芯片凝膠電泳及其在線UV-VIS成像檢測裝置制造方法及圖紙

一種芯片凝膠電泳及其在線UV?VIS成像檢測裝置，包括：由上而下依次設置的上電極室、具有UV?VIS通透的凝膠電泳芯片和下電極室、設置于凝膠電泳芯片一側(cè)的光源和依次設置于凝膠電泳芯片另一側(cè)的濾光片、CCD成像檢測器，下電極室設置于電控移動平臺上，CCD成像檢測器輸出采集圖像至控制分析模塊進行在線成像分析。本發(fā)明專利技術基于集成化凝膠電泳芯片和UV?VIS檢測裝置，實現(xiàn)了凝膠快速制備、樣品電泳分離、UV?VIS成像和結(jié)果分析的一體化，各步驟可自動化完成，避免現(xiàn)有電泳時制膠、電泳、掃描過程中多次轉(zhuǎn)移凝膠的手工操作，提高分離效率和檢測靈敏度。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
芯片凝膠電泳及其在線UV-VIS成像檢測裝置
本專利技術涉及的是一種凝膠電泳領域的技術，具體是一種芯片凝膠電泳-在線UV-VIS成像分析裝置。
技術介紹
現(xiàn)有平板聚丙烯酰胺凝膠電泳(polyacrylamidegelelectrophoresis,PAGE)操作繁雜、耗時長達數(shù)小時甚至一天、無法實現(xiàn)自動化，而現(xiàn)有蛋白質(zhì)電泳芯片、核酸電泳芯片以及毛細管PAGE電泳雖然具備一定的自動化、檢測通量和速度，但仍存在以下問題限制其進一步發(fā)展和應用：需要使用復雜的衍生技術進行熒光檢測，不具有蛋白質(zhì)和核酸檢測的普適性，而大多數(shù)蛋白和核酸本身具有紫外吸收，但是目前缺少與普適性的紫外-可見光(ultra-violetvisiblelight，UV-VIS)成像檢測兼容的蛋白質(zhì)/核酸凝膠電泳分離的關鍵技術和核心部件；第二，雖然現(xiàn)有的在線熒光/化學發(fā)光檢測技術可以與芯片凝膠電泳兼容，但因PMMA、PC和PDMS等電泳芯片的高分子基質(zhì)材料不具備紫外透過性，仍然缺少針對芯片電泳的在線UV-VIS成像裝置；第三，紫外檢測靈敏度一般較熒光/化學發(fā)光檢測低2～4個數(shù)量級，而毛細管/芯片通道的尺寸一般小于50μm，造成UV-VIS光程短，導致蛋白質(zhì)/核酸毛細管/芯片電泳的紫外檢測靈敏度低；第四，因所用材料導熱性能低，散熱問題一直困擾現(xiàn)有/芯片凝膠電泳，顯著降低了凝膠電泳穩(wěn)定性和分離速度。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術針對現(xiàn)有平板凝膠電泳操作繁瑣、費工費時、分離效率低且無法實現(xiàn)普適性的在線UV-VIS成像檢測的問題，以及現(xiàn)有毛細管/芯片電泳使用UV-VIS檢測光程短、靈敏度低、兼容性差、熱穩(wěn)定性低的問題，提出一種芯片凝膠電泳及其在線UV-VIS成像檢測裝置，可以實現(xiàn)芯片凝膠電泳對蛋白、核酸的高效、快速、穩(wěn)定、靈敏的分離分析，和芯片的實時動態(tài)UV-VIS成像檢測和分析，同時微型化的電泳芯片裝置使用簡單、消耗低、實現(xiàn)分離分析自動化，通過獨立泳道、導熱隔離脊和電極液熱容緩沖解決現(xiàn)有凝膠/毛細管/芯片電泳高效并行散熱問題，進而提高芯片凝膠電泳穩(wěn)定性和分離分析速度。本專利技術是通過以下技術方案實現(xiàn)的：本專利技術涉及一種芯片凝膠電泳-在線UV-VIS成像分析裝置，包括：由上而下依次設置的上電極室、具有UV-VIS通透的凝膠電泳芯片和下電極室、設置于凝膠電泳芯片一側(cè)的光源和依次設置于凝膠電泳芯片另一側(cè)的濾光片、CCD成像檢測器，其中：下電極室設置于電控移動平臺上，CCD成像檢測器輸出采集圖像至控制分析模塊進行在線成像分析。所述的凝膠電泳芯片包括：垂直框架、水平框架以及豎直設置于其中的若干獨立電泳通道，其中：相鄰電泳通道之間設有通道隔離脊，若干電泳通道的前后側(cè)分別設有石英玻璃。所述的獨立電泳通道依次包括：上樣通道、分離通道、分離通道狹縫、連接通道。所述的下電極室包括：下電極以及設置于其上的下電極框和芯片卡槽。所述的上電極室包括：上電極以及分別設置于其上下的上電極框和密封環(huán)。所述的光源包括但不限于氘燈、鎢燈、LED紫外燈、LED可見光譜燈、激光光源，包括但不限于點光源、線光源和面光源；所述的CCD成像檢測器包括但不限于UVCCD成像分析儀或可見光CCD成像分析儀；所述的電控移動平臺可左右方向平移，帶動凝膠電泳芯片、下電極室和上電極室同步移動以檢測不同區(qū)域內(nèi)的獨立電泳通道內(nèi)的蛋白質(zhì)或核酸區(qū)帶。