重力自平衡自由流電泳裝置的研制與應(yīng)用

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1、上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文重力自平衡自由流電泳裝置的研制與應(yīng)用DEVELOPMENTOFANEWPREPARATIVEFREE-FLOWELECTROPHORESISAPPARATUSWITHSELF-BALANCECOLLECTORBASEDONGRATISGRAVITYANDINVESTIGATIONOFITSAPPLICATION(申請理學(xué)碩士學(xué)位)碩士姓名：楊成章專業(yè)：生物學(xué)學(xué)號：1110809053研究方向：生物分離與分析指導(dǎo)導(dǎo)師：樊柳蔭(副教授)上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院2014年02月1萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文

2、摘要重力自平衡自由流電泳裝置的研制與應(yīng)用摘要自由流電泳（freeflowelectrophoresis,FFE）指具有電荷差異的待分離混合物隨液相背景緩沖液（carrierbuffer,CB）通過多通道泵輸入由兩塊絕緣板構(gòu)成的薄腔后，受到垂直于液體流動方向的不同大小的電場力，實現(xiàn)分離分析的電泳技術(shù)。FFE具有操作連續(xù)、分離模式多樣、無固體支持介質(zhì)、分離條件溫和等特點(diǎn)，既可以用做制備工具，也可以作為分析檢測工具。比較大型的FFE裝置常用于制備研究，而微流控芯片級FFE（microfluidicFFE,μFFE）常用來對物質(zhì)進(jìn)行分析檢測。可以說，自從德

3、國科學(xué)家Sevsson在1949年首次提出FFE原型以來，有關(guān)FFE的研究從未停止。FFE憑著自身強(qiáng)大的優(yōu)勢，已經(jīng)在小分子（無機(jī)或有機(jī)化合物）、大分子（多糖、多肽、蛋白質(zhì)、核酸）、（亞）細(xì)胞等對象的分離分析上得到了很多應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，F(xiàn)FE技術(shù)在多年的發(fā)展歷程中也不斷成熟，各種商業(yè)化的FFE儀器也出現(xiàn)在市場上。最早型號的ElphorVap21FFE裝置于1994年由Bender&Hobein研制成功，并被用作多種生物樣本的制備。隨后，德國科學(xué)家GerhardWeber對裝置進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)了新一代的FFE，并專門成立了FFEServ

4、iceGmbH公司在全球范圍內(nèi)提供專門的FFE服務(wù)。后來，美國醫(yī)療器TM械巨頭BD公司也研制了BDFFE型號的FFE儀器并將其投入市場，授權(quán)北京博奧生物有限公司為中國地區(qū)的獨(dú)家代理。然而，一臺進(jìn)口FFE儀器售價在120~140萬人民幣，非常昂貴，限制了FFE技術(shù)的推廣應(yīng)用。中國對于FFE的重視程度與國外相比，仍相距甚遠(yuǎn)。到目前為止，國內(nèi)并沒有具有自主知識產(chǎn)權(quán)的商業(yè)化FFE問世。國內(nèi)做FFE研究方向的科學(xué)家也為數(shù)不多，對FFE的重視程度尚顯不足。國內(nèi)較為引人注意的FFE樣機(jī)是20世紀(jì)80年代末研制的A3-2型FFE儀器，當(dāng)時在神州四號飛船上對細(xì)胞色素

5、C（cytochromeC,CytC）和牛血紅蛋白（hemoglobin,Hb）進(jìn)行過失重電泳分離實驗，但并沒有商業(yè)化。生物分離與分析實驗室作為國際上FFE研究方向的佼佼者，自2009年以來4萬方數(shù)據(jù)上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要一直在嘗試國產(chǎn)FFE儀器的商業(yè)化，成功研制出基于重力自平衡原理的FFE裝置，并在國際上首次提出移動反應(yīng)界面自由流電泳（freeflowmovingreactionboundaryelectrophoresis,FFMRBE）概念，將FFE技術(shù)與移動反應(yīng)界面原理相結(jié)合。該FFE裝置被成功應(yīng)用于吩嗪-1-羧酸（phenazine

6、-1-carboxylicacid,PCA）的分離純化、蛋白質(zhì)和細(xì)胞的分離。然而，該實驗室研制的FFE也存在一些問題，比如：（1）裝置操作很不方便；（2）容易漏液；（3）外形丑陋，距離商業(yè)化儀器的標(biāo)準(zhǔn)甚遠(yuǎn)。因此，本論文的研究內(nèi)容就是針對舊FFE裝置存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，力爭研制出達(dá)到商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的低成本國產(chǎn)FFE裝置，同時也對裝置的性能進(jìn)行了全方位的檢測，并將新一代的FFE應(yīng)用到蛋白質(zhì)、細(xì)胞的分離。研制出的新型FFE裝置包括4部分：（1）自動化的電路集成系統(tǒng)（包括輸液系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、供電系統(tǒng)）；（2）氣液緩沖器（gascusioninject

7、or,GCI）（具備排氣泡功能）；（3）分離室（分離腔體積為45mm*120mm*0.6-0.8mm，12個進(jìn)口、24個出口）；（4）自平衡回收裝置（self-balancecollector,SBC）。實驗表明，裝置具備優(yōu)良的性能，整體設(shè)計上基本符合商業(yè)化FFE儀器的標(biāo)準(zhǔn)。?曲線實驗和氣泡產(chǎn)生實驗表明裝置具有很好的散熱效果，在使用10mMpH8.0Tris-HCl背景緩沖液（carrierbuffer，CB）（電導(dǎo)率為720μS·cm-1）、50mMpH8.0Tris-HCl電極緩沖液（electrodebuffer，EB）（電導(dǎo)率為2530μS

8、·cm-1）的條件下，最大可施加電壓為400V，不散熱條件下的電流較之散熱條件下的電流高-5.30%~70.26%。在散熱