用于分析物的电泳分离和分析的系统和方法

摘要

本公开涉及用于分析物的电泳分离和分析的系统和方法。用于测定生物样本中是否存在目标分析物的系统包括测定设备和计算机控制器。测定设备包括壳体、部署在壳体中的容器以及激活能量源。容器被配置为接纳电泳槽。电泳槽具有被配置为接纳芯片的凹部区域，芯片被配置为接纳生物样本。芯片包括具有可激活官能团的聚合物分离介质，可激活官能团在被激活时共价键合到目标分析物。激活能量源被配置为供给激活能量，以激活可激活官能团。计算机控制器可操作地耦合到激活能量源，并且被配置为激活激活能量源，以指引激活能量施加到聚合物分离介质，以激活可激活官能团。

说明书

本申请是申请日为2016年5月20日，申请号为201680028953.6， 发明名称为“用于分析物的电泳分离和分析的系统和方法”的申请的 分案申请。

关于联邦资助研究的声明

本发明是在国立卫生研究院授予的奖项编号R43GM112236的政 府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年5月20日提交的标题为“Systems and Methods forElectrophoretic Separation and Analysis of Analytes”的 美国临时专利申请序列No.62/164,495的优先权和权益，该申请的公 开内容整体上并入本文。

技术领域

本公开提供了用于测定生物样品是否存在一种或多种目标分析物 (诸如目标蛋白质)的设备、系统和方法。

背景技术

理解蛋白质表达中的细胞到细胞的变异是理解肿瘤的发病机理、 表征干细胞的分化状态以及为药物开发、目标筛选和毒性研究开发良 好控制的和功能性验证的体外人类“培养皿疾病”模型的很大一部分。 单细胞分析的重要性日益增加，但主要限于转录组(例如，RNA) 和基因组(例如，DNA)技术。重要的是，这些测量并不总是与决 定表型的蛋白质水平相关联。单细胞蛋白质测量呈现干细胞、癌症和 免疫学研究中一个无法克服的障碍。

确定生物样本的蛋白质水平表达的方法包括电泳，接着是探针分 析。电泳是通常将电场施加到分离介质中的生物样本，使得生物样本 的各个分子将基于分子尺寸和电荷分散在整个分离介质中的技术。电 泳之前的细胞裂解可以将生物样本还原成可以在整个分离介质中有效 分离的各个分子的集合。细胞裂解、电泳和随后的探针分析通常在大 量用户的操纵下在分离的平台上执行。

因此，需要使用单个自给式系统来测定各种类型的分析物的存在 的设备、系统和方法。

发明内容

本公开的一方面提供了用于测定生物样本中是否存在一种或多种 目标分析物的系统，该系统包括壳体，壳体包括：(i)容器，被配 置为接纳具有凹部区域的电泳槽，凹部区域被配置为接纳包括具有可 激活官能团的聚合物分离介质的芯片，可激活官能团在被激活时共价 键合到一种或多种目标分析物，其中芯片接纳生物样本；和(ii)激 活能量源，供给激活能量以激活可激活官能团。该系统还包括计算机 控制器，其可操作地耦合到激活能量源并被编程为将激活能量从激活 能量源指引到聚合物分离介质，以激活可激活官能团。

在一些实施例中，电泳槽是可移除的。在一些实施例中，芯片是 可消耗的。在一些实施例中，壳体具有小于大约50cm的长度、小于 大约50cm的宽度和/或小于大约50cm的高度。在一些实施例中，长 度小于大约40cm，宽度小于大约40cm，和/或高度小于大约40cm。

在一些实施例中，聚合物分离介质包括在其中形成的多个微孔。 在一些实施例中，微孔的尺寸被确定为在多个微孔中的个体微孔中适 应来自生物样本的单个细胞，并且其中个体微孔具有100μm或更小 的尺寸。

在一些实施例中，聚合物分离介质是交联的。在一些实施例中， 可激活官能团是二苯甲酮基团。在一些实施例中，可激活官能团可通 过电磁辐射激活。在一些实施例中，电磁辐射是可见光，紫外(UV) 光或红外光。

在一些实施例中，计算机控制器包括在壳体中。在一些实施例中， 计算机控制器包括在关于壳体远程定位的电子设备中。在一些实施例 中，系统还包括向计算机控制器提供电力的电源，以测定生物样本中 是否存在一种或多种目标分析物。

在一些实施例中，激活能量源是紫外辐射源。在一些实施例中， 激活能量源的外表面包括滤光器。在一些实施例中，滤光器被配置为 传递与测定相容的波长子集通过滤光器。在一些实施例中，滤光器被 配置为减少缓冲溶液的冷凝。

在一些实施例中，系统还包括可操作地耦合到计算机控制器的电 子显示器，其中电子显示器具有允许用户指示计算机控制器测定生物 样本的用户界面。

在一些实施例中，电泳槽在凹部区域的相对侧上包括一个或多个 电极。在一些实施例中，系统还包括向一个或多个电极提供电力以跨 凹部区域生成电场的电源。在一些实施例中，计算机控制器被编程为 跨时间指引电场场强。在一些实施例中，系统还包括在壳体中形成的 多个缝隙，缝隙被配置为适应一个或多个引脚，其中当一个或多个引 脚与电泳槽的一个或多个导电接触垫相邻时形成电连接。在一些实施 例中，计算机控制器被编程为指引一个或多个引脚中的每一个的电压 极性，以控制电场的方向。在一些实施例中，一个或多个引脚是弹簧 加载的引脚。在一些实施例中，多个缝隙被配置为适应多种电泳槽形状因子和/或多种电极配置。在一些实施例中，系统还包括一个或多 个调平传感器，调平传感器允许调整凹部区域中的溶液被调平，以减 少电场中的空间扰动。在一些实施例中，系统还包括一个或多个调平 指示器，调平指示器提供关于凹部区域中的溶液的调平度的指示。

在一些实施例中，系统还包括可操作地耦合到计算机控制器的传 感器，其中传感器允许识别被插入到容器中的芯片上的一个或多个标 识构件。在一些实施例中，一个或多个标识构件包括一维或二维标识 条形码。在一些实施例中，一个或多个标识构件包括射频标识 (RFID)单元。在一些实施例中，一个或多个标识构件中的每一个 是唯一的。在一些实施例中，系统还包括耦合到计算机控制器的存储 器，其中存储器存储一个或多个标识构件的标识。在一些实施例中， 计算机控制器被编程为从远程计算机系统的存储器发送或检索一个或 多个标识构件的标识。在一些实施例中，一个或多个标识构件中的第 一标识构件确定用于测定的第一测定参数集合。在一些实施例中，计 算机控制器被编程为上传给定的标识构件和/或测定参数集合。在一 些实施例中，传感器是光学识别一个或多个标识构件的光学传感器。

在一些实施例中，壳体还包括溶液源。在一些实施例中，计算机 控制器被编程为指引溶液从溶液源到芯片的流动。在一些实施例中， 系统还包括一个或多个可操作地耦合到缓冲溶液源的储存器的阀，其 中计算机控制器被编程为打开或关闭一个或多个阀，以指引将溶液从 储存器到芯片的流动。在一些实施例中，溶液是缓冲溶液。在一些实 施例中，计算机处理器被编程为将至少第一溶液和第二溶液从溶液源 分别指引到芯片。在一些实施例中，计算机处理器被编程为从溶液源 顺序地分别向芯片引入两种或更多种溶液。

在一些实施例中，系统还包括一个或多个互锁开关。在一些实施 例中，锁定一个或多个互锁开关允许激活能量源的激活。在一些实施 例中，锁定一个或多个互锁开关允许电源的激活。

在一些实施例中，系统还包括在电泳槽中形成的一个或多个堰结 构。在一些实施例中，一个或多个堰结构将气泡俘获在芯片的顶表面 上。在一些实施例中，一个或多个堰结构防止气泡漂浮在芯片的顶表 面上。在一些实施例中，一个或多个堰结构减少电场中的扰动、减少 由激活能量源生成的波长的阻塞、阻尼缓冲溶液的流体运动，或其组 合。

