CN1235667C - 多口分离装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种多口电泳装置，包括：(a)具有确定阴极电解液流路的入口和出口装置的阴极腔室；(b)具有确定阳极电解液流路的入口和出口装置的阳极腔室，用以产生电场；(c)至少一个与阴极和阳极腔室流体连通的电解液容器；(d)用于使电解液在电解液容器和阴极腔室与阳极腔室之间连通的装置；(e)至少三个相邻地在所述阴极与所述阳极之间的分离腔室，所述分离腔室由多个离子可穿透隔栅形成，用于防止相邻腔室中成分的对流混合；(f)使液体流入和流出分离腔室确定分离流路的的入口和出口装置；(g)至少一个试样容器，其中，各试样容器与至少一个分离腔室流体连接；以及(h)用于在一试样容器与至少一个分离腔室之间连通液体的装置。

Description

多口分离装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过电泳分离方法分离溶液中成分的装置、一种分离单元和适用于所述装置的盒(cartridge)，以及所述装置的使用方法。
背景技术
制备级电泳分离对于简单和复杂试样的处理都是很重要的。决定这种分离是否成功的一个重要因素是防止被分离成分的对流再混合的程度。多间隔的电解槽被认为对于制备级电泳分离是有利的，因为试样中被分离的成分可被容易地在空间和/或时间上分开。很多多间隔电解槽都存在电泳轨道与液压传送轨道组合不恰当的问题。最近，有人采用了GradiflowTM技术(US 5039386，Gradipore有限公司)，将化合物的制备级电泳分离中所用到的电泳过程和液压过程有利地组合起来。尽管GradiflowTM技术具有优点，但该技术仍具有局限性，因为它采用了两个彼此独立的分离槽和被电泳分离膜隔开的电极腔室，该电泳分离膜实际上防止了相邻腔室之间成分的对流混合。这种设计使GradiflowTM技术仅限于二元分离，尽管通过逐步二元分离，各成分也可从复杂混合物中分离出来。
本发明的发明者们开发出一种多腔室电解槽，该电解槽扩展了分离技术的应用领域，即从二元分离扩展到了从复杂混合物中同时分离多种成分。
发明内容
第一方面，本发明提供一种多口电泳装置，所述装置包括：
(a)包括一阴极的阴极腔室；
(b)包括一阳极的阳极腔室，其中，阳极腔室相对于阴极腔室设置，从而当通过在阴极和阳极之间施加选定电势时，阴极和阳极能够在电场区域产生电场；
(c)用于使液体流入和流出阴极腔室确定阴极电解液流路的入口和出口装置；
(d)用于使液体流入和流出阳极腔室确定阳极电解液流路的入口和出口装置；
(e)至少一个与所述阳极腔室和所述阴极腔室流体连通的电解液容器；
(f)用于使电解液在至少一个电解液容器和阴极与阳极腔室之间流通的装置；
(g)至少三个相邻放置的分离腔室，其设置在所述阴极腔室与所述阳极腔室之间，从而至少部分地设置在电场区域中，所述分离腔室由设置在所述阳极和阴极腔室之间的多个离子可穿透隔栅形成，所述离子可穿透隔栅用于防止相邻腔室中成分的对流混合；
(h)使液体流入和流出分离腔室确定分离流路的入口和出口装置；
(i)至少一个试样容器，其中，各至少一个试样容器与至少一个分离腔室流体连通；以及
(j)用于使液体在一试样容器与至少一个分离腔室之间流通的装置；
其特征在于，所述选定电势的施加引起至少一种成分通过至少一个离子可穿透隔栅移动。
优选的是，该装置包括两个电解液容器，与所述阴极腔室流体连通的一阴极电解液容器，和一与所述阳极腔室流体连通的一阳极电解液容器。
优选的是，该装置包括四到十二个分离腔室，其具有四到十二个相应的试样容器，所述试样容器与各分离腔室流体相通。所述装置可具有任意数目的分离腔室，优选三、四、五、六、七、八、九、十、十一、十二个或更多。所述装置可具有任意数目的试样容器，优选三、四、五、六、七、八、九、十、十一和十二个或更多。对于各分离腔室可具有一个试样容器，或者一个试样容器可与不止一个分离腔室流体相通。