所述的控制分析模塊包括：電泳電壓電流控制單元、電控移動平臺控制顯示單元、光源控制單元、成像控制分析單元、臨床疾病電泳譜圖數(shù)據(jù)庫單元和輸出顯示單元，其中：電泳電壓電流控制單元與恒流電源相連以穩(wěn)定控制電壓并輸出電壓使用信息至成像控制分析單元，電控移動平臺控制顯示單元與電控移動平臺相連并控制平臺帶動芯片左右方向平移并將位置信息輸出至成像控制分析單元，光源控制單元與UV-VIS光源相連以控制光源穩(wěn)定照射并輸出光源使用信息至成像控制分析單元，成像控制分析單元與CCD成像鏡頭相連并接收并記錄實時圖像信息，臨床疾病電泳譜圖數(shù)據(jù)庫單元與成像控制分析單元相連并傳輸譜圖信息，輸出顯示單元與成像控制分析單元相連并傳輸實時圖像信息。本專利技術涉及一種基于上述裝置的蛋白質(zhì)或核酸電泳分離和檢測的方法，包括如下步驟：步驟1)將制備好的凝膠芯片安裝于下電極室的芯片卡槽內(nèi)，再將上電極室垂直安裝于芯片上端，分別在上電極室和下電極室內(nèi)加入適量配置好的電泳緩沖液，從凝膠電泳芯片上電極室的上樣通道中用加樣器逐個加入待測樣品溶液，樣品體積為0.5-30μL；步驟2)打開電源，設置合適的電壓和電流條件，開始電泳，電壓控制在10-500V，電流為0.1-50mA，電泳時長1-10min；步驟3)電泳過程中和結(jié)束后，使用UV-VIS在線成像系統(tǒng)對凝膠在線觀察成像，并通過CCD記錄和計算機分析圖像結(jié)果，可以檢測蛋白質(zhì)及核酸等生物物質(zhì)的在電場-凝膠中的遷移變化和相互作用，獲取不同蛋白質(zhì)和核酸的成分信息、濃度信息和相互作用信息。技術效果與現(xiàn)有技術相比，本專利技術技術效果包括：1、實現(xiàn)高效快速的電泳分離：本裝置采用5-15mm凝膠電泳通道，分離距離較現(xiàn)有PAGE縮短5-20倍，且由于裝置具有良好的產(chǎn)熱少、散熱性能和緩沖性，可施加電場強度達現(xiàn)有PAGE時的3-10倍，因此，分離時間由1小時縮短到600秒、180秒、甚至60秒，同時進行UV-VIS實時成像檢測，免去4-6小時的手工染色、脫色和掃描步驟，使整個分離和檢測時間可控制在10分鐘以內(nèi)、甚至1-2分鐘，速度極快。2、實現(xiàn)實時動態(tài)在線成像分析：如前所述，現(xiàn)有PAGE檢測基于繁瑣的染色掃描檢測，毛細管/芯片凝膠電泳因基于分離通道末端的光密度點檢測而無法實現(xiàn)在線UV-VIS成像檢測分析；而本專利技術通過關鍵凝膠電泳芯片和檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)了UV-VIS成像分析，實現(xiàn)多個獨立電泳通道蛋白和核酸物質(zhì)的同步瞬間檢測分析，避免了現(xiàn)有PAGE繁瑣的固定染色脫色掃描檢測模式，同時也解決了長期困擾毛細管/芯片凝膠電泳末端的UV-VIS光密度點檢測問題，為自動化和高通量分離分析奠定了關鍵技術。3、顯著提高凝膠電泳的靈敏度：UV-VIS檢測靈敏度一般較熒光/化學發(fā)光檢測低2-4個數(shù)量級，而毛細管/芯片通道檢測光程一般小于50μm，導致蛋白、核酸的毛細管/芯片凝膠電泳檢測靈敏度低；并且現(xiàn)有PAGE凝膠厚度在1mm左右，其檢測光程也在1mm左右。本專利技術電泳凝膠厚度從很薄(0.2～3.0mm)到、中厚(4～10mm)、再到超厚凝膠(～50mm)，但凝膠寬度很窄(～2.0mm)；一方面解決現(xiàn)有和芯片凝膠電泳因凝膠厚度增加帶來的散熱難題(見以下優(yōu)點4)，另一方面解決了毛細管(25～75μm內(nèi)徑)/芯片通道(20～80μm厚度)/現(xiàn)有(0.4～1.0mm厚度)凝膠電泳因光程短帶來的靈敏度低的問題，將檢測靈敏度提高～2000倍(圖14)，很好地解決了凝膠電泳靈敏度(圖14)與散熱(圖15)的矛盾。4、顯著提升芯片凝膠電泳的熱穩(wěn)定性：電泳時裝置的散熱效果和凝膠的溫度穩(wěn)定性極大影響電泳分離結(jié)果。現(xiàn)有/芯片凝膠電泳一般使本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
1.一種芯片凝膠電泳-在線UV-VIS成像分析裝置，其特征在于，包括：由上而下依次設置的上電極室、具有UV-VIS通透的凝膠電泳芯片和下電極室、設置于凝膠電泳芯片一側(cè)的光源和依次設置于凝膠電泳芯片另一側(cè)的濾光片、CCD成像檢測器，其中：下電極室設置于電控移動平臺上，CCD成像檢測器輸出采集圖像至控制分析模塊進行在線成像分析；/n所述的電控移動平臺左右方向平移帶動凝膠電泳芯片、下電極室和上電極室同步移動以檢測不同區(qū)域內(nèi)的獨立電泳通道內(nèi)的蛋白質(zhì)或核酸區(qū)帶。/n