在一些实施例中，系统还包括漂洗夹具(fixture)，其中漂洗夹 具的角度控制缓冲溶液到芯片的流速。在一些实施例中，系统还包括 与芯片相邻的探测夹具。在一些实施例中，系统还包括在电泳槽中形 成的一个或多个倾倒特征件或出口特征件，以帮助清空电泳槽。

根据下面的详细描述，本公开的附加的方面和优点对于本领域技 术人员将变得明显，其中仅示出和描述了本公开的说明性实施例。如 将认识到的，本公开能够有其它和不同的实施例，并且其若干细节能 够在各个方面进行修改，所有这些都不背离本公开。因而，附图和描 述在本质上被认为是说明性而不是限制性的。

在一些实施例中，用于测定生物样本中目标分析物的存在的系统 包括测定设备和计算机控制器。测定设备包括壳体、部署在壳体中的 容器以及激活能量源。容器被配置为接纳电泳槽。电泳槽具有被配置 为接纳芯片的凹部区域，芯片被配置为接纳生物样本。芯片包括具有 可激活官能团的聚合物分离介质，可激活官能团在被激活时与目标分 析物共价键合。激活能量源被配置为供给激活能量，以激活可激活官 能团。计算机控制器可操作地耦合到激活能量源，并且被配置为激活 激活能量源，以指引激活能量施加到聚合物分离介质，以激活可激活 官能团。

在一些实施例中，一种装置包括壳体、容器、辐射能量源、电源 以及计算机控制器。壳体包括基座和盖子。容器由基座的内表面定义 并被配置为接纳电泳槽。电泳槽被配置为耦合到包括具有官能团的聚 合物分离介质的芯片，官能团被配置为响应于被激活而共价键合到部 署在芯片上的生物样本内的目标分析物。辐射能量源耦合到盖子的内 表面，并且被配置为供给可操作以激活官能团的激活能量。电源部署 在壳体内并与容器流体隔离。电源被配置为当电泳槽部署在容器中时 电耦合到电泳槽。计算机控制器耦合到壳体并与容器流体隔离。计算 机控制器可操作成当电泳槽部署在容器中时激活辐射能量源和电能源， 以测定生物样本。

在一些实施例中，电泳槽被配置为部署在测定设备的容器内，以 测定生物样本中是否存在目标物分析物。电泳槽包括主体、芯片、导 电接触垫、电极以及堰结构。主体定义凹部区域，该凹部区域被配置 为接纳芯片，使得芯片的表面与主体的表面大致齐平。芯片包括具有 官能团的聚合物分离介质，官能团被配置为响应于被激活而共价键合 到部署在芯片上的生物样本内的目标分析物。导电接触垫耦合到主体， 并且被配置为当电泳槽部署在容器内时电连接到测定设备的电源。电 极部署在主体内并且电连接到导电接触垫。当电泳槽部署在容器内时， 响应于来自电源的电流的流动，电极被配置为跨凹部区域产生电场。 堰结构在凹部区域的至少一侧上部署在主体内。堰结构被配置为控制 溶液跨凹部区域的流动。

附图说明

在所附权利要求中具体阐述了本公开的新颖特征。通过参考阐述 说明性实施例(其中利用本公开的原理)的以下详细描述以及附图 (本文也称为“图”和“图示”)，将更好地理解本公开的特征和优 点，其中：

图1图示了根据实施例的单细胞免疫印迹(single cell Western Blotting，scWB)阵列图像和测定工作流示意图。

图2图示了根据实施例的scWB装置的主要单元。

图3图示了图2的主单元100的容器，该容器保持模块化电泳槽， 该电泳槽本身可以包含可移除的芯片。

图4图示了被配置为用在图2的scWB装置的主单元100中的模 块化可移除电泳槽的一个实施例。

图5A和5B图示了图4的模块化可移除电泳槽的截面图，该电 泳槽包含可移除的芯片。

图6A-7C图示了图4的模块化可移除电泳槽的截面图，该电泳 槽与储存器和阀特征件流体连通，用于将一种或多种缓冲溶液添加到 图4的模块化可移除电泳槽的储存器中。

图8A-8C图示了根据实施例的、用于执行可移除芯片的抗体探 测的设备。

图9图示了根据实施例的、用于抗体孵育(incubation)夹具的 替代配置的截面图。

图10图示了根据实施例的漂洗夹具。

图11示出了被编程或以其它方式配置为实现本文提供的任何方 法的计算机控制系统。

图12A和12B图示了根据实施例的可移除电泳槽。

图13图示了根据实施例的可移除电泳槽。

图14A图示了根据实施例的、具有打开的盖子的scWB装置， 该图示出了可移除电泳槽。

图14B和14C图示了图14A的scWB装置的外部视图，该图示 出了触摸屏特征件。

图14D图示了被配置为与图14A的scWB装置一起使用的 scWB可移除芯片。

图15A-15C图示了经由例如图14A-14D的scWB装置执行 scWB测定的CHO细胞中的β-微管蛋白的测量结果。

图16A-16C分别图示在8％T凝胶、10％T凝胶和12％T凝胶上 的分子量大小确定。

具体实施方式

虽然本文已经示出和描述了本公开的各种实施例，但是对本领域 技术人员来说明显的是，这种实施例仅仅是作为示例提供的。在不背 离本公开的情况下，本领域技术人员可以想到许多变化、改变和替换。 应当理解的是，可以采用对本文描述的本公开的实施例的各种替代方 案。

如在本说明书中所使用的，单数形式“一”和“该”包括复数指 示物，除非上下文另有明确指示。因此，例如，术语“构件”旨在表 示单个构件或构件的组合，“材料”旨在表示一种或多种材料或其组 合。

如本文所使用的，术语“蛋白质”是指蛋白质、寡肽、肽和类似 物，包括含有非天然存在的氨基酸和氨基酸类似物的蛋白质以及拟肽 结构。

如本文所用，术语“分析物”是指如本文所述的待检测的任何分 子或化合物。合适的分析物可以包括但不限于小的化学分子，诸如像 环境分子、临床分子、化学物质、污染物和/或生物分子。更具体地， 这种化学分子可以包括但不限于农药、杀虫剂、毒素、治疗和/或滥 用药物、激素、抗生素、抗体、有机物质、蛋白质(例如，酶、免疫 球蛋白和/或糖蛋白)、核酸(例如，DNA和/或RNA)、脂质、凝 集素、碳水化合物、全细胞(例如，原核细胞(诸如致病细菌)和/ 或真核细胞(诸如哺乳动物肿瘤细胞))、病毒、孢子、多糖、糖蛋 白、代谢物、辅因子、核苷酸、多核苷酸、过渡态类似物、抑制剂、 营养素、电解质、生长因子和其它生物分子和/或非生物分子，及其 片段和组合。本文描述的一些分析物可以是蛋白质，诸如酶、药物、细胞、抗体、抗原、细胞膜抗原和/或受体或其配体(例如，神经受 体或其配体、激素受体或其配体、营养受体或其配体，和/或细胞表 面受体或其配体)。

如本文所使用的，术语“样本”是指含有待检测的一种或多种分 析物的组合物。样本可以是异构的，包含多种组分(例如，不同的蛋 白质)，或者均质的，包含一种组分。在一些情况下，样本可以是天 然存在的、生物材料和/或人造材料。此外，样本可以处于天然或变 性形式。在一些情况下，样本可以是单个细胞(或单个细胞的内含物) 或多个细胞(或多个细胞的内含物)、血液样本、组织样本、皮肤样 本、尿液样本、水样本，和/或土壤样本。在一些情况下，样本可以 来自活体(诸如真核生物、原核生物、哺乳动物、人、酵母和/或细菌)，或者样本可以来自病毒。在一些情况下，样本可以是一种或多 种干细胞(例如，能够无限期地分裂并产生特化细胞的任何细胞)。 干细胞的合适示例可以包括但不限于胚胎干细胞(例如，人胚胎干细 胞(hES))和非胚胎干细胞(例如，间质细胞、造血干细胞、诱导 多能干细胞(iPS细胞)或成人干细胞(MSC))。

