利用微波處理樣品的設備和方法與流程
2023-06-01 23:41:51
實施例涉及一種利用微波處理樣品的設備和方法。
背景技術：
酶是一類由彼此連接的多個胺基酸組成的蛋白質，其催化化學反應(＝增加化學反應的速率)。大多數的蛋白質具有三維結構並且能夠取決於很多因素而被改變。它們之中，溫度變化是最重要的因素之一。並且很多酶促反應(酶消化)發生在與體溫相似的溫度下。胰蛋白酶是分裂蛋白質的賴氨酸或者精氨酸鏈的酶。胰蛋白酶消化可被用於將它們破解為肽並且分解生成的肽片段。通常，這樣的酶促反應需要在大約37℃下大約12或更多小時的時間。如果在執行酶促反應的同時輻射微波，那麼可以加速蛋白水解分裂。例如，韓國專利申請公開號10-2009-0110599描述了基於利用微波的偶極極化的熱導電和離子導電(heatingandionicconduction)，並且公開了利用其來接合或分裂特定化合物。並且，普遍使用的廚房電器微波爐通過用諧振頻率的電磁波加熱水分子來加熱食物。由於微波爐是一種由金屬包圍的諧振腔，所以在微波爐內部具有電磁波較強的位置和電磁波較弱的位置。為了使微波被食物均勻地吸收，需要混合輻射出的微波或者旋轉食物容器。不僅僅是微波爐，所有研究用微波儀器都具有微波不能均勻地到達所有位置的相同問題。另外，利用微波來實施酶促反應的設備具有當腔室內部的溫度到達設定溫度時，微波的產生就立即停止的問題。這不可避免地減慢了酶促反應。
技術實現要素：
技術問題根據本公開的一方面，可以提供利用微波來處理樣品的設備和方法，其通過向製冷劑供給氣體引起氣泡效應，能夠均勻地控制室(chamber)內不同位置的溫度。解決問題的方案根據實施例利用微波處理樣品的設備包括：反應容器，包括容納製冷劑和樣品的室、以及通過其注入氣體的注入口；微波源，輻射微波到所述室內；連接器，輸送通過注入口注入的氣體；以及氣體供給器，位於所述室內，並且將由連接器輸送的氣體注入到所述室內的製冷劑。在本設備中，連接器可以包括位於所述室內製冷劑的水平面上方的氣體輸送部。根據實施例利用微波處理樣品的方法包括：在反應容器的室的內部放置製冷劑和樣品；輻射微波到所述室內；注入氣體到反應容器內，同時將微波輻射到所述室內；通過連接器輸送被注入的氣體；以及將通過連接器輸送的氣體注入到所述室內的製冷劑。連接器可以包括位於所述室內製冷劑的水平面上方的氣體輸送部。發明的有益效果由根據本公開一方面的利用微波處理樣品的設備和方法，通過將氣體供給到室內的製冷劑而產生的氣泡效應，製冷劑的上層和下層以及中間部和側部能夠被均勻地循環。其結果是，室的內部能夠被均勻地加熱，並且能夠一次性處理大量樣品。由於均質的微波能夠被連續輸出，所以與傳統方法相比，能夠在非常短的時間內實現諸如酶促反應之類的樣品處理。附圖說明圖1示意性地示出根據實施例利用微波處理樣品的設備。圖2是根據實施例利用微波處理樣品的設備中反應容器的剖視圖。圖3是根據實施例利用微波處理樣品的設備中反應容器的平面圖。圖4是根據實施例利用微波處理樣品的設備中氣體供給器的局部立體圖。圖5a是根據實施例利用微波處理樣品的設備中連接器的正視圖。圖5b是沿圖5a中線A-A'的側剖視圖。圖5c是如圖5a所示連接器的後視圖。圖6示出根據實施例利用微波處理樣品的設備中到達設定溫度之後隨著時間輸出的微波。圖7a示意性地示出96-阱板上的測量位置。圖7b示出在如圖7a所示的測量位置處，使用根據實施例利用微波處理樣品的設備來執行酶促反應的結果。圖8a到圖8c示出使用根據實施例利用微波處理樣品的設備來執行酶促反應的結果。具體實施方式下文中，將參照附圖詳細描述本公開的實施例。圖1示意性地示出根據實施例利用微波處理樣品的設備。