,聚乙烯,聚丙烯,聚丙烯酸脂,有机玻璃,聚氯乙烯,聚四氟乙烯,聚苯乙烯,聚碳酸酯,聚甲醛,聚砜,醋酸纤维素,硝酸纤维素,硝化纤维素,聚丙烯腈,聚氨酯,聚酰胺,聚苯胺,聚酯,以及它们的混合物和共聚物。
如前面指出那样,在样本再水合并引入到带20中后,带20变成密封容纳在通道12的腔18中。在如此密封的带20的情况下,不必从贮盒100取出带20,接着可以通过沿着通道电流流动轴对流过带20的电流施加足以实现其中的被分析物的电泳分离的电压梯度来进行电泳。
图3B示出一种有用的但非限制性的方法,通过该方法贮盒封闭的带20变成可由阴极和阳极接触从而完成必要的电路。
图3B是本发明的带有六个通道12的贮盒的前透视图。如所示,第一导电芯子24在各入口14和各条带20(存在于六个可用通道12中的三个里)接触;第二导电芯子24在各入口16和各条带20接触。
芯子24包含导电材料。该材料不必本质上是导电的:当弄湿时芯子24是导电的就足以,并且实际上典型地就是这种情况。在该后一种情况下,芯子24可以有用地用吸水材料做成,例如纸、硝化纤维、毛毡、尼龙,或它们的衍生物。
如前面说明,作为对芯子24的替代或者作为补充,带20可以通过导电聚合物或水凝胶例如琼脂糖的中介与阴极和阳极电耦合。
如图3B中所示,第一导电芯子24可以有益地和多个入口14的每个入口接触,并且第二导电芯子24可以有益地和多个入口16的每个入口接触,以便于向多个通道12并行施加电流。尽管有用,这种几何结构不是必需的。
第一导电芯子24接着和一个充当阴极或阳极的电极接触。对芯子24施加阴极或阳极的选择取决于期望的电泳技术、样本的施加位置以及其它电泳技术上周知的条件。例如,对于采用IPG带的等电子聚焦,其中该带的一端是酸性的而另一端是碱性的,该带的碱性端最好设置成和阴极电连通。
第二导电芯子24接着和一个电极(若第一芯子24和阴极接触则该电极为阳极,而若第一芯子24和阳极接触则该电极为阴极)接触。
只要可建立有效的电连通,可以采用对芯子24的任何电极附着装置。
作为对采用导电芯子24的替代,可以通过使带20与阳极以和阴极的直接接触来实现与密封带20的隔开式电连通。可以通用穿过入口14或16的阳极和阴极的通路实现接触,或者替代地通过穿过入口14和/或16之外的形状保持件10或薄板盖42的电极的通路来实现接触。作为后一种方法的一个例子,可以采用叶片状的电极以便穿入其中薄板盖42为柔性薄膜的实施例里的薄板盖42中,从而按间隔的距离和封闭的带20接触。
然后可以使贮盒100在任何物理取向的情况下进行电泳。在一种特别有用的方法中,利用允许在垂直保持贮盒100的情况下进行电泳的适配器来实现电极接触;即使垂直保持贮盒100时,贮盒100的各个通道12可以按需要是水平的或垂直的。
回到图3B,从而本发明的另一个方面是提供一种允许其中密封容纳带20的本发明的贮盒100在垂直方向下进行电泳的适配器。应注意,即使贮盒100本身垂直定向时,通道12仍可以是水平取向的;在这样的定向下,如果存在贮盒100的多个通道12,它们应彼此垂直偏移地间隔。从而,为了清楚,术语“垂直”用来指出贮盒的而不是通道的取向。
贮盒100在垂直维中的电泳具有减小电泳部件的装置轨迹(benchfootprint)的明显优点,从而解放宝贵的装置空间供其它设备使用。
此外,用来实现垂直维中的板状凝胶电泳的模块式电泳***是周知的(参见例如美国专利5,888,369号和6,001,233号)并且可在市场上买到(Invitrogen,Carlsbad,CA,USA;Bio-Rad,Hercules,CA,USA)。在各优选实施例中,本发明的该适配器允许本发明的贮盒100在这些已有的模块式电泳***中实现电泳,并且允许把这种已购买的设备有效地用于预先铸造可水合电泳分离介质例如IPG带的电泳。
图6A是本文称为缓冲剂芯的本发明的一种适配器的前透视图。图6B是该缓冲剂芯(前)操作上和本发明的贮盒(后)对齐但尚接触的情况下的前透视图;在图6C中示出操作接触。如可看出那样,缓冲剂芯26设计成同时使阴极导线31和贮盒100的阴极芯子24对齐以及使阳极导线32和贮盒100的阳极芯子24对齐。
如图6B中所示,阴极导线31在第一端处附着到阴极接触支架38上;类似地,阳极导线32在第一端处附着到阳极接触支架36上。接触支架38和36允许可拆地附着带有标准插孔插塞的导线;如电泳技术中周知那样,这些导线的另一端典型地和电源,例如可调电源,连接。
还示出,阴极导线31在终止于第二端之前从阴极接触支架38延伸到支承28,并且阳极导线32在终止于第二端之前从阳极接触支架36延伸到支承30。支承28和30典型地是用基本电绝缘的并且基本对电泳运行缓冲剂为惰性的材料做成。例如,支承28和30通常用塑料做成,例如聚碳酸酯。
通过对贮盒施加向内的外部压力来实现阳极导线32、阴极导线31和它们的对应贮盒100的芯子24之间的接触。从而阳极和阴极导线在它们各自的支承和芯子之间受压,从而建立电连接。