如本文所使用的，术语“调平”一般是指从与重力加速度向量正 交的平面的变化。

本公开针对用于执行分析物检测(诸如免疫印迹)的自动化系统。 本文提供的系统可以被用来检测体积相当低的样本中的分析物，诸如 单细胞分析。在一些示例中，可以使用单细胞免疫印迹(scWB)执 行这种分析，该分析采用微流体设计来引入经过验证是可靠的微阵列 格式，其组合：(i)经由电泳的蛋白质分子量确定与(ii)经由解析 的蛋白条带的后续基于抗体的探测的蛋白质身份确定。这种两阶段测 定可以包括免疫印迹。这种两阶段分析可以在实验台上提供超高的特 异性性能，而不需要昂贵的基础设施或核心设施。scWB为单细胞带 来高特异性蛋白质测定，同时利用已经用于常规免疫印迹的大试剂基 础设施。

scWB的广泛实现可以通过以下来影响生物医学：a)阐明瘤内 细胞到细胞的异质性，从而推进癌症药物的治疗功效；b)评估针对 有针对性的治疗药物混合物的伴侣诊断的特定于患者的细胞水平反应； c)在植入前量化基于细胞的疗法的纯度和安全性，这可以加速监管 批准并导致创建更安全、更有效的基于细胞的疗法；d)使得能够分 析来自患者的稀有细胞群(例如，循环肿瘤细胞，CTC)以用于有 针对性的疗法；以及e)使得能够表征稀有细胞疗法，诸如iPSC衍 生的体细胞，以加速功能组织的创建和用于药物开发的体外疾病模型。 单细胞基于免疫的蛋白质水平信息可以提供朝着实现个性化和再生医 学转型的飞跃。

为了获得单细胞分辨免疫印迹的微阵列样密度，scWB可以使用 涂覆有数千个直径为大约100微米或更小的微孔的薄光活性聚合物的 显微镜载玻片。在一些实施例中，每个微孔可以具有在大约15微米 至大约45微米范围内的直径(参见例如图1)。芯片可以使用软光 刻技术制造。芯片可以是可移除的、可消耗的、一次性的或其组合。 芯片可以是scWB芯片。当细胞悬液在具有凝胶的微孔阵列的顶部分 配时，scWB工作流可以启动，其中单细胞在重力的作用下被动地沉 降到单独的微孔中。微孔占据可以通过有限稀释和微孔设计(例如， 尺寸适合适应单个细胞的微孔)来控制。在细胞裂解和电场施加在凝 胶上之后，可以包括二苯甲酮-甲基丙烯酰胺的光敏凝胶可以充当筛 选基质，筛选基质根据其分子量在短的分离距离(<1毫米)上分离 分子(诸如蛋白质)。在短暂的UV暴露下，二苯甲酮-甲基丙烯酰 胺共聚单体可以通过取氢共价固定蛋白质，可以产生接近100％的捕 获效率。因此，蛋白质条带可以在基于尺寸的分离之后固定在凝胶中 的位置，随后可以用可以避免通常用于传统免疫印迹方法中的转移和 阻断步骤的抗体对凝胶进行探测。在一些情况下，scWB可以在没有 泵、阀、精确对准或通常在scWB系统(例如，质谱仪、质量流式细 胞术、流式细胞仪等)中发现的复杂电气或气动界面的情况下执行。 目标的多路复用可以通过尺寸分离、多光谱检测和/或捕获的蛋白质 的重复剥离和重新探测来实现。

在一张显微镜载玻片上，可以平行测定数千个或更多个单细胞， 并且可以检测每个细胞少至大约1-10毫微克或更少的目标蛋白质， 这在一些情况下可以提供比质谱更高的吞吐量和分析灵敏度。考虑到 常规免疫印迹的广泛应用以及对抗体特异性要求不太严格，与流式细 胞术相比，商业上可得到的大约10倍多的抗体可以针对用于免疫印 迹进行验证。细胞裂解可以允许测量不同的目标，诸如细胞内蛋白质、 蛋白质复合物和转化后修饰，这些可能无法通过流式细胞术访问。

流式细胞术是具有高吞吐率的建立的单细胞蛋白质组学工具。但 是，流式细胞术会需要高抗体特异性，并且细胞内蛋白质会更难以检 测。质谱流式细胞术可以进行单细胞蛋白质组学测量，但可以使用定 制的重金属标记的抗体、昂贵的仪器(例如，每台仪器$600000)和 高抗体特异性。质谱法正在成为单细胞分析工具，但它可能需要专家 光谱解释，并且可以具有低吞吐量和低分析灵敏度。存在自动化的免 疫印迹仪器，但不能达到单细胞分辨率。在一些情况下，这部分地归 因于scWB的捕获效率为大约0.01％对大约100％。

在一些实施例中，用于scWB的系统可以包括可以集成电泳和 UV捕获步骤的仪器。这里描述的本公开还提供了安全互锁(以防止 用户暴露于危险的高电压和UV光)，并且使得能够在显微镜载片格 式上集成电泳和UV暴露。虽然仪器的最初应用可以执行scWB测定，但是相同的本公开可以启用相关测定，诸如小体积(但不是单细胞) 免疫印迹或小体积平行电泳测定。

本公开提供了一种用于对附连到平面基板的薄凝胶内的分离的分 子执行电泳分离和光捕获的系统。该系统可以在显微镜载玻片上的薄 (<100微米厚)凝胶层中执行单细胞分辨率免疫印迹(scWB)。在 一些实施例中，该系统可以执行如在例如2014年3月6日提交的标 题为“Electrophoretic Separation Devices and Methods for Using the Same”的PCT专利公开No.WO2014/138475中所述的测定，该专利 公开的公开内容整体上通过引用并入本文。本公开可以是包括仪器、 软件、相关联的附件和测定方法的系统。

该系统在图2中示出。主单元100(本文中也称为“仪器”和/或 “设备”)可以由基座101、盖子102、集成的计算机(诸如具有触 摸屏的平板电脑110)、高压电源(可以包含在隔室105中)和诸如 紫外(UV)光源108的激活能量源(例如，辐射能量)构成。主单 元100被配置为接纳电泳槽并且可以被用来对包括在电泳槽120中和 /或以其它方式包含在电泳槽120中的生物样本执行测定，如本文进 一步详细描述的。该系统可以由计算机、微处理器或微控制器控制， 其中计算机、微处理器或微控制器可以集成到主单元100中，或者与 主仪器主体或壳体分离但通信(例如，通过有线或无线数据连接)。 计算机与仪器主体的集成可以允许仪器控制和数据管理以紧凑形式的 灵活集成。例如，平板电脑110可以具有内置传感器(例如，相机)， 其可以被用来读取印刷在芯片(例如，scWB可消耗芯片)上的条形 码。芯片可以被调整、配置或以其它方式适于在scWB中使用。传感 器可以被用来读取或识别可移除电泳槽上的一个或多个标识构件，诸 如标识号。一个或多个标识构件中的每一个可以是唯一的。一个或多 个标识构件可以包括一维或二维标识条形码。一个或多个标识构件可以包括射频标识(RFID)单元。传感器可以将一个或多个标识构件 (诸如标识号)存储在耦合到计算机处理器的存储器中。存储器可以 是系统或远程计算机系统(例如与系统进行网络通信的远程服务器 (例如，“云”))的一部分。一个或多个标识构件中的第一标识构 件可以确定用于测定的第一测定参数集合。计算机处理器可以被编程 为将第一唯一标识构件、第一测定参数集合或其组合上传到计算机网 络。在一些情况下，仪器可以包括检测一种或多种目标分析物的存在， 并且计算机处理器可以被编程为上传一种或多种目标分析物的存在。 然后可以使用条形码来确定要用于运行条形码芯片的测定参数集合。 一旦运行完成，平板电脑就可以将运行信息连同条形码一起上传到计 算机网络(诸如网络服务器)。稍后可以通过单独的阅读器来访问服 务器，以便可以通过条形码将成像数据和电泳数据与同一芯片相关联。