參照圖1，利用微波處理樣品的設備可以包括反應容器1和微波源2。微波源2可以包括能夠產生微波的裝置，諸如磁電管。當從微波源2輻射的微波沿著預定路逕到達反應容器1時，微波可以加熱位於反應容器1的室(未示出)內的樣品。例如，微波可以促進蛋白質到肽的酶促反應(消化)。此外，利用微波處理樣品的設備可以包括控制器4和溫度傳感器5。溫度傳感器5是用於測量反應容器1的所述室內部溫度的裝置。溫度傳感器5可以是例如熱電偶傳感器，但不限於此。通過基於溫度傳感器5測量的溫度來控制微波源2，控制器4可以將反應容器1的室內部的溫度維持在預設定溫度。例如，控制器4可以操作以將反應容器1的室內部的溫度維持在接近體溫的37℃。控制器4可以將設定溫度與由溫度傳感器5測量的溫度相比較，並且控制由微波源2輻射的微波，使得設定溫度與測量溫度之差不大於閾值(例如0.1℃)。但是，在其它實施例中，設定溫度和閾值可以不受限於前述示例而被適當地確定。另外，利用微波處理樣品的設備還可以包括用於將氣體注入到反應容器1的泵3。在反應容器1的室內部，樣品和製冷劑被容納在一起。利用泵3將氣體注入到製冷劑，可以在製冷劑內形成氣泡。其結果是，通過由氣泡產生的氣泡效應，製冷劑在所述室內可以被均勻地循環，並且因此均勻地加熱室的內部。例如，室內的製冷劑可以是水，並且由泵3注入的氣體可以是空氣。但是，在其它實施例中，也可以使用不同的製冷劑或氣體。圖2是根據實施例利用微波處理樣品的設備中反應容器的剖視圖。參照圖2，利用微波處理樣品的設備可以包括反應容器1、連接器6和氣體供給器7。反應容器1可以包括室10和注入口13。室10提供用於容納製冷劑和樣品的空間。通過注入口13將待供給到製冷劑的氣體注入到反應容器1中。反應容器1可以由微波能夠穿透的材料構成。例如，反應容器1可以由諸如聚四氟乙烯(Teflon)等全氟烷氧基(PFA)材料形成，但不限於此。此外，室10的內部可以塗有例如碳氟化合物材料。但是，這僅僅是示例性的，並且室10可以塗有不同的材料，或者可以不被塗覆。在一實施例中，室10可以包括第一隔間101和第二隔間102。第一隔間101是用於容納製冷劑的空間，並且可以具有第一直徑R1。例如，第一隔間101可以形成為具有用於容納大約500mL製冷劑的直徑和深度，但不限於此。製冷劑可以填充在第一隔間101的整個空間中。可替代地，製冷劑可以僅填充在第一隔間101的部分空間中。例如，在第一隔間101中，用於容納製冷劑的空間可以例如通過在反應容器1的側壁上形成的槽而被分隔開。第二隔間102是用於容納樣品的空間，並且可以具有不同於第一直徑R1的第二直徑R2。例如，第二隔間102的第二直徑R2可以比第一隔間101的第一直徑R1大。利用由於直徑差而形成的第一隔間101與第二隔間102之間的階梯部(step)結構，樣品可以位於室10內。例如，樣品可以被注入到阱板(wellplate)的形成為陣列的多個阱中，並且阱板可以位於第一隔間101與第二隔間102之間。反應容器1的注入口13用於將氣體注入到反應容器1內。注入口13可以被連接到例如參照圖1描述的泵3。此外，有利於連接用於氣體注入的管子的連接構件(未示出)可以與注入口13相聯接。在圖2中，注入口13所位於的反應容器1的底面的中心部分是凹進的(indented)。但是，這僅是示例性的，並且注入口13可以位於反應容器1的其它表面。連接器6用於將通過注入口13注入的氣體輸送到氣體供給器7。連接器6可以包括連接器本體61和管子62。連接器本體61形成管子62能夠通過的路徑，並且可以包括能夠插入管子62的至少一個孔或槽。後面將參照圖5a到圖5c詳細描述連接器本體61。