如图6D中所示,缓冲剂芯26可以并且典型地在操作上同时和第二贮盒100对齐和接触。它们对齐并接触成使得缓冲剂芯26和二个贮盒100限定一个对于外部液态只在顶部开放并且除上面以外密封的室62。如果可以在单个贮盒内容纳需要电泳的带数量,则可以使用一个尺寸上类似贮盒100但没有通道12的“缓冲剂挡板”来完成缓冲剂芯内室62。
为了利用本发明的贮盒和缓冲剂芯进行电泳,各贮盒100(或者单个贮盒100和一块缓冲剂挡板)和缓冲剂芯26对齐并接触。该组件接着和电泳缓冲剂室34啮合,后者本身或者带同辅助部件促使各贮盒100(或者单个贮盒100和缓冲剂挡板)与缓冲剂芯26可密封地接触。这种辅助促使部件可以是凸轮致动的夹(“拉紧楔子”),如在整体收录供参考的美国6,001,233号专利中说明那样。
替代地,缓冲剂芯26首先松散地啮合到电泳缓冲剂室34中,然后相对缓冲剂芯26对齐、接触并进一步推动各贮盒。
缓冲剂芯26和各贮盒100(或者单个贮盒100和缓冲剂挡板)的液密接触是典型的,但是供选用的,这还通过把垫圈(例如硅垫圈)装配到缓冲剂芯26的槽70中来促进,如在图6A和6D中示出。
如上面指出那样,密封啮合下的缓冲剂芯26和各贮盒100(或者单个贮盒100和一块缓冲剂挡板)限定其中的内室62。只要电泳室60中的液体水平不超过贮盒100的顶部,该室62把阴极导线31及阳极导线32与缓冲剂芯26外面存在的液体相隔离。
从而,可对电泳室34填充任何选取的高度不超过贮盒100的液态溶液,而不会影响电路。这种液体从而可以有用地充当散热装置,以降低带20在贮盒100中经受电流流动时的温度。
通过经由接触支架36和38使阳极和阴极与电源连接来进行电泳。通常,如图11中所示,这可以通过施加一个具有集成电极的盖实现。可以有益地把该盖设计成和现有电泳室配合,以允许这些电泳室和本发明一起使用,但该盖只和本发明的缓冲剂芯接口。
施加足以在带20的分离介质内实现被分析物的分离的电势差(电压梯度)。在其中带20是IPG带的实施例中,在该电压梯度的影响下蛋白质开始迁移,直至蛋白质的等电点和固定梯度上的pH一致,在该点上聚焦的蛋白质停止移动。
由于电源和凝胶之间的各种连接中的固有电阻,通过和带20的隔开式电接触实际达到的电压差总是小于电源报告的电压。在本发明的贮盒和缓冲剂芯中,这些的寄生阻抗例如包括:(i)对电源的电缆连接,(ii)电缆本身的电阻,(iii)电缆对电极的接触电阻,(iv)电极对芯子的接触电阻,(v)芯子本身的阻抗,其为湿芯子中的离子浓度的函数,由于内渗透或扩散在运行中该浓度可能变化,(vi)芯子和凝胶表面之间的接触电阻,其受界面的压力的影响,(vii)凝脉的固有阻抗。
在另一个方面上,本发明提供在电源和预先铸造可水合分离介质之间产生明显低于现有技术中用于电泳的现有技术设备所具有的电阻通路的设备;该减小的电阻明显提高预先铸造可水合分离介质例如IPG带的电泳的效率。
在这些寄生阻抗中,电极对芯子以及芯子对凝胶的接触电阻显著影响从电源到凝胶的电压降。这些接触电阻取决于各自的接触压力。在对贮盒100向内施加的任何给定压力下,这些电有效接触压力的幅值将取决于这些位置处承受的力的比例。从而,可以有用地把支承28和30设计成断续地分布外部压力,从而在第一和第二通道入口处形成比贮盒100上的其它地方大的接触压力。
在第一系列示范实施例中,如图6A-6C所示,支承28和支承30的贮盒接触面28不是平的:多个断续的凹槽集体地限定一串交错***。这样形成的锯齿表面能够不连续地把外部压力分布到阳极导线31和阴极导线32上。
在这些示出的实施例中,这些凹槽足够深从而在电极导线及其各自支承的接触上造成周期性的断续。凹槽这样的深度不是必需的。
这些凹槽定位成使每个交错***与贮盒100的一个入口14(对于另一个电极等同地为入口16)对齐。所述凹槽的尺寸设定为使形成的***具有和入口14和16的横向尺寸接近的尺寸。
例如,为了使能保持六条带20的贮盒100的实施例的无效电接触为最小(并且从而使有效电接触比例为最大),支承28和30(在至少一个贮盒接触面上)具有六个***,每个***定位成和贮盒100的六个入口14(等同地,入口16)中的一个对齐,并且最好尺寸上和入口14以及16的横向尺寸接近。
和同一个贮盒100接触的支承28以及支承30的表面典型地会具有相同数量的***。但是,如果要对二个贮盒接触面施加二个容纳不同数量的带20的贮盒100,对于每个支承28和30,这二个贮盒接触面不必具有数量相等的***(即图6A-6C中示出的实施例情况)。但是,典型地,这二个贮盒接触面会具有数量相同的***。
在另一系列实施例(未示出)中,支承28和支承30没有凹槽。替代地,这些支承是结构上非单式的(nonunitary),即包括可不同压缩的材料。最不能压缩的材料定位成和贮盒100的入口14(等同地16)对齐;而较能压缩的材料定位于和贮盒100上的其它部位对齐。这种不同的可压缩程度引起外部压力的不同分布,导致入口14(以及16)处的接触压力加大。
