一种新型的“重力自平衡——自由流电泳仪”的研制及其应用研究

摘要

自由流电泳（Free Flow Electrophoresis，FFE）是一种全液相制备型生物分离技术，已经被用以分离诸如蛋白质、DNA、临床药物、细胞等物质。现有的自由流电泳仪一般通过恒流多道泵将缓冲溶液输入到分离室中，同时横向施加电场以达到分离的目的。 由于没有任何固体介质，所用的大多又是水相，因此对于自由流电泳来说，首先样品的回收率几乎达到100％，其次适应性很好的温和的水相环境使得酶或者细胞在纯化过程中保留了其生物活性，再次整个电泳是一个连续的过程，因此自由流电泳可以用于制备，其通量甚至要高于制备型色谱技术。 但现有制备型电泳仪存在以下问题：第一，商业用电泳仪中控制均等流速的48道或者96道的多道泵价格非常昂贵。第二，由于进样方式（基本都是单管进样）和分离室的限制一般很少用于样品富集，现有仪器处理样品的通量也不会很高。 本论文的第一个内容就是介绍一种崭新的自由流电泳仪，该仪器采用气液缓冲分流装置作为进样器，联用自平衡收集系统，以代替价格昂贵的多道泵。其中，气液缓冲分流器、电泳分离室和自平衡收集系统将会被详细地介绍。随后，通过系统性的实验，整套仪器的性能被全面地评估。通过线性流体实验可以看到分离室中的各泳道液流速度保持一致，液流环境稳定；通过Ω曲线实验可以评估焦耳热消散程度以及电极性能。为了证明仪器本身的实验可行性，我们进行了区带自由流电泳模式分离三种氨基酸的实验，在实验中三种氨基酸（组氨酸、色氨酸和脯氨酸）被完全分开，迁移距离同理论值相符，同时还评估了进样方式的差异。 本论文的第二个内容就是介绍移动反应界面（MRB）在自由流电泳中的研究及其应用。研究中我们首先将Cu2＋和EDTA作为两相，选用了移动螯合界面MCB来观测界面在整个分离室中迁移全过程，用来证明移动反应界面在自由流电泳中的存在。其次，我们利用移动中和界面技术（MNB）对组氨酸进行了富集，富集倍数高达10倍以上，同时由于采用碱相全管上样方式，样品的通量高达4090mL/day。在富集过程中，我们通过保持其他因素不变改变缓冲液的流速的方法，用以判定MNB界面的迁移速率，与理论值进行了比较，并对公式进行了评估和修正，这些为小分子两性物质的富集制备提供了有效的方法。