連接器本體61可以由聚醛樹脂形成，但不限於此。管子62可以被連接到注入口13，並且通過注入口13注入的氣體可以沿著管子62被輸送到氣體供給器7。連接器6可以至少部分包括位於室10內製冷劑的水平面上方的氣體輸送部。例如，如果製冷劑填充在室10的第一隔間101中，那麼從室10的底面到連接器6的管子62的一部分的距離D1可大於第一隔間101的深度D2。但是，製冷劑可以被填充至室10內不同的高度。同樣在這種情況下，連接器6可以被布置為至少部分包括管子62位於製冷劑水平面上方的部分。管子62用於通過氣體供給器7來輸送氣體，以便將氣體注入到製冷劑。管子62被連接使得可以與製冷劑進行材料交換。當通過管子62注入氣體時，由於氣壓而使得製冷劑不會流進管子62。但是，當沒有注入氣體時，由於製冷劑本身的壓強，製冷劑可以反向流進管子62。但是，由於管子62的至少一部分位於製冷劑的水平面上方，所以即使當製冷劑流進管子62，製冷劑僅最高填充至室10內整個被注入的製冷劑的水平面，而不會完全通過連接器6。因此，可以防止製冷劑漏出室10。圖3是根據實施例利用微波處理樣品的設備中反應容器的平面圖，並且圖4是根據實施例利用微波處理樣品的設備中氣體供給器的局部立體圖。參照圖3和圖4，氣體供給器7用於將由連接器6輸送的氣體供給到製冷劑。氣體供給器7可以位於室10的內部。氣體供給器7可以位於容納製冷劑的室10的第一間隔101的內部。氣體供給器7還可以位於室10的底面上。此外，氣體供給器7可以形成為沿室10的內周延伸的閉合曲線的形狀。例如，如果室10具有圓柱形，則氣體供給器7可以具有中空的環形。氣體供給器7可以至少部分由聚醛樹脂形成，但不限於此。氣體供給器7可以包括用於注入氣體的至少一個孔71。例如，氣體供給器7可以包括沿室10的內壁延伸的蓋子70。蓋子70可以具有彎曲狀或曲線狀以使得在蓋子70和室10的內壁之間形成空間。氣體可以被注入到蓋子70和室10的內壁之間的空間。該至少一個孔71可以是以規則間隔布置在蓋子70上的多個孔。氣體供給器7可以被連接到連接器6，使得可以進行氣體交換，以便將氣體注入到氣體供給器7。注入到氣體供給器7的氣體可以通過至少一個孔71被供給到製冷劑。氣體供給器7可以包括至少一個固定單元73。固定單元73是採用諸如螺釘的固定構件將氣體供給器7固定到反應容器1的裝置。例如，利用固定單元73，氣體供給器7可以被固定在反應容器1中室10的底面上。但是，這僅是示例性的，並且在其它實施例中，氣體供給器7可以包括不同的固定裝置或者沒有不同的固定裝置。圖2到圖4是用於描述根據實施例利用微波處理樣品的設備的各個組件的功能的視圖。本領域的技術人員應理解的是，附圖中示出的組件的特定位置和尺寸不非要和圖中所示的一樣，並且組件的位置和尺寸不非要是實際的位置和尺寸。圖5a是根據實施例利用微波處理樣品的設備中連接器的正視圖，圖5b是沿圖5a中線A-A'的側剖視圖，並且圖5c是如圖5a所示連接器的後視圖。參照圖5a到圖5c，連接器6的連接器本體61可以包括輸送氣體的管子(未示出)能夠插入的槽610和孔611。連接器本體61可以包括至少一個固定單元613，用於使用諸如螺釘的固定構件將連接器6固定到反應容器。管子可以通過孔611插入連接器本體61的槽610，並且被插入的管子可以在圍住至少一個固定單元613的同時在槽610內延伸，並且可以從連接器本體61出來。考慮室的結構和將在室內容納的製冷劑的水平面，可以恰當地確定至少一個固定單元613的位置，使得沿著固定單元613外部延伸的管子的一部分位於室內製冷劑的水平面上方。