不连续地施加的压力,例如如图6A-6C中通过对支承28和30的外表面形成锯齿,明显地改进施加到带20上的电压(以及电流)的效率。采用本发明的贮盒和缓冲盒与现有技术的水平式、油浸IPG电泳部件相比,在按电源的给定电压输出对具有相同样本的相同带20上测到的电流的比值定义的对IPG带施加电压(以及电流)的效率上,至少会好二倍、好三倍、好四倍甚至至少好五倍。效率甚至会至少好6倍、7倍、8倍、9倍甚至至少好10倍。本文例2和3陈述的并且绘在图9和10中的数据集显示效率上2-4倍地好于采用现有技术油浸平板IPG部件观测到的效率。
电传输的效率提高提供明显的好处。
效率的提高允许利用明显低的电源电压和电源电流完成IPGIEF,允许使用不带有限流装置不那么贵的电源。后面例3中陈述的数据集表明甚至可以采用只具有阶跃电压分布的简单、不稳压的电源,从而不必需要具有斜坡电压分布的电源。
效率的提高允许在较短的工作时间下达到聚焦所需的伏小时。
利用本发明的贮盒和缓冲剂芯,取决于样本、带长、带pH范围和电压分布,可以在少至6小时、5小时、4小时、甚至少至3.5小时、3.0小时、2.5小时、2.0小时或者甚至少至1.5或1.25小时的情况下实现聚焦。可以典型地在1.25-10小时、1.5-9小时、1.75-8小时、2-7小时、2.5-6小时以及甚至在1-3小时实现聚焦。
从而可以比现有的水平式平板油浸部件至少快二倍地、经常至少快3倍、4倍、甚至快5倍地实现聚焦。有时,至少快6倍、7倍、8倍、9倍、甚至快到10倍地实现聚焦。
例如,采用斜坡电源、7cm IPG凝胶、能保持6条这种带的贮盒以及带有锯齿状支承的缓冲剂芯,可以利用下述斜坡电压分布实现聚焦:
0-175伏15分钟以上
175-2000伏45分钟以上
2000伏20-30分钟
采用阶跃电源、7cm IPG凝胶、能保持6条这种带的贮盒以及带有锯齿状支持的缓冲剂芯,可以利用下述阶跃电压分布实现聚焦:
200伏20分钟
450伏15分钟
750伏15分钟
2000伏30分钟
甚至可以利用固定电源,例如Power Ease500(Invitrogen,Carlsbad,CA),通过对7cm IPG带施加500伏3-4小时实现成功的聚焦。
从而,利用本发明的贮盒和缓冲剂芯,利用低至3500伏、3000伏、2750伏、2500伏、2250伏、2000伏、1750伏、1500伏、1250伏、1000伏并且甚至低至750伏或500伏的最大电压实现IPG等电子聚焦,并且可以利用斜坡电压分布、阶跃电压分布或者固定电压分布来实现。最小最压可以是500伏、750伏、1000伏、1250伏、1500伏、1750伏、2000伏、2250伏、甚至2500伏或更多。
典型地,使用IPG带的有效等电子聚焦所要求的电气参数是按最小的或期望的伏小时数表述的,其中伏小时定义成电压分布每个阶段的电压乘以小时的累积和。如前面指出那样,电源额定报告的电压总是大于实际施加在带上的电压,额定伏小时和实际伏小时之间的比率取决于设备的效率。
利用IPG带进行IEF的现有技术方法典型地要求至少13,000的额定伏小时;有些分离要求高达36,000的额定伏小时。
本发明的贮盒和缓冲剂芯的效率提高允许对于70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm或者240mm以及更短、更长或中间长度的带,在小于13,000额定伏小时、典型地小于12,000额定伏小时、11,000额定伏小时、10,000额定伏小时、9000额定伏小时、8000额定伏小时、7000额定伏小时、6000额定伏小时、5000额定伏小时、4000额定伏小时、3000额定伏小时、甚至少到2000、1900、1800、1700、1600、1500、1400或者少到1300、1200、1100或1000额定伏小时下实现聚焦。
从而,对于70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、210mm、220mm、230mm或者240mm以及更短、更长和中间长度的凝胶,可在1000-12,000额定伏小时、1100-11,000额定伏小时、1200-10,000额定伏小时、1300-9000额定伏小时、1400-8000额定伏小时以及1500-7000额定伏小时的聚焦后实现聚焦。
如技术上周知那样,最优电压分布和时间会根据样本变化,并且可能随电源、同时聚焦的带数、以及技术上已知的其它变量例如IPG带的pH范围而变化。例如,pH 6-10的IPG带可能需要比30分钟更长的聚焦;类似地,含有高盐浓度(例如>10mM)的粗蛋白质混合物或样本对于最佳分辨率可能需要更长的时间或总伏小时。本领域技术人员周知,通过例行试验用实验方法优化聚焦条件,例如在上面的指南下开始改变电压、时间和分布中的任一个或者多个。
本发明的提高电效率的贮盒和缓冲剂芯通过施加更低的电压和更有效的电流来减小IPG带历经电弧和燃烧的倾向。
一旦完成电泳,可以把具有贮盒100的缓冲剂芯26存储在-80℃下的密封容器中直至所述带准备就绪可进行分析。