主单元100可以包括能够定位和保持触摸屏或平板电脑110并且 可以隐藏到平板电脑或屏幕的任何电缆连接的框架109。激活能量源 (诸如UV光源108)可以是荧光灯泡、LED、Hg-Xe源或其它常见 的源。仪器主体可以包括弯曲面112，以适应圆柱形UV源(诸如荧光灯)，同时维持紧凑和美观的外形。UV光源108的外表面可以是 可以降低光强度的滤光器或窗口(例如，中性密度滤光器)，或者可 以控制通过的光的波长使得最佳波长可以达到scWB可消耗芯片的滤 光器。滤光器或窗口可以被加热或用涂层处理，以减少电泳期间缓冲液的冷凝。

在一些实施例中，敏感和高电压部件可以被密封在分离的隔室 105内，使得溢出在仪器100内的任何液体(例如，缓冲溶液)不能 与电子器件接触。在这种示例中，空气冷却和排气可以从仪器底部发 生。盖子102可以围绕轴103旋转打开并且可以由摩擦铰链104支撑， 摩擦铰链104可以允许盖子102以各种角度保持打开。如果打开小于 阈值角度(例如，10度或任何其它合适的角度)，那么盖子102可 以关闭。盖子102可以包括阻尼机制以减慢盖子102的闭合，并且可 以包括使用本领域技术人员已知的各种方法之一(例如，磁性或机械 闩锁)闭合的闩锁。调平脚111可以被用来调平仪器基座101，使得 电泳槽120中的液体(例如，缓冲溶液)可以是水平的。可以通过在 调整调平脚111的同时将标准气泡水平仪放在电泳槽120中来实现调 平，或者仪器100可以包括永久安装的气泡水平仪或可以与计算机 110接口的电子调平器，计算机进而可以通知用户仪器100是否是水 平的。在一些实施例中，仪器100可以包括被配置为自动地或至少半 自动地调平仪器的任何合适的设备和/或机制。

在示例中，芯片140(图5)(诸如长度为75mm的一次性或可 消耗芯片，“偏离水平面”1度)可以具有可以跨芯片的顶部变化 1.3mm的流体高度。如果流体404(图5)的标称高度仅为3mm，那 么处于关闭水平可以导致流体高度的大约40％的变化，这可以导致 电场的40％的变化。

互锁开关107可以确保盖子102在危险的UV和高电压(HV) 被启用之前闭合。仪器100可以被配置为当盖子102打开和/或HV 供给可以被禁用时断开高压电源与弹簧引脚(pogo pin)114的连接， 并且剩余电荷可以被耗散到地。仪器100的主体可以包括可以防止爆 炸性电解气体在仪器主体内积聚的通气孔。可以包括光阻挡特征件 (诸如仪器100的基座101周围的凸缘)，这可以在盖子102关闭时 最小化UV光的任何泄漏。

如图3中所示，主仪器主体或壳体可以包括可保持电泳槽120的 容器106。在一些情况下，电泳槽120可以是模块化的、可移除的或 其组合。在示例中，电泳槽(诸如模块化的可移除电泳槽120)可以 使用一个或多个对准引脚113来对准，其中对准引脚113可以与模块 化的可移除电泳槽120上的对应缝隙和/或孔接口。这种模块化设计 可以允许在主仪器单元100中使用的任何数量的可移除电泳槽设计。 一些此类设计可以适应可以装配到电泳槽120的凹部区域121中的不 同芯片、不同电极配置、或者可以模拟填充的可移除电泳槽的电阻， 以允许对系统进行方便的干式测试。在一些实施例中，可以在主仪器 主体或壳体中形成任何数量的缝隙，以适应一个或多个引脚。当一个 或多个引脚邻近可移除电泳槽120的一个或多个导电垫时，可以形成 电连接。在示例中，缝隙可以被配置为适应各种可移除电泳槽形状因 子和/或各种电极配置。在示例中，缝隙可以保持空间上的固定，并 且引脚配置可以是模块化的。在另一个示例中，壳体的缝隙和引脚配 置可以保持空间固定，并且模块化的可移除电泳槽的接触垫的配置也 可以保持空间固定。在这个示例中，模块化的电泳槽内的电连接和机 械特征可以针对不同的功能被重新配置，诸如多个可移除电泳槽设计。

可以经由弹簧加载的引脚(即，“弹簧引脚”)114对可移除电 泳槽120进行电连接，其中弹簧加载的引脚可以连接到电泳槽120上 的导电接触垫122。这种接口可以允许到HV弹簧引脚114的干式接 触。电接触垫122可以连接到可以接触可移除电泳槽120中的液体(例如，缓冲溶液)的导体(例如，铂或碳导体)。仪器100可以控 制弹簧引脚114之间的电压差，使得可移除电泳槽中的电场强度可以 被程序控制。在示例中，仪器100可以以编程方式改变弹簧引脚电压 的极性，使得可移除电泳槽内的电场的方向也可以经由软件来控制。如果需要两个以上的电压，那么可以添加附加的引脚和接触垫，以适 应不同的可移除电泳槽设计。虽然未示出，但是在一些实施例中，容 器106被接地环包围，使得在操作期间溢出电泳槽120的任何流体一 旦跨过接地环就将电接地。接地环可以是任何合适的形状、尺寸和/ 或配置，并且可以由任何合适的接地材料形成。

容器106和可移除电泳槽可以是透明的，使得可以在容器106下 方包括附加的UV光源。透明表面可以包括透镜元件，以帮助聚焦来 自UV源的光。成像仪器(例如，透镜、相机、光电检测器等)可以 被包括在容器106的下方。成像仪器可以在电泳之前、期间或之后启 用芯片的明场或荧光成像。在示例中，容器106的表面可以是反射性 的，使得来自UV源108的UV光可以被反射回到芯片，以增加UV 通量。在另一个示例中，容器106的表面可以包括超声波换能器(或 类似物)，其可以将能量发送到位于凹部区域121中的芯片并且可以帮助裂解芯片内包含的细胞。在进一步的示例中，容器106可以结合 温度控制件(加热器和/或冷却器)，以辅助裂解、控制电泳过程中 的加热，或提供温度循环或对期望的化学反应的控制(例如，用于核 酸标记的检测探针的熔化或退火)。

图4示出了电泳槽(诸如可移除电泳槽120)的示例。可移除电 泳槽120可以具有定义被设计为适应芯片140(其示例可以是其外部 尺寸等于标准显微镜载玻片的scWB可耗芯片)的凹部区域121的主 体120A。导电接触垫122耦合到主体120A并且可以提供到仪器的电接口。铂线127可以从接触垫122连接到可移除电泳槽120的主体 120A中。铂线127可以插入到非导电管中，使得线127在可移除电 泳槽120外部的部分可以电绝缘，而管的至少一部分可以被移除，使 得在可移除电泳槽120内的铂线127可以被暴露，以促进与缓冲液接 触。为了使到scWB可消耗芯片140上的激活能量通量最大化，可移 除电泳槽120可以是浅的，以使载玻片的顶部与激活能量源(诸如 UV源)之间的距离最小化。可移除电泳槽120可以结合避免在浅的 可移除电泳槽120外部芯吸电泳缓冲液的特征件。例如，内角123可 以是圆角的，以减少芯吸。在示例中，可移除电泳槽120可以包括倾 倒特征件或出口特征件，以在完成测定时帮助清空可移除电泳槽。