通過在所述室內恰當地布置具有這種配置的連接器6，連接器6的管子的至少一部分可以位於製冷劑的水平面上方，參照圖2的上述描述。圖6示出根據實施例到達設定溫度之後隨著時間的輸出微波。圖6示出採用輸出大約400W微波的微波源，在反應容器的室內部溫度到達設定溫度37℃之後，輸出微波隨著時間的變化。如圖所示，在到達設定溫度之後，微波被非常均勻並且穩定地輸出一小時。圖7a示意性地示出樣品被注入到的阱板上的測量位置。參照圖7a，在尺寸為大約130mm×大約85mm的96-阱板(其具有96個阱，布置為12行(行1到12)和8列(列A到H)的陣列)上，隨機地選擇10個測量位置(A1，A12，B9，C3，D6，E2，E10，G7，H1，及H12)。圖7b示出在如圖7a所示的測量位置處，使用根據實施例的利用微波處理樣品的設備來執行酶促反應的結果。可以看出反應實質上不受位置影響。在該用於處理樣品的設備中，水被用作製冷劑，並且空氣被提供為用於氣泡效應的氣體。特別地，在反應容器的室內部放置96-阱板之後執行酶促反應，同時輻射大約400W的微波，設定溫度被設定在37℃。通過用基質輔助雷射解吸/電離飛行時間(MALDI-TOF)質譜儀來分析酶促反應的產物，得到如圖7b所示的關於質荷比(m/z)的信號強度。因為96-阱板的阱由於氣泡效應而被均勻地加熱，所以酶促反應能夠幾乎不受測量位置的影響而被均勻地實現。圖8a到圖8c示出使用根據實施例的利用微波處理樣品的設備來執行酶促反應的結果。用MALDI-TOF質譜儀分析酶促反應的產物，以便識別由酶促反應分裂出的肽。在用於處理樣品的設備中，水被用作製冷劑，並且空氣被供給為氣體，以提供氣泡效應。圖8a示出採用一種樣品的酶促反應的結果，該樣品是這樣製備的：在大約95℃將大約85μL的1納摩爾(nmol)牛血清白蛋白(BSA)放置大約20分鐘，在加入大約1μL的大約45毫摩爾(mM)二硫蘇糖醇(DTT，pH值大約7.9)之後，在大約50℃下執行反應大約15分鐘，然後在加入大約1μL的大約100mM碘乙醯胺之後在大約25℃下執行反應大約15分鐘。該製備的樣品與胰蛋白酶混合併且被放置在反應容器的室中。然後，通過輻射大約400W的微波大約10分鐘來執行酶促反應。圖8b示出採用由混合大約50μL的血清和大約50μL的緩衝劑製備的樣品的酶促反應結果。該製備的樣品與肽N-糖苷酶F(PNGaseF)混合併且被放置在反應容器的室中。然後，通過輻射大約400W的微波大約10分鐘，在設定溫度被設定在37℃的情況下執行酶促反應。酶促反應之後，採用石墨化碳柱來分離和淨化分裂出的糖鏈。採用2,5-二羥基苯甲酸(DHB)作為基質，對淨化的中性多糖進行MALDI-TOF分析。圖8c示出採用和如圖8b所示同樣的方法製備的樣品執行肽N-糖苷酶F酶促反應的結果。在圖8b和圖8c中，在峰值左側或上方示出相應的質荷比峰值的多糖結構。在示出的結構中，表示甘露糖(Man)，○表示己糖(Hex)，表示N-乙醯葡萄糖胺(GlcNAc)，表示海藻糖(Fuc)。從圖8a到圖8c可以看出，通過使用根據實施例利用微波處理樣品的設備執行酶促反應大約10分鐘，能夠識別出樣品。考慮到採用通過混合大約50μL的血清和大約50μL的緩衝劑製備的樣品，用傳統微波設備執行酶促反應需要大約16小時，根據本公開實施例利用微波處理樣品的設備的優點在於，它能夠在非常短的時間內處理大量樣品。本領域的技術人員應理解的是，前述描述中公開的構想和特定實施例可以便利地作為用於實現本公開相同目的的其它實施例的修改或設計的基礎。本領域的技術人員還應理解的是，這些等效實施例沒有偏離所附權利要求中闡述的本公開的精神和範圍。工業實用性實施例涉及一種利用微波處理樣品的設備和方法。