可以并且典型地在或者不在先冻结的情况下从腔18取出带20以供进一步处理。如前面所说明那样,尽管有时一旦干燥就可以经通道入口14和16取出带20,典型地通过展开通道12的腔18的外廓取出带20;在贮盒100的多层实施例中,这是通过分离薄板盖42和形状保持件10实现的。
上面说明的缓冲剂芯实施例设计成便利贮盒的电泳,在该贮盒中,例如如图1-3中示出那样,对于其中存在的每个通道,通道入口14和16允许通过贮盒100的一个共同表面与二者间的通道腔18电连通。
但是,这种几何结构不是必需的。这样,本发明还提供一种其中入口14和16不通过形状保持件10的相同表面开放的贮盒,以及适用于这种贮盒的电泳的缓冲盒。这种几何结构的主要优点是它使该贮盒变成和目前出售的用于板状凝脉SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的缓冲剂芯相容。
图7A是本发明的其中通道112的入口114和116分别通过贮盒1000的相对表面开放的贮盒1000的前视图,并且图7B是侧视图。
类似于贮盒100的通道12,贮盒1000的通道112的尺寸定成移动地和脱水状态下的预先铸造可水合电泳分离介质啮合,并在再水合后封闭容纳该带。
应理解,为了利用作为封闭件的贮盒1000进行电泳,阴极和阳极必须从贮盒1000的相对侧上建立与带20的电连通。
和当入口14和16对贮盒100的同一表面开放通道12时一样,通过入口114和116的通道112的电连通可以是直接的,例如通过经过各个入口的直通通路,或者是间接的,例如通过聚合凝胶和/或导电芯子的中介。但是,另外,当入口114和116对贮盒1000的相对侧开放时,可以通过阳极和阴极分别和第一、第二缓冲剂储器接触,接着这二个储器分别与入口114和116接触来建立电连通。
在后一种情况下,除了通过穿过带20的分离介质完成的电路外,第一和第二缓冲剂储器必须保持彼此电隔离。
可以容易地通过二个贮盒1000或者单个贮盒1000以及一块缓冲剂挡板与缓冲剂芯126的密封接触来实现这种几何结构,如整体收录以供参考的共同拥有的美国5,888,369号专利中进一步说明那样,并且如市场上可从Invitrogen公司(带有电极的缓冲剂芯XCell llTM,目录号El9014X,Invitrogen公司,Carlsbad,CA)买到的那样。
为了利用这种***进行电泳,二个贮盒1000(或者单个贮盒1000和一块缓冲剂挡板)在操作上和缓冲剂芯126对齐地封闭容纳,如图7C和7D所示。
组合的缓冲剂芯和贮盒接着与电泳缓冲剂室34相啮合,该室自身或者连同辅助部件促使二个贮盒1000(或者单个贮盒1000和缓冲剂挡板)与缓冲剂芯126可密封地接触。这种辅助部件可以是一个凸轮致动夹,如在整体收录以供参考的美国6,001,233号专利中进一步说明那样。替代地,缓冲剂芯126首先松散地啮合到电泳缓冲剂室34中,然后相对缓冲剂芯126对齐、接触并进一步推动贮盒。
缓冲剂芯26和贮盒1000(或者缓冲剂挡板)的液密接触是典型的,但是供选用的,还可通过垫圈例如硅垫圈装配到缓冲剂芯126的槽170中来促进。
密封啮合下的缓冲剂芯126和各贮盒1000(或单个贮盒1000和一块缓冲剂挡板)限定其中的内室162,如果未超过贮盒1000,该内室不和电泳缓冲剂室34流体连通。接着对内室162添加导电溶液以达到(i)接触在室162中打开的贮盒入口114(或116,视情况而定)和(ii)不高于贮盒1000。也对电泳缓冲剂室34添加导电溶液以达到(i)接触在室34中打开的贮盒入口116(或114,视情况而定)和(ii)不高于贮盒1000。
如共同拥有的美国5,888,369号专利中进一步说明那样,以及由XCellTM Surelock***的用户周知那样,缓冲剂芯126的电极几何结构实现阳极和内室126的接触以及阴极和室34中形成的外储器60的接触,从而允许对带20施加实现电泳所要求的电压梯度。
应注意,通道112和带20与液体储器的直接接触的一个可能缺点是其增加两性电解质和/或样本从分离介质中泄漏的可能性。
尽管具体地在上面把本发明的贮盒描述成具有至少一个尺寸整体性足以允许通过水合来容纳啮合在其中的预先铸造可水合分离介质的预先成形的通道,但是预先成形的通道不是唯一的在封闭件中水合容纳这种介质的途径。
仅作为举例,该封闭件若是有展性的但仍是保持形状的,则可以包围脱水状态下的带以形成一个重新的通道,一旦水合该带该通道在其中密封容纳再水合的带。
在另一个方面上,本发明提供便于实现本发明方法的成套工具。
本发明的成套工具可由从下面的组中选出的至少一个部件(单个地或多个地)组成,该组包括:本发明的缓冲剂芯,电泳室,可建立与缓冲剂芯的电连通的电泳室盖,拉紧楔子,缓冲剂挡板,电极芯子,密封条,IPG带,集装的载体两性电解质,集装的阴极缓冲剂,集装的阳极缓冲剂,集装的着色剂(例如银色着色剂或胶态蓝色着色剂),被分析物样品例如典型地为混合物的蛋白质样品,以及适用于进行第二维分离的聚丙烯酰胺凝胶。
