微流控雙水相環隙流萃取技術及裝置的製作方法
2023-12-08 14:56:16 3
專利名稱：微流控雙水相環隙流萃取技術及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及生物分離技術，尤其是微型生物分離技術及其設備製造領域。
背景技術：
雙水相技術因其萃取條件溫和、生物相容性高，目前已成功應用於生物活性物質的分離純化。但雙水相技術存在成相時間長、體系材料昂貴、分離過程效率低、分離操作耗時耗能等缺陷，限制了其大規模實際應用。微流控技術具有層流接觸、大比表面積、微型化操作單元、可控流動行為、很高的操作彈性和極高的傳遞特性等傳統化工技術無法比擬的優勢，提供了解決雙水相技術上述問題的新途徑。將雙水相萃取和微流控的特點結合起來的微流控雙水相Y型平行層流界面萃取分離技術應運而生，在細胞分離、蛋白質分離等領域已凸顯其優越性。然而，迄今的研究僅是停留在Y型界面萃取方式的初步探討，該萃取方式界面單一固定且傳質效率較低。在萃取分離過程中，兩相流型方式影響傳遞界面，相間傳質的快慢是分離效果的決定因素。與傳統Y型平行層流相比，環隙層流更能顯著增加兩相傳質面積，增強分離效果，提高界面操控的靈活性。
發明內容
鑑於現有技術的以上不足，本發明旨在設計環隙層流(同軸環管面)微流控雙水相萃取分離方法及其裝置，使之克服現有技術的以上不足。本發明的目的通過如下手段來實現。微流控雙水相環隙流萃取技術，採用微流控雙水相層流界面萃取分離技術實現生物活性物質分離，在環隙型同軸毛細管裝置中，利用流動同軸環管面作為雙水相萃取傳質界面，進行蛋白質、酶等微量生物活性物質的快速檢測和分離純化。採用本發明的方法，控制兩相流體以環隙層流方式接觸，傳質面積大，界面操控靈活，在微流控裝置內將萃取分離一步完成。為生物分離提供了一種快速、高效的方法，甚至還可實現酶聯免疫反應，抗原抗體檢測，病毒DNA反應等一系列與人類健康息息相關的微量生物物質分離、重大疾病快速檢測。本發明的目的還在於，為上述方法提供實現的設備，其主要內容為
微流控雙水相環隙流萃取裝置，進料毛細管100的一端置有內相進料口 110，其另一端通過一錐形管200與環隙同軸毛細管300的進料端相連通，所述錐形管200與環隙管內壁存在第一環狀間隙210，環隙同軸毛細管300的外部套置有覆蓋進料毛細管端頭的第一過渡管400，所述第一過渡管與進料毛細管100外壁間存在第一流通間隙410，第一過渡管上設置有外相進料口 420 ；環隙同軸毛細管的出口端亦通過一錐形管500與內相出料毛細管 600相通，出料毛細管600的一端置有內相出料口 610，所述錐形管500與環隙同軸毛細管內壁存在第二環狀間隙510，環隙同軸毛細管的外部套置有覆蓋出料毛細管端頭的第二過渡管700，所述第二過渡管與出料毛細管間亦存在第二流通間隙710，第二過渡管上設置有外相出料口 720 ；內相進料口 110和外相進料口 420分別連接微型計量泵。
採用如上裝置可方便地實現本發明的方法。
如下
圖1是微流控雙水相環隙流技術原理示意圖。圖2是微流控雙水相環隙流萃取裝置構造圖。圖3是實施例2萃取裝置內穩定的層流實例照片。圖4是實施例3萃取裝置內穩定的層流實例照片。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施作進一步的描述。但是應該強調的是，下面的實施方式只是示例性的，而不是為了限制本發明的範圍及應用。微流控雙水相環隙流萃取技術利用流動同軸環管面作為雙水相傳質界面，進行蛋白質、酶等微量生物活性物質的快速檢測和分離純化的技術。在環隙型同軸毛細管裝置中， 利用微型計量泵提供動力，形成層流界面，雙水相兩相快速接觸進行傳質而後分離。比起傳統的萃取方式，該方法具有顯著增加兩相傳質面積、增強分離效果、提高界面操控靈活性等優勢。由附圖1可見，一相由環隙型裝置的中間圓管進入，另一相由圓管與方管之間的環隙進入。在中間主管路內實現雙水相兩相傳質，兩相由裝置左邊相應圓管和環隙流出，以實現蛋白質和雜質分離。兩相接觸面積為同軸環管面，此流型提供環隙型層流接觸分離方式，調節兩相流速和裝置參數可控制環隙流型的兩相接觸面積。由附圖2可見，微流控雙水相環隙流萃取裝置，進料毛細管100的一端置有內相進料口 110，其另一端通過一錐形管200與環隙同軸毛細管300的進料端相連通，所述錐形管200與環隙管內壁存在第一環狀間隙210，環隙同軸毛細管300的外部套置有覆蓋進料毛細管端頭的第一過渡管400，所述第一過渡管與進料毛細管100外壁間存在第一流通間隙 410，第一過渡管上設置有外相進料口 420 ；環隙同軸毛細管的出口端亦通過一錐形管500 與內相出料毛細管600相通，出料毛細管600的一端置有內相出料口 610，所述錐形管500 與環隙同軸毛細管內壁存在第二環狀間隙510，環隙同軸毛細管的外部套置有覆蓋出料毛細管端頭的第二過渡管700，所述第二過渡管與出料毛細管間亦存在第二流通間隙710，第二過渡管上設置有外相出料口 720;內相進料口 110和外相進料口 420分別連接微型計量泵。實施例1