图5示出了电泳槽(诸如模块化的可移除电泳槽120)的截面图。 芯片140可以在凹部区域121内齐平地放置，使得芯片140的顶表面 上的薄凝胶层可以与可移除电泳槽120的底部调平。在示例中，芯片 140可以在凹部区域121内齐平地放置，以最小化或消除可能造成芯 片140的边缘附近的电场失真或扰动的高度变化。电场失真或扰动会 造成迁移距离和芯片140中被分离的蛋白质带的方向的变化。电场失 真可以是空间失真或扰动，诸如芯片140的边缘附近的失真。电场失 真可以是时间失真或扰动，诸如在芯片140上方通过的气泡。电流可 以与流体高度131成比例，并且流体可以吸收来自UV光源108的一 些UV光。在一些情况下，流体或液体高度(例如，缓冲溶液高度) 可以被最小化。电泳槽尺寸的选择可以使液体高度最小化。流体高度 131可以小于大约50毫米(mm)、20mm、30mm、10mm、8mm、 6mm、5mm、4mm、3mm、2mm或1mm。在一些情况下，可以减 小芯片140与可移除电泳槽120的顶部之间的距离132，以增加来自UV光源108的UV光到芯片140上的通量。可以选择电泳槽尺寸， 以便减少流体高度131并增加UV光的通量或功率。

距离132可以小于或等于大约25mm、20mm、15mm、14mm、 13mm、12mm、11mm、10mm、5mm、4mm、3mm、2mm或1mm。 在一些情况下，距离132在大约1mm和50mm之间，或者5mm和 20mm之间。

可移除电泳槽120可以被设计为使得电泳缓冲液130的深度在电 极128附近更深，使得电极可以被电泳缓冲液覆盖，同时允许芯片 140上方有较小的流体高度131。在一些情况下，电场强度和迁移距 离可以在跨芯片140变化，除非液体(例如，缓冲溶液)高度131跨芯片140上是均匀的。在图5中所示的示例中，均匀的液体高度131 可以通过调平可移除电泳槽120来实现(例如，在调整仪器支脚111 的同时，使用气泡水平仪或电子水平仪)，而流体高度131可以由添 加到可移除电泳槽120的电泳缓冲液130的体积控制。调平特征件可以附连到模块化的可移除电泳槽120或集成到容器106中，使得可移 除电泳槽120可以独立于主仪器主体或壳体100被调平。

在示例中，可移除电泳槽120可以被配置为使得盖子102通过在 盖子102与芯片140的表面之间产生固定距离来定义流体高度131。 多余的液体(例如，缓冲溶液)可以被置换，使得流体高度131不再 根据电泳缓冲液130的体积或可移除电泳槽120是否水平。流体高度 131可以由溢流特征件控制，从而一旦达到目标流体水平，多余的缓 冲液可以流经溢流特征件，进入储存器中，使得多余的缓冲液添加不 改变流体高度131。

模块化的可移除电泳槽120可以结合一个或多个堰结构124。这 些堰结构124可以防止会在电极128处生成的电解气泡在芯片140上 方漂移。芯片140上方的气泡可以使电场失真或扰动，并且可以阻挡 来自激活能量源(例如，UV光源)108的激活能量(例如，UV 光)。当电泳缓冲液被倒入电极128上方区域中的可移除电泳槽中时， 堰结构124可以防止已存在于缓冲液中的气泡流过芯片140。堰结构124可以有助于在倾倒之后阻尼流体运动，使得与没有一个或多个堰 结构的可移除电泳槽120相比，缓冲液130可以更快速地变得静止。在一些情况下，流体运动的阻尼对于减少裂解期间来自微孔的蛋白质 的损失是重要的。可移除电泳槽120还可以结合滤除已经存在于电泳 缓冲液中或通过电解生成的气泡的筛网或一个或多个其它特征件。

模块化的可移除电泳槽120可以包括一个或多个结构(126A、 126B)，以捕获和限制电极线127。可移除电泳槽120的壁中的孔 125可以允许电极线127穿过壁并且电连接到接触垫122。线127可 以套在非导电管(诸如聚四氟乙烯(PTFE))中。线127可以在穿 过孔125的点处套在非导电管中，使得线127可以在电池120的外部 电绝缘。

在一些情况下，当将芯片140(诸如一次性芯片)装载到模块化 的可移除电泳槽120中时，空气可以被俘获在芯片140下面。当电泳 缓冲液被添加到可移除电泳槽120中时，空气可以保持被俘获并且会 导致芯片140在电泳期间沿着芯片140的边缘浮起或者气泡逸出，这 会使电场失真或扰动。可以将一滴缓冲液(例如，50-300微升)添 加到凹部区域121。在一些情况下，可以将一滴缓冲液添加到凹部区 域121的一侧，或者可以在装载芯片140之前添加进入凹部区域121， 之后，芯片140可以下降到凹部区域121中，从而允许液滴在芯片140下面芯吸，以排除任何俘获的空气。在载玻片(例如，芯片)下 面的液体(例如，缓冲溶液)的表面张力可以将载玻片保持在凹部区 域121中，直到电泳缓冲液可以被添加到槽120中。凹部区域121可 以是不透明的或深色的，这可以增加芯片140下面的空气和液体之间的视觉对比度。

图6示出了如何可以将双用途电泳/裂解缓冲液添加到电泳槽 (诸如模块化的可移除电泳槽120)。在一些示例中，双用途缓冲液 130可以手动添加，其中用户可以将缓冲液130倒入电极128上方区 域中的模块化的可移除电泳槽120，可以关闭仪器盖子102，并且可以通过集成的计算机110发起测定。当双用途缓冲液130被倒入可移 除电泳槽120中时，细胞裂解可以发生。用户可以在添加双用途缓冲 液130之后发起运行。

仪器100可以包括可以适应多用途缓冲液130的储存器135(图 6A)。储存器可具有初始关闭的阀136，其可以防止缓冲液130离开 储存器。软件可以以编程方式通过打开阀136来控制缓冲液130的释 放，从而允许缓冲液130排入模块化的可移除电泳槽120(图6B)。计算机处理器可以将来自溶液源的第一溶液和第二溶液分别引入芯片。 第一溶液与第二溶液可以不同，诸如裂解缓冲液和电泳缓冲液。可替 代地，第一溶液与第二溶液可以相同，诸如洗涤缓冲液。

计算机处理器可以被编程为分开从溶液源向芯片引入两种或更多 种顺序溶液。两种或更多种顺序溶液可以相同。作为替代，两种或更 多种顺序溶液可以不同。在一些情况下，将一种或多种溶液手动引入 芯片。作为替代，一种或多种溶液被手动引入，以及当计算机处理器 打开储存器阀136时通过编程方式引入一种或多种溶液。

缓冲液释放的程序控制可以提供裂解步骤的一致定时。缓冲液 130可以被快速释放并且可以在小于大约1秒的时间内填充可移除电 泳槽120。在一些情况下，缓冲液130可以在小于大约0.5秒的时间 内填充可移除电泳槽120。在一些情况下，缓冲液130可以在小于大 约0.1秒的时间内填充可移除电泳槽120。仪器100可以包括一个或 多个有源泵。仪器100可以利用重力释放来用缓冲液130填充储存器 135。储存器135可以被配置为包含缓冲液130的单个等分部分 (aliquot)。在一些情况下，当阀136被打开时，缓冲液130的单个 等分部分的整个体积可以被释放。在一些情况下，储存器135可以包 含更大体积的缓冲液130，并且对于一个测定可以释放该更大体积的 子体积。缓冲液130的子体积的释放可以由仪器100控制。在一些情 况下，仪器100可以包括多个储存器和/或缓冲液130可以在多个位置被引入到可移除电泳槽120中。