从而,第一系列成套工具实施例可包括非一次性使用的、用于配合电泳部件以容纳本发明的贮盒的物品。例如,一套工具可包括本发明的缓冲剂芯以及对应的盖。
对于既没有电泳室又没有适用于施加压力以向内使贮盒100向缓冲剂芯推动的拉紧楔子例如凸轮致动拉紧楔子的用户,一套本发明的工具可包括电泳室,拉紧楔子、缓冲剂芯和盖。有用地,为了允许单个贮盒可工作,该套工具还可任选地包括缓冲剂挡板。
第二系列成套工具的实施例包括适于在本发明中使用的一次性物品。
例如,一套工具可包括至少一个贮盒和多个电极芯子。该套工具还可任选地附加包括适用于在再水合期间密封入口14和16的密封条,和/或可任选地包括多个pH范围相同或者pH范围不同的IPG带。
本发明的成套工具还可以任选地包括一种或多种分立的集装载体两性电解质、阴极缓冲剂、阳极缓冲剂、诸如银色着色剂或胶态蓝色着色剂的着色剂(或者为1X使用浓度或供进一步稀释的高浓度下的液体形式,或者为用适当数量的水重构的固体形式)、典型为混合物中的蛋白质样品、或者适用于在等电子聚焦后进行第二维分离的聚丙烯酰胺凝胶例,如Tris-Glycine ZOOM凝胶(Invitrogen,Carlsbad,CA)。
例1
确定通道公差
通过在每块形状保持塑料板坯上加工六个平行的通道来制造几何形状基本如图1A中所示的三个贮盒。第一贮盒的六个通道都为0.77mm深,其中二个通道为4.09mm宽、二个通道为0.65mm宽以及二个通道为3.35mm宽。第二贮盒的六个通道都为0.65mm深,其中二个通道为4.09mm宽、二个通道为0.65mm宽以及二个通道为3.35mm宽。第三贮盒的六个通道都为0.57mm深,其中二个通道为4.09mm宽、二个通道0.65mm宽以及二个通道为3.35mm宽。通过对三个贮盒的每个施加柔性薄板盖使得除端头入口外各通道是流体封密的。
5μL的Serva IEF样品(目录号39212-01,Serva ElectrophoresisGmbH,Heidelberg,德国)和下述成分的120μL再水合缓冲剂混合:8.0M尿素,0.5%g两性电解质(3-10 IPG缓冲剂,目录号17-6001-11,Amersham Biosciences),2.0%(W/V)CHAPS,20mM DTT,0.0025%(W/V)溴酚蓝。在贮盒水平定位情况下,把该溶液吸取到三个贮盒的每个通道中。
在每个通道中***一条7cm的Immobiline DryStrip 3-10凝胶(Amersham Biosciences,Piscataway,NJ,USA)。接着用盖条封闭各通道入口并使带再水合8小时。当存在装入井时移除盖条。
安放用水弄湿的过滤纸芯子以在端头入口处和带的末端头凝胶部分接触。
在贮盒的阳极端和阴极端使电极与芯子接触并按下述规程分三步施加电压:250伏15分钟,从250伏上升到3500伏一个半小时,以及3500伏1小时。在所有三个步骤中,把电流限制在1毫安内和把功率限制在4瓦内。
取出各个条,用Coomassie蓝着色剂着色、对齐并照相。
图8中示出的结果表明,甚至最大通道,4.09mm宽和0.77mm深,也允许在额定3mm宽、0.5mm深的带中对Serva IEF样品足够聚焦(最左通道)。
例2
采用斜坡电压分布的电特性比较
该实验在采用斜坡电压电源分布情况下比较(i)商用水平式IPG电泳设备(MultiphorTM平板***,Amersham Biosciences,Piscataway,NJ)和(ii)采用用于垂直电泳的本发明的缓冲剂芯的本发明的贮盒(ZOOMIPGRunnerTM)中流过IPG带的实际电流。为作更深入的比较,使用来自二个销售商,Amersham Biosciences(“AP带”)和Invitrogen公司(“INV带”)的带。
设备和材料
1.电源:Novex型号35-40。使用四个这样的电源,四个试验设置中各使用一个。
a.电压/时间分布:对于这四个***中的每个***设定相同的斜坡电压分布。该分布设定为:
0→250伏15分钟以上
250伏→3500伏1.5小时以上
3500伏2小时
2.用于测量的数字万用表(DMM):
使用二个都能测量微安的DMM。在电流测量方式下使用这二个DMM。它们与设备和电源之间的接地侧电源电缆串联连接。
a.Fluke 83系列III
b.Fluck 73系列III
3.MultiphorTM
a.芯子溶液:0.5ml超纯水
b.再水合:0.125ml/带
4.ZOOMIPGRunnerTM
a.芯子溶液:0.75ml去离子水
b.再水合:0.155ml/带
5.带
a.Invitrogen 4-7pH,Lot#100248
b.AP Biotech 4-7pH,Lot#287374
6.再水合溶液中的样本:
a.来自E.Coli的第二自旋溶解产物(每1ml再水合溶液0.002ml)
b.添加溶解产物后以14,000rpm离心15分钟
c.pH4-7 ZOOM Mlytes(Invitrogen公司)、
结果
表1