【技術特征摘要】
1.一種芯片凝膠電泳-在線UV-VIS成像分析裝置，其特征在于，包括：由上而下依次設置的上電極室、具有UV-VIS通透的凝膠電泳芯片和下電極室、設置于凝膠電泳芯片一側(cè)的光源和依次設置于凝膠電泳芯片另一側(cè)的濾光片、CCD成像檢測器，其中：下電極室設置于電控移動平臺上，CCD成像檢測器輸出采集圖像至控制分析模塊進行在線成像分析；
所述的電控移動平臺左右方向平移帶動凝膠電泳芯片、下電極室和上電極室同步移動以檢測不同區(qū)域內(nèi)的獨立電泳通道內(nèi)的蛋白質(zhì)或核酸區(qū)帶。


2.根據(jù)權利要求1所述的芯片凝膠電泳-在線UV-VIS成像分析裝置，其特征是，所述的凝膠電泳芯片包括：垂直框架、水平框架以及豎直設置于其中的若干獨立電泳通道，其中：相鄰電泳通道之間設有通道隔離脊，若干電泳通道的前后側(cè)分別設有石英玻璃。


3.根據(jù)權利要求1所述的芯片凝膠電泳-在線UV-VIS成像分析裝置，其特征是，所述的獨立電泳通道依次包括：上樣通道、分離通道、分離通道狹縫、連接通道。


4.根據(jù)權利要求1所述的芯片凝膠電泳-在線UV-VIS成像分析裝置，其特征是，所述的下電極室包括：下電極以及設置于其上的下電極框和芯片卡槽。


5.根據(jù)權利要求1所述的芯片凝膠電泳-在線UV-VIS成像分析裝置，其特征是，所述的上電極室包括：上電極以及分別設置于其上下的上電極框和密封環(huán)。


6.根據(jù)權利要求1所述的芯片凝膠電泳-在線UV-VIS成像分析裝置，其特征是，所述的控制...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：曹成喜，薛靜晶，張強，李紅根，王宇興，劉偉文，肖華，劉小平，黃琳，劉天，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31