许多裂解缓冲液可以含有高浓度的表面活性剂和盐。这些添加剂 可以帮助细胞裂解。但是，这种添加剂也会增加缓冲液的电导率，从 而使得这种缓冲液不太适合电泳，因为过多的电流会导致焦耳热和分 离分辨率的损失。因此，双用途电泳/裂解缓冲液130可以在用于电 泳的低电导率和裂解细胞的能力之间寻求平衡。在一些情况下，可以 使用单独优化的电泳和裂解缓冲液。例如，图7示出了使用分开的电 泳缓冲液133和裂解缓冲液134的scWB测定。可以将大约1mL的 裂解缓冲液134直接加入到芯片(诸如一次性芯片140)的上表面， 以发起裂解(图7A)。在裂解时间(诸如在大约5秒至大约15秒之 间)之后，可以从储存器135释放体积(诸如大约15mL)的电泳缓 冲液133，如图7B中所示。电泳缓冲液133可以在芯片140的表面 上方洗涤，并且可以置换裂解缓冲液134并且可以将其洗涤到可移除 电泳槽120的一侧(图7C)，在那里可以被更大体积的电泳缓冲液 133稀释。这种稀释可以显著减轻电泳期间较高电导率的裂解缓冲液 134的影响。此外，可移除电泳槽120的电阻可以在很大程度上由芯 片140正上方的流体薄层(定义液体高度131)确定，因此从芯片 140上方的区域移除裂解缓冲液134可以大大减少电泳期间的电流， 而不受稀释的影响。电极128下方的保持区域可以形成，使得裂解缓 冲液134冲入保持区域，从而完全将其从电路中移除。

系统还可以包括用于进行scWB测定的工具和夹具。图8A-8C 绘出了使用芯片(其可以是scWB芯片140)来执行抗体探测的设备 和方法。芯片140可以是可消耗的。在一些情况下，芯片140是一次 性的或可重复使用的。为了确保均匀的抗体染色并促进初级抗体的回 收和再利用，设备可以包含孵育室，诸如抗体探测夹具150。探测夹 具150可以包含具有既定深度或凹部的矩形区域151，其长度和宽度 略小于芯片140，如图8A中所示。在抗体探测步骤期间，含有固定 化蛋白质的凝胶层142(参见图1)可以暴露于均匀浓度的检测抗体(诸如a)标记的初级抗体或b)未标记的初级抗体)，随后用标记 的次级抗体孵育。在孵育期间，不均匀的间隙尺寸152可以在芯片 140上产生不均匀的抗体浓度。抗体夹具可以确保可以用抗体溶液 138填充的均匀间隙。夹具150可以由疏水性材料(诸如PTFE)构 成，或者可以结合疏水性涂层，使得抗体溶液不能从更亲水的凝胶层 14下面扩散出来。保持芯片140下面包含的抗体溶液138可以减少 抗体溶液138的蒸发。

夹具的装载在图8B中示出。可以将小体积的抗体溶液138放在 夹具的表面上。在一些情况下，小体积可以是小于约100微升。如图 8B中所示，凝胶层142朝下的芯片140然后可以旋转到夹具150上。 一旦芯片140已经下降到夹具150上，凝胶层142和矩形凹陷(凹部)151的底部之间的间隙可以被抗体溶液138填充。在一些情况下，间 隙尺寸152可以是大约50微米或更小。一旦就位，就可以允许 scWB可消耗芯片140用抗体溶液138孵育(参见例如图8C)。在 一些情况下，孵育进行大约30至大约120分钟。延长的孵育期是可 能的。孵育可以在降低的温度发生。在这个孵育期期间，可以覆盖整 个夹具150，以减少蒸发损失。湿布或纸的一小部分也可以放在夹具 150附近，以进一步限制蒸发损失。在孵育步骤结束时，通过旋转芯 片140远离矩形凹陷151，芯片140可以从夹具150移除。除了在孵 育期间帮助在芯片140下方包含抗体溶液138之外，疏水夹具还可以 促进所使用的抗体溶液138的回收，因为当芯片140旋转远离夹具 150时，溶液可趋于重新形成连续的液滴。因此，初级抗体溶液138 可被重复使用数次，以降低成本。

在图8A-8C中示出的夹具150可以使用许多常用技术来配置， 诸如机械加工、注塑或者热压花或冷压花。图9绘出了用于抗体孵育 夹具155的一个配置的截面图。在这个示例配置中，可以使用层压层 在夹具155的两侧上都形成矩形间隙157。夹具155的芯部156可以由任何合适的平坦材料构成，诸如0.125英寸厚的聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)。然后将薄的疏水层158(诸如0.001英寸厚的PTFE层) 附着到芯层156。最后，可以将移除了矩形区域159的附加的疏水层 附着到第一疏水层158。使用层压层定义间隙尺寸的优点是层压层可 以在与芯片尺寸相当的距离上非常平坦。这种层压设备的间隙尺寸可 以非常均匀，并且可以由层的厚度来定义。可以使用本领域技术人员 已知的许多技术(诸如热键合、溶剂键合或使用中间压敏粘合剂层) 将这些层附着到彼此。

如参考图1所描述的，scWB测定的第一步骤可以是将细胞沉降 到形成于凝胶层142中的微孔阵列中。一旦细胞沉降到孔中，用户就 可以轻轻漂洗芯片140，以移除尚未沉降到孔中的细胞，基本上不会 将细胞洗出微孔。图10绘出了包括在系统中的另一个夹具160，其 可以在细胞沉降之后辅助漂洗芯片140。漂洗夹具160可以将芯片 140放在浅角度161(其具有大约15度的典型值)处。在其它实施例 中，角度161可以大于15度或小于15度。洗涤缓冲液139可以从移 液管尖端162缓慢地射出。漂洗夹具160的角度161可以允许洗涤缓 冲液139以受控的速度流过凝胶层142，从而最小化微孔内俘获的细 胞的扰动，同时漂洗掉保留在凝胶层142的表面上的细胞。

本公开内容还提供了用于获得细胞中含有的内源性蛋白质的分子 量大小确定的方法。单独优化的裂解和电泳缓冲液可以允许方便地引 入蛋白质标准。相对于凝胶，将蛋白质优先分配(partitioning)至 开放的孔可以允许容易装载蛋白质标记物，蛋白质标记物与预期的线 性对数分子量(MW)与迁移率关系分开。因此，可能不需要将不同 的亚纳升量的蛋白质标记溶液装载到芯片内包含的数千个微孔中。蛋 白质标记物可以使用不同的波长进行荧光标记，以免它们干扰内源蛋 白质的检测。蛋白质标记物可以用可切割或可猝灭的荧光团标记，其 可以被检测到，然后在检测内源性蛋白质之前被移除或淬灭。使用参考图7描述的双缓冲液方法，可以将蛋白质标记物添加到裂解缓冲液 中，使得它们可以在发生细胞裂解时同时被引入。可替代地，可以将 蛋白质标记物装载到溶酶体或琼脂糖(或其它聚合物)珠子中。溶酶 体和珠子然后可以与细胞同时沉降，从而导致一些微孔含有标记物蛋 白质。当供给外部电场以开始电泳时，蛋白质可以离开溶酶体或珠子。 AC电场可以以类似于细胞电穿孔的方式施加，以释放蛋白质标记物。 可以修饰裂解缓冲液，以从溶酶体或珠子上释放蛋白质标记物。

蛋白质大小确定标准可以在制造过程中在不同位置被点到芯片上， 并在芯片使用过程中再水合。芯片上的分离区域(诸如交替的分离区 域)可以被指定用于蛋白质大小确定阶梯，其中用于大小确定阶梯的 孔可以在至少一个维度上增加，以允许大小确定标记物的更方便地装 载。

本公开的另一个方面允许引入荧光标准，使得检测到的内源性蛋 白质可以与已知的荧光信号进行比较，并且可以更容易地在芯片之间 比较测量结果。在示例中，荧光标准可以在制造过程中的谨慎位置引 入芯片中。标准可以例如在整个凝胶中结合，或者可以在凝胶的交联 完成之前点在芯片的区域上，或者凝胶内的反应性基团(例如，二苯 甲酮)可以被激活，以共价键合荧光标准。荧光标准可以引入与细胞 一起共沉降到孔中的珠子中。珠子可以保留在孔中，并且可以将来自 这些珠子的荧光信号与来自标记的内源性蛋白质的信号进行比较，其 中内源性蛋白质与孔分离。珠子可以是市售的二氧化硅珠子(或类似 物)，或者它们可以是由水凝胶形成的珠子。水凝胶珠子的示例包括 含有二苯甲酮-甲基丙烯酰胺共聚单体的聚丙烯酰胺珠子。荧光染料 可以通过与期望的染料一起孵育、然后染料的光发起键合到结合到水 凝胶珠子中的二苯甲酮官能团而结合到聚丙烯酰胺珠子中。聚丙烯酰 胺珠子可以允许使用者方便地将期望的标记物添加到珠子。珠子也可 以结合磁性纳米粒子，以协助珠子的操纵。