使用MultiphorTM和ZOOMIPGRunnerTM的实际电流
经过时间(小时:分) | 测得电流,毫安(电压,伏,按电源报告) | |||
MultiphorTM | ZOOMIPGRunnerTM | |||
#1w/AP带 | #2w/Inv带 | #1w/AP带 | #2w/Inv带 | |
0:15 | .12 | .10 | .43 | .42 |
0:20 | .11 | .14 | .38 | .45 |
~0:25 | .145 | .185 | .33 | .53 |
~0:40 | .205 | Nr | .17(1250V) | .19(1170V) |
~0:50 | .088(1710V) | Nr | Nr | .20(1515V) |
~1:00 | .097(2100V) | .100(1908V) | .24(2108V) | .24(1908V) |
~1:15 | Nr | .097(2500V) | Nr | .29(2500V) |
Time@3500V: | ---------- | ---------- | ---------- | ---------- |
0:05 | .15(3500V) | .12(3500V) | .39(3500V) | .39(3500V) |
0:10 | .15(3500V) | .12(3500V) | .451 | .38(3500V) |
0:15 | .15(3500V) | .12(3500V) | .46(3500V) | .35(3500V) |
0:20 | .15(3500V) | .11(3500V) | .42(3500V) | .32(3500V) |
0:30 | .15(3500V) | .11(3500V) | .36(3500V) | .30(3500V) |
1:15 | .15(3500V) | .11(3500V) | .27(3500V) | .65/.282 |
1:40 | .20(3500V) | .20(3500V) |
Nr=未记录
对表1注释:
13500伏10分钟后一条带在碱性端燃烧。该燃烧进行5分钟,然后电流回落。
2燃烧电流/燃烧后电流。一条带在施加3500伏1小时15分钟后开始燃烧。该燃烧进行7分钟。遇上电源的功率限制,从而燃烧期间电流尖峰时电压下降。例如,0.65毫安下电压为2900伏。燃烧期间最大记录的电流(100毫秒采样)是0.82毫安。
3对于2小时3500伏施加只测量1小时40分钟的电流。
结果绘制在图9中。如从表1和图9看出那样,与平板部件相比,在所有的运行时间中以及对于任一种牌子的IPG带,使用本发明的贮盒和缓冲剂芯流过IPG带的电流要明显地高。
表2给出在供电循环计划的固定3500伏期间,这二种类型的部件的“伏小时”比。
该“伏小时”比是从测到的电流计算的—如果IPG带的电阻相等,测到的电流小时比等同于伏小时比。按IPGRunnerTM(IPGRunner)的“伏小时”除以MultiphorTM(MP)的“伏小时”计算该比。
表2
“伏小时”比
3500伏下的伏小时比:IPG Runner/MP | ||
时间 | AP带 | INV带 |
0:05:00 | 2.7 | 3.3 |
0:10:00 | 3.0 | 3.2 |
0:15:00 | 3.1 | 2.9 |
0:20:00 | 2.8 | 2.9 |
0:30:00 | 2.4 | 2.7 |
1:15:00 | 1.8 | 2.5 |
平均 | 2.6 | 2.9 |
表2表明,尽管在用电源电压乘以时间计算的额定伏小时明显相等,但在向凝胶传送功率方面本发明的贮盒和缓冲剂芯要比平板式MultiphorTM有效得多。
在该分布的第一、低电压阶段,本发明的贮盒和缓冲芯要比MultiphorTM多4倍地对带(AP带以及INV带)推入电流量。在该阶段期间这二个设备存在染料前端部速度和形状上的明显差异。
在该试验中按3500伏设置的高电压聚焦平稳段期间,对于AP带和INV带,本发明的贮盒和缓冲剂芯比MultiphorTM分别多传送平均约2.6倍和2.9倍的电流。
采用斜坡电压分布和现有平板式部件相比,借助本发明的贮盒和缓冲剂芯可使用较低电压、较少时间实现聚焦。电压较低和周期较短是更方便的,其要求不那么复杂(以及不那么贵)的电源,避免需要限流电源并且会导致不那么频繁的电弧带的燃烧。如前述那样,最优电压和时间部分地取决于样本渗透度和电解液浓度。
例3
采用阶跃电压分布的电特性
在本发明的二个ZOOMIPGRunnerTM***(贮盒、缓冲剂芯、储器)中运行四个带有六条各为不同pH范围的带的全满的贮盒,每条带装有标准样本,以便评估不带有电流或功率限制的电压阶跃分布的有效性。
设备和材料
1.电源:Novex型号35-40。使用二个这样的电源,二个试验设置中各使用一个。
a.电压/时间分布:对这二个***设定相同的如下面的表3中描述的相同电压分布。