該裝置採用毛細玻璃管構造，進料毛細管100和出料毛細管600為長3cm外徑為 990 μ m內徑為400 μ m的毛細玻璃圓管，錐形管200和400的針尖狀前端內徑均為120 μ m, 插入長4cm外徑為990 μ m內徑為400 μ m的環隙同軸毛細玻璃圓管300 (萃取管)中，插入深度120 μ m。第一過渡管400和第二過渡管700為長2cm的毛細玻璃方管，整個結構固定在載玻片上，毛細玻璃圓管針尖狀前端用顯微拉針儀與顯微鍛針儀微加工處理獲得，各處連接用膠水密封、固定。裝置各處尺寸均可根據實際情況作適當調整。
實施例2羅丹明水溶液/水溶液層流實驗
取甲、乙兩支注射器，甲吸取質量分數1. 5%的羅丹明水溶液10ml，乙吸取10 ml純水。 調節兩臺微型計量泵流量為5 ml h—1，將注射器中兩溶液注入微流控雙水相環隙流萃取裝置中。由附圖3所示，在萃取裝置內可形成穩定的層流。
實施例3微流控雙水相環隙流萃取糖化酶
(1)雙水相溶液的配製配製質量分數20%的硫酸銨溶液100 ml，加入0.1 g糖化酶酶粉，攪拌5 min後過濾，收集濾液，為待萃相；配置質量分數24%的PEG4000溶液100 ml, 為萃取相。(2)微流控雙水相環隙流萃取取甲、乙兩支注射器，甲吸取10 ml上述PEG4000 溶液，乙吸取10 ml上述糖化酶濾液。調節兩臺微型計量泵流量為5 ml ^tT1,將注射器中兩相注入微流控雙水相環隙流萃取裝置中。待層流穩定後，分別收集出口分離的兩相，採用硫代硫酸鈉滴定法測定其中糖化酶酶活力。見附圖4。(3)實驗結果微流控雙水相環隙流萃取的傳質速率是傳統萃取方法的42倍，是 Y型平行層流界面萃取的四倍。
實施例4微流控雙水相環隙流萃取牛血清白蛋白(BSA)
(1)雙水相溶液的配製配製質量分數24%的PEG4000溶液100 ml為待萃相，其中BSA 濃度為1 mg · πιΓ1 ；配製質量分數20%的硫酸銨溶液100 ml為萃取相。(2)微流控雙水相環隙流萃取取甲、乙兩支注射器，甲吸取10 ml上述含BSA的 PEG4000溶液，乙吸取10 ml上述硫酸銨溶液。調節兩臺微型計量泵流量為5 ml化―1，將注射器中兩相注入微流控雙水相環隙流萃取裝置中。待流動穩定後，分別收集出口分離的兩相。採用考馬斯亮藍法測BSA含量，計算傳質速率。(3)實驗結果微流控雙水相環隙流萃取的傳質速率是傳統萃取方法的21. 51 倍，是Y型平行層流界面萃取的四倍。在實際實施中，根據本發明的基本方案，具體結構可有不同，例如，進料毛細管100 與錐形管200可為一體，只是在埠處加工成針狀錐形尖口，同樣的情況也適宜出料毛細管600與錐形管500。
權利要求
1.微流控雙水相環隙流萃取技術，採用微流控雙水相層流界面萃取分離技術實現生物活性物質分離，其特徵在於，在環隙型同軸毛細管裝置中，利用流動同軸環管面作為雙水相傳質界面，進行蛋白質、酶等微量生物活性物質的快速檢測和分離純化。
2.實現權利要求1所述技術的微流控雙水相環隙流萃取裝置，其特徵在於，進料毛細管(100)的一端置有內相進料口(110)，其另一端通過一錐形管(200)與環隙同軸毛細管(300)的進料端相連通，所述錐形管(200)與環隙管內壁存在第一環狀間隙(210)，環隙同軸毛細管(300)的外部套置有覆蓋進料毛細管端頭的第一過渡管(400)，所述第一過渡管與進料毛細管(100)外壁間存在第一流通間隙(410)，第一過渡管上設置有外相進料口 (420)；環隙同軸毛細管的出口端亦通過一錐形管(500)與內相出料毛細管(600)相通，出料毛細管(600)的一端置有內相出料口(610)，所述錐形管(500)與環隙同軸毛細管內壁存在第二環狀間隙(510)，環隙同軸毛細管的外部套置有覆蓋出料毛細管端頭的第二過渡管 (700)，所述第二過渡管與出料毛細管間亦存在第二流通間隙(710)，第二過渡管上設置有外相出料口(720)；內相進料口(110)和外相進料口(420)分別連接微型計量泵。
全文摘要
本發明公開了一種微流控雙水相環隙流萃取技術及裝置。該技術以雙水相溶液為萃取流體，用微型計量泵提供流體的流動動力，用毛細管和載玻片製作微型裝置，構建流動同軸環管面作為傳質界面，對蛋白質和酶等微量生物活性物質進行快速連續的檢測和分離純化。該技術分離效果優於傳統雙水相萃取，且操作過程連續，能耗低，界面操控靈活。裝置具有結構簡單，製作方便等優點。
文檔編號G01N1/34GK102179064SQ20111007089
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月24日 優先權日2011年3月24日
發明者孟濤, 李偉, 童志平, 郭婷, 黃宇石 申請人:西南交通大學