本公开提供了被编程为实现本公开的方法的计算机控制系统。图 11示出了被编程或以其它方式配置为实现本文提供的系统和方法的 计算机系统170。计算机系统170可以调节本公开的分析物检测的各 个方面，诸如像自动化单细胞免疫印迹。计算机系统170可以是用户 的电子设备或相对于电子设备远程定位的计算机系统。电子设备可以 是移动电子设备。

计算机系统170包括可以是单核或多核处理器或用于并行处理的 多个处理器的中央处理单元(CPU，在此也称为“处理器”和“计算 机处理器”)171。计算机系统170还包括存储器或存储器位置172 (例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)、电子存储单元173(例如，硬盘)、通信接口174(例如，网络适配器)，用于与一个 或多个其它系统及外围设备175(诸如高速缓存、其它存储器、数据 存储装置和/或电子显示适配器)通信。存储器172、存储单元173、 接口174和外围设备175通过通信总线(实线)(诸如主板)与 CPU 171通信。存储单元173可以是用于存储数据的数据存储单元 (或数据储存库)。计算机系统170可以借助于通信接口174经由有 线或无线连接可操作地耦合到计算机网络(“网络”)176。网络176可以是因特网、因特网和/或外联网，或者与因特网通信的内联网 和/或外联网。网络176在一些情况下是电信和/或数据网络。网络 176可以包括一个或多个计算机服务器，其可以启用分布式计算(诸 如云计算)。网络176在一些情况下借助于计算机系统170可以实现 对等网络，该对等网络可以使得耦合到计算机系统170的设备能够充 当客户端或者服务器。

CPU 171可以执行一系列机器可读指令，这些机器可读指令可以 体现在程序或软件中。指令可以被存储在存储器位置(诸如存储器 172)中。指令可以被指引到CPU 171，随后指令可以对CPU 171进 行编程或以其它方式进行配置，以实现本公开的方法。由CPU 171执行的操作的示例可以包括提取、解码、执行和写回，和/或任何其 它合适的操作。

CPU 171可以是电路(例如集成电路)的一部分。计算机系统 170的一个或多个其它部件可以包括在电路中。在一些情况下，电路 是专用集成电路(ASIC)。在一些实施例中，CPU 171和/或集成电 路可以包括和/或可以执行与控制本文描述的系统相关联的一个或多 个模块。如本文中所使用的，术语“模块”是指可以包括例如存储器、 处理器、电迹线、光学连接器、软件(在硬件中执行)等的可操作耦 合的电部件的任何组件和/或集合。例如，在处理器中执行的模块可 以是基于硬件的模块(例如，现场可编程门阵列(FPGA)、ASIC、 数字信号处理器(DSP))和/或能够执行与基于软件的模块相关联 的一个或多个具体功能的基于软件的模块(例如，存储在存储器中和/或在处理器处执行的计算机代码的模块)的组合。

存储单元173可以存储文件，诸如驱动程序、库、简档、保存的 程序等。存储单元173可以存储用户数据，例如用户偏好和用户程序。 计算机系统170在一些情况下可以包括位于计算机系统170外部(诸 如位于通过内联网或因特网与计算机系统170通信的远程服务器(例 如，网络附加存储(NAS)设备))上的一个或多个附加数据存储单 元。

计算机系统170可以通过网络176与一个或多个远程计算机系统 进行通信。例如，计算机系统170可以与用户(例如，服务提供商) 的远程计算机系统进行通信。远程计算机系统的示例包括服务器、主 机设备、个人计算机(例如，便携式PC)、平板或平板电脑(例如，

可以通过存储在计算机系统170的电子存储位置上(例如，在存 储器172或电子存储单元173上)的机器(例如，计算机处理器)可 执行代码来实现本文描述的方法。机器可执行代码或机器可读代码可 以以软件的形式提供。在使用期间，代码可以由处理器171执行。在 一些情况下，代码可以从存储单元173中检索并存储在存储器172上， 以供处理器171随时访问。在一些情况下，电子存储单元173可被排 除，并且机器可执行指令存储在存储器172上。

代码可以被预编译并被配置为与具有适合于执行代码的处理器的 机器一起使用，或者可以在运行时期间被编译。代码可以用编程语言 提供，可以选择编程语言以使代码能够以预编译或编译的方式执行。

本文提供的系统和方法(诸如计算机系统170)的各方面可以在 编程中体现。本技术的各个方面可以被认为是通常以机器(或处理器) 可执行代码和/或相关联数据的形式的“产品”或“制造品”，这些 代码和/或相关联数据在一种类型的机器可读介质中被携带或体现。 机器可执行代码可以存储在电子存储单元(诸如存储器(例如，只读 存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘)中。“存储”型介质可以 包括计算机、处理器等有形存储器或者其相关联的模块(诸如各种半 导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等)中的任何一个或全部，其 可以在任何时间为软件编程提供非暂态存储。软件的所有或部分有时 可以通过互联网或各种其它电信网络进行通信。例如，这种通信可以 使软件能够从一台计算机或处理器加载到另一台，例如从管理服务器 或主机到应用服务器的计算机平台。因此，可以承载软件元素的另一 种类型的介质包括光、电和电磁波，诸如在本地设备之间跨物理接口、 通过有线和光学陆地线网络以及经各种空中链路使用的。携带这种波 的物理元件(诸如有线或无线链路、光链路等)也可以被认为是承载 软件的介质。如本文所使用的，除非限制到非暂态有形“存储”介质， 否则诸如计算机或机器“可读介质”的术语是指参与向处理器提供指 令以供执行的任何介质。

因此，机器可读介质(诸如计算机可执行代码)可以采取许多形 式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失 性存储介质包括例如光盘或磁盘，诸如任何(一个或多个)计算机等 中的任何存储设备，诸如可以被用来实现附图中所示的数据库等。易 失性存储介质包括动态存储器，诸如这种计算机平台的主存储器。有 形的传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括构成计算机系统内的 总线的导线。载波传输介质可以采取电信号或电磁信号的形式，或者 诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间产生的声波或光波的 形式。因此，计算机可读介质的常见形式包括例如：软盘、柔性盘、 硬盘、磁带、任何其它磁介质、光盘只读存储器(CD-ROM)、数 字视频光盘(DVD)或数字视频光盘只读存储器DVD-ROM、任何 其它光学介质、穿孔卡纸带、具有孔图案的任何其它物理存储介质、 随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储 器(PROM)和可擦除可编程只读存储器(EPROM)、FLASH- EPROM，任何其它存储器芯片或盒式磁带、运输数据或指令的载波、运输这种载波的电缆或链路，或者计算机可以从其读取编程代码和/ 或数据的任何其它介质。这些形式的计算机可读介质中的许多可以涉 及将一个或多个指令的一个或多个序列携带到处理器以供执行。

计算机系统170可以包括电子显示器177或与电子显示器177通 信，电子显示器177包括用于提供例如耦合到计算机处理器的系统的 输出或读出的用户界面(UI)178。UI的示例包括但不限于图形用户 界面(GUI)和基于web的用户界面。

本公开的方法和系统可以通过一个或多个算法来实现。算法可以 在由中央处理单元171执行时通过软件来实现。算法可以例如被用来 分析结果，诸如生物样本中一种或多种目标分析物的存在。最终数据 集可以基于从每个生物样本的每次测定收集的数据的部分来构建。