2.用于测量的数字万用表。使用二个,都能测量微安。在电流测量方式下使用这二个DMM。它们与设备和电源之间的接地侧电源电缆串联连接。
a.Fluke 87系列III
b.Fluke 73系列III
表3
阶跃电压分布
电压 | 持续时间 | 累积时间 |
175 | 15分钟 | 0:00-0:15 |
500 | 15分钟 | 0:15-0:30 |
750 | 15分钟 | 0:30-0:45 |
2000 | 30分钟 | 0:45-1:15 |
结果
结果概括在表4中并绘制在图10中
表4
测得的电流和额定电压,阶跃分布
经过时间(小时:分) | 测得电流,毫安(电压,伏,由电源报告) | |||
ZOOMIPG RunnerTM(1号电源) | ZOOMIPG RunnerTM(2号电源) | |||
电流 | 电压 | 电流 | 电压 | |
0:00 | .03 | 0 | 0.03 | 0 |
0:01 | .68 | 175 | .72 | 175 |
0:02 | .70 | 175 | .74 | 175 |
0:03 | .71 | 175 | .74 | 175 |
0:04 | .70 | 175 | .72 | 175 |
0:05 | .68 | 175 | .69 | 175 |
0:10 | .55 | 175 | .55 | 175 |
0:15 | .43/1.21 | 175/500 | .42/1.20 | 175/500 |
0:16 | 1.19 | 500 | 1.15 | 500 |
0:17 | 1.10 | 500 | 1.15 | 500 |
0:18 | 1.06 | 500 | 1.13 | 500 |
0:19 | 1.00 | 500 | 1.08 | 500 |
0:20 | .93 | 500 | 1.05 | 500 |
0:25 | .59 | 500 | .59 | 500 |
0:30 | .40/.60 | 500/750 | .44/.66 | 500/750 |
0:31 | .57 | 750 | .63 | 750 |
0:32 | .54 | 750 | .60 | 750 |
0:33 | .51 | 750 | .55 | 750 |
0:34 | .48 | 750 | .51 | 750 |
0:35 | .45 | 750 | .46 | 750 |
0:40 | .30 | 750 | .31 | 750 |
0:45 | .24/.67 | 750/2000 | .26/.72 | 750/2000 |
0:46 | .68 | 2000 | .71 | 2000 |
0:47 | .68 | 2000 | .71 | 2000 |
0:48 | .65 | 2000 | .68 | 2000 |
0:49 | .63 | 2000 | .66 | 2000 |
0:50 | .61 | 2000 | .64 | 2000 |
0:51 | .58 | 2000 | .62 | 2000 |
0:52 | .57 | 2000 | .60 | 2000 |
0:53 | .55 | 2000 | .59 | 2000 |
0:54 | .54 | 2000 | .59 | 2000 |
0:55 | .53 | 2000 | .58 | 2000 |
1:00 | .52 | 2000 | .55 | 2000 |
1:05 | .51 | 2000 | .51 | 2000 |
1:10 | .50 | 2000 | .50 | 2000 |
1:15 | .48/0.01 | 2000/0.0 | .49 | 2000 |
1:45 | finished | finished | 2000/0 |
对表4的注释:
1无燃烧的带。
该阶跃电压分布不造成24条带中任何带的燃烧。
500伏档造成每条带短于1分钟的99μA,但约5分钟超过70μA;不过,500伏是比最终聚焦电压低得多的电压,样本在这样低的电压下的导电性不可能引起任何电弧或燃烧。未看到电弧和燃烧。
该实验表明,借助本发明的贮盒和缓冲剂芯(ZOOMIPGRunnerTM***),可以采用便宜的只能“阶跃”分布的非稳压电源在带不会燃烧并且具有高品质等电子聚焦的情况下使用各种IPG带对样本聚焦。这些电源是可编程的但在微安范围内不提供电流限制。
此外,该试验分布显示通过使较高的电流负载下降到较低的电压区中提供出色的平衡。但是,最优电压和时间将部分地取决于样本渗透度和电解液浓度。
本说明书中提到的所有专利和刊物都收录作为参考,就象每一篇被专门地和独自地收录作为文献那样。尽管通过示意和例子详细地说明了本发明,本领域技术人员容易清楚,根据本文的讲授,可以在不背离附属后权利要求书的精神和范围下做出某些改变和修改,而本发明的范围仅由该权利要求书以及它的完整范围的等同物限定。
Claims (35)
1.一种用于预先铸造可水合分离介质带中的被分析物样本的低电阻电泳的***,包括:
用于封闭多条所述带的装置,所述封闭装置允许通过相应的第一和第二入口实现分别与每个所述封闭带的隔开的电连通;以及
用于响应于外部压力通过单个阳极和单个阴极同时与每条所述封闭带实现隔开的电连通的装置,
其中,所述电连通装置能对所述第一和第二入口分配比所述封闭装置上其它地方大的外部压力以向所述封闭装置推动所述阳极和所述阴极。
2.如权利要求1的***,其中,所述封闭装置能在其中水合地容纳所述带。
3.如权利要求1或2的***,其中,所述电连通装置包括:
一个阳极支承;
一个阴极支承;
一个阳极;以及
一个阴极;
其中,所述支承断续地对所述阳极和阴极分配外部压力,以便通过使在所述第一和第二入口处的压力要比所述封闭装置上其它地方的压力大来向所述封闭装置推动所述阳极和所述阴极。
4.如权利要求2的***,其中,所述阳极支承和所述阳极断续接触,并且所述阴极支承和所述阴极断续接触。
5.如权利要求1的***,能通过施加3000伏或更小的电压在所述带中进行电泳分离。
6.如权利要求5的***,能通过施加1500伏或更小的电压在所述带中进行电泳分离。
7.如权利要求6的***,能通过施加500伏或更小的电压在所述带中进行电泳分离。
8.如权利要求1的***,能通过施加小于2000伏小时在所述带中进行电泳分离。
9.如权利要求8的***,能通过施加小于1500伏小时在所述带中进行电泳分离。
10.如权利要求1的***,能在所述带中进行小于6小时的电泳分离。
11.如权利要求10的***,能在所述带中进行小于5小时的电泳分离。
12.如权利要求10的***,能在所述带中进行小于4小时的电泳分离。
13.一种用于预先铸造可水合分离介质中被分析样本的低电阻电泳的方法,该方法包括:
在封闭件中水合地容纳至少一条带,该封闭件允许通过相应的第一和第二入口实现与多条封闭带的每条带的分别的隔开的电连通;
向所述至少一条带施加含有蛋白质被分析物的样本;
向所述封闭件推动阳极和阴极以便同时实现对每条所述带的隔开的电连通,其中,分配向所述封闭件推动所述阳极和所述阴极的力以便在所述第一和第二入口处形成比所述封闭件上其它地方要大的接触压力;以及接着
按足以在所述至少一条带中实现被分析物的电泳分离的电位差和时间向所述阳极和所述阴极施加电势。
14.如权利要求13的方法,其中,在把所述带容纳到所述封闭件期间施加所述样本。
15.如权利要求13的方法,其中,所述施加的电位差为3000伏或更小。
16.如权利要求15的方法,其中,所述施加的电位差为1500伏或更小。
17.如权利要求16的方法,其中,所述施加的电位差为500伏或更小。
18.如权利要求13的方法,其中,施加所述电位差少于6小时。
19.如权利要求18的方法,其中,施加所述电位差少于5小时。
20.如权利要求19的方法,其中,施加所述电位差少于4小时。
21.如权利要求20的方法,其中,施加所述电位少于3小时差。
22.如权利要求13的方法,其中,施加所述电位差少于2000伏小时。
23.如权利要求22的方法,其中,施加所述电位差少于1500伏小时。
24.如权利要求23的方法,其中,施加所述电位差少于1400伏小时。
25.如权利要求13的方法,其中,按多档斜坡电压施加所述电位差。
26.如权利要求13的方法,其中,按多档阶跃电压施加所述电位差。
27.如权利要求13的方法,其中,按固定电压电平施加所述电位差。
28.如权利要求13-26中任一权利要求的方法,其中,所述带是IPG带。
29.一种用于用力推动一个阳极和一个阴极以其得它们实现与封闭在装置内的多条预先铸造可水合分离介质带的同时的、隔开的电连通的部件,该装置允许通过相应的第一和第二入口实现分别和各条封闭带的隔开的电连通,该部件包括:
一个基本刚性的架;
一个阳极支承;
一个阴极支承;
一个阳极;以及
一个阴极;
其中,所述阳极支承和所述阴极支承隔开地固定在所述架上,并且能分别对所述阴极和所述阳极分配外部压力,以便通过使在所述第一和第二入口处的接触压力要比所述封闭装置上其它地方的接触压力大来向所述带推动所述阴极和所述阳极。
30.如权利要求29的部件,其中,所述阳极支承和所述阳极断续接触,并且所述阴极支承和所述阴极断续接触。
31.一种利用预先铸造可水合分离介质带的电泳方法,其特征在于:
使所述带与阳极和阴极在电源和凝胶之间的电阻足够低的情况下隔开地接触,以允许在最大施加电压不超过3000伏的情况下实现电泳分离。
32.如权利要求31的方法,其中,所述最大施加电压不超过1500伏。
33.如权利要求32的方法,其中,所述最大施加电压不超过500伏。
34.如权利要求31的方法,其中,所述带是固定pH梯度(IPG)带,并且所述电阻低到足以允许在施加小于2000额定伏小时的情况下进行等电子聚焦。
35.如权利要求34的方法,其中,所述电阻低到足以允许在施加小于1500额定伏小时的情况下进行等电子聚焦。
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