虽然以上参考图2-9具体描述了可移除电泳槽120，但是在其它 实施例中，scWB仪器(诸如仪器100)可以被配置为接收和/或以其 它方式使用任何合适的电泳槽。例如，图12A和12B图示了根据实 施例的可移除电泳槽220。在一些实施例中，可移除电泳槽220已经被设计和/或以其它方式优化，用于通过注塑制造。可移除电泳槽220 的部分可以在形式和/或功能上类似于以上参考图2-9描述的电泳槽 120的对应部分和/或特征，因此这里不再详细描述这些部分。

如图所示，可移除电泳槽220包括芯吸中断229，以防止流体将 电极芯吸到一个或多个接触垫区域222。电泳槽220还包括集成芯片 升降器265，其便于从槽220移除芯片(例如，芯片140)。在图 12A和12B中所示的实施例中，当芯片升降器265处于向下位置时， 其与电泳主体齐平地配合，以防止气泡的俘获以及可能由靠近芯片边 缘的流体高度变化造成的电场扰动(如以上参考电泳槽120详细描述 的)。电泳槽220包括分开插入的堰224，从而允许电泳槽220被模 制。为了附连电极线(未示出)，包括热熔特征件267。线可以在热 熔特征件267之间拉伸，然后热熔特征件267被熔融以将线永久地固 定在适当的位置。小的(<3mm)圆形凹部266允许通过使用尖头的 撬动工具从芯片上移除芯片的替代方式。凹部266的小尺寸最小化气 泡俘获和电场扰动。如图12B中所示，电泳槽220的下侧包括稳定 柱269，稳定柱269迫使电泳槽220在固定点处与仪器(例如，仪器 100)中的容器接触。如图所示，电泳槽220包括喷嘴特征件268， 其可以在使用之后辅助从电泳槽倾倒使用的缓冲液。以这种方式，电 泳槽220可以在任何合适的scWB工艺和/或程序(诸如本文所述的 任何一种)中使用。

已经构建了集成的光电仪器，其准确地控制所有定时的步骤，并 为scWB测定的执行提供电场和UV照射的统一、可重复的、安全的 应用。集成的仪器最小化了分离和UV光捕获之间的时间，从而限制 了扩散色散和分离分辨率的损失。为了安全部署到外部用户，已经实 现了高电压和UV光的机械互锁。下面详细介绍优化后的系统组成， 并给出集成原型的安全操作和可接纳的检测性能。

在一些实施例中，芯片凹部可以包括手指切口，以便于芯片移除。 这种芯片凹部可以足够深，以防止在添加缓冲液期间芯片脱落，从而 不需要石油凝胶固定剂。另外，气泡俘获堰结构可以被用来将铂电极 与主槽隔室分离，并防止气泡漂浮在芯片表面上。但是，在一些情况 下，这种手指切口会导致例如在芯片的边缘处观察到的电场畸变(靠 近边缘的8°对靠近中心的<2°)。数值模拟证实，在一些情况下， 这种不均匀性可以由液体(例如，缓冲溶液)由于手指切口以及芯片 不与电池的底面齐平引起的高度不连续性引起。芯片边缘处液体高度 的变化会造成电场线发散，从而导致芯片边缘附近的电场失真。

为了增加场均匀性，避免液体高度的变化。例如，在一些实施例 中，可移除电泳槽220包括芯片凹部221，其被配置为使芯片完全凹 入，使得凝胶层突出超过芯片凹部221并且移除手指切口(参见图 13)。这种电泳槽220可以结合以下设计：1)相对大的缓冲液储存器，从而允许裂解/电泳缓冲剂的添加而不溢出，2)气泡俘获器(例 如，堰224)，以防止电解气泡在芯片表面上迁移并在光捕获期间阻 挡UV光，同时进一步阻尼芯片上方的流体运动，3)弹簧引脚高压 触点，用于与仪器盖子集成，以及4)没有手指切口的芯片凹槽221， 以最小化芯片边缘附近的场失真。如上所述，可移除电泳槽200还可 以包括电接触垫222和铂电极227。

成功地结合了安全互锁特征件，并且可视地观察到在打开盖子时 UV光停止。用万用表测量电流，并且发现在打开盖子时停止。该仪 器另外配有漏电路，用于在盖子打开时从高电压引脚漏掉残留电荷。 结合遮光特征件，以将UV光的任何泄漏限制到可以忽略的程度。

蛋白质相对于凝胶对开放孔的优先分配允许轻松装载与预期的线 性对数MW与迁移率关系分开的蛋白质标记物(参见图16A-16C)。

一旦用芯片孵育，就移除含有标记物的缓冲液，以避免分离过程 中的连续注入和降低的蛋白质标记物的分辨率。使用双缓冲液工作流 (参见例如图7)，已经示出了在裂解缓冲液中引入分子量大小确定 蛋白质标记物的能力。表面张力使含有标记物的裂解缓冲液保持在凝 胶表面上，从而填充孔，直到电泳缓冲液被引入并流过芯片。与避免 连续注入的需要分开，将蛋白质标记物引入较小体积的裂解缓冲液 (相对于电泳缓冲液)将所需的梯状蛋白质量(和成本)降低一个数 量级。使用卵清蛋白和免疫球蛋白G(IgG)标记物在中国仓鼠卵巢 (CHO)细胞系中对内源β-微管蛋白上浆的初步结果降低了整个芯 片上场扰动的可变性(原始迁移距离具有7.9％的CV，而使用卵清 蛋白和IgG的上浆校正将CV降低至3.4％)(参见例如图15A- 15C)。图16A-16C分别图示了在8％T凝胶、10％T凝胶和12％T 凝胶上的分子量大小确定。

如上所述，本文的一些实施例涉及具有其上有指令或计算机代码 的非暂态计算机可读介质(也可以被称为非暂态处理器可读介质)的 计算机存储产品，用于执行各种计算机实现的操作。计算机可读介质 (或处理器可读介质)在其本身不包括暂态传播信号(例如，在传输 介质(诸如空间或电缆)上携带信息的传播电磁波)的意义上是非暂 态的。介质和计算机代码(也可以被称为代码)可以是为特定目的而 设计和配置的代码。非暂态计算机可读介质的示例包括但不限于磁存 储介质，诸如硬盘、软盘和磁带；光存储介质，诸如CD、DVD、 CD-ROM和全息设备；磁光存储介质，诸如光学盘；载波信号处理 模块；以及专门被配置为存储和执行程序代码的硬件设备，诸如 ASIC、可编程逻辑器件(PLD)、只读存储器(ROM)和随机存取 存储器(RAM)设备。本文描述的其它实施例涉及计算机程序产品， 其可以包括例如本文所讨论的指令和/或计算机代码。

本文描述的一些实施例和/或方法可以由软件(在硬件上执行)、 硬件或其组合来执行。硬件模块可以包括例如通用处理器、现场可编 程门阵列(FPGA)和/或ASIC。软件模块(在硬件上执行)可以用 各种软件语言(例如，计算机代码)表示，包括C、C++、Java

虽然本文已经示出并描述了本发明的优选实施例，但是对于本领 域技术人员来说明显的是，这种实施例仅仅是作为示例提供的。不是 意图本发明受限于说明书中提供的具体示例。虽然已经参考上面提到 的说明书描述了本发明，但是本文中实施例的描述和说明不意味着在 限制的意义上来解释。在不背离本发明的情况下，本领域技术人员现 在将会想到许多变化、改变和替换。此外，应当理解的是，本发明的 所有方面都不限于本文阐述的依赖于各种条件和变量的具体描绘、配 置或相对比例。应当理解的是，在实践本发明时可以采用本文描述的 本发明的实施例的各种替代方案。因此预期本发明也将涵盖任何此类 的替代、修改、变化或等同物。意图是下面的权利要求定义本发明的 范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。

在上述方法和/或事件指示某些事件和/或过程以特定次序发生时， 某些事件和/或过程的次序可以被修改。此外，当可能时，某些事件 和/或过程可以在并行过程中并发地执行，以及如上所述顺序地执行。