在一个优选形式中，该装置包括六个分离腔室和六个相应的试样容器，其中所述试样容器与对应的分离腔室流体连通。在另一个优选形式中，该装置包括八个分离腔室和八个相应的试样容器，其中所述试样容器与对应的分离腔室流体连通。在另一优选形式中，该装置包括十二个分离腔室和十二个相应的试样容器，其中所述试样容器与对应的分离腔室流体连通。
优选地，在不施加电场的时候，至少一些所述隔栅限制相邻腔室之间成分的对流混合，并防止成分的移动。
在一个实施例中，所述隔栅是具有特有的平均孔隙尺寸和孔隙尺寸分布的薄膜。
在另一实施例中，至少一个所述隔栅是具有特有的pI值的等电势薄膜。
在另一实施例中，至少一个所述隔栅是能够传递离子的选择性运动的离子可交换薄膜。
可以理解的是所述装置可具有相同类型的离子可穿透隔栅，或具有两种或两种以上相结合的离子可穿透隔栅，这取决于给定试样的所需分离或处理。
优选地，所述阴极和阳极电极包括镀铂钛网。
在一个优选形式中，分离腔室包括与该腔室流体连通的入口和出口装置。
在另一优选形式中，至少两个分离腔室通过同一个入口和出口装置流体连通。
在另一优选形式中，至少一个分离腔室通过一外部流体连通装置与至少一个其它分离腔室流体连通。
在另一优选形式中，其中至少两个分离腔室是串连流体连通的。
在另一优选形式中，其中至少两个分离腔室是并联流体连通的。
所述的装置还可包括：
用于从至少一个电解液容器经过所述阴极腔室和阳极腔室使电解液循环，在各个腔室中形成电解液流的装置；以及
用于从试样容器经过各分离腔室使电解液循环，在各分离腔室内形成分离流的装置。
优选地，用于连通电解液和流体内容物的装置包括泵送装置，其被独立地控制，分别用于电解液和流体的独立运动。
所述的装置还可包括用于从至少一个试样容器中去除成分并替换成分的装置。
所述的装置还包括用于保持阴极腔室、阳极腔室、试样容器、或分离腔室中至少一个中的成分的温度的装置。在一种形式中，所述阴极和阳极腔室中的电解液和/或分离腔室中流体的温度被保持恒定。优选地，用于保持温度的装置是装在壳中的管式热交换器。
在所述装置的一种优选形式中，所述阴极腔室、阳极腔室和分离腔室都包含在一分离单元中，其中所述分离单元选自盒和匣，并且所述分离单元流体连接到电解液容器和试样容器上。
在第二方面，本发明提供一种电泳分离单元，所述单元包括：
(a)包括一阴极的阴极腔室；
(b)包括一阳极的阳极腔室，其中，阳极腔室相对于阴极腔室设置，从而当通过在在阴极和阳极之间施加选定电势时，阴极和阳极能够在电场区域产生电场；
(c)用于使液体流入和流出阴极腔室确定阴极电解液流路的入口和出口装置；
(d)用于使液体流入和流出阳极腔室确定阳极电解液流路的入口和出口装置；
(e)至少三个相邻放置的分离腔室，其设置在所述阴极腔室与所述阳极腔室之间，从而至少部分地设置在电场区域中，所述分离腔室由设置在所述阳极和阴极腔室之间的多个离子可穿透隔栅形成，所述离子可穿透隔栅用于防止相邻腔室中成分的对流混合；以及
(f)使液体流入和流出分离腔室确定分离流路的入口和出口装置；
其中，所述选定电势的施加引起至少一种成分通过至少一个离子可穿透隔栅移动。
优选地，该单元包括三到十二个分离腔室。所述单元可包括任意数目的分离腔室，优选三、四、五、六、七、八、九、十、十一、十二或更多个。
在一个优选形式中，所述单元包括四个分离腔室。在另一优选形式中，所述单元包括六个分离腔室。在另一优选形式中，所述单元包括十二个分离腔室。但是，可以理解的是，任意数目的分离腔室可包含到所述单元中。
优选地，在不施加电场的时候，至少一些所述隔栅限制相邻腔室之间成分的对流混合，并防止成分的移动。
优选地，所述隔栅是具有特有的平均孔隙尺寸和孔隙尺寸分布的薄膜。
在一种优选形式中，至少一个所述隔栅是具有特有的pI值的等电势薄膜。
在另一优选形式中，至少一个所述隔栅是能够传递离子的选择性运动的离子可交换薄膜。
在另一优选形式中，所述阴极和阳极电极包括镀铂钛网。
可以理解的是所述单元可具有相同类型的离子可穿透隔栅，或具有两种或两种以上相结合的离子可穿透隔栅，这取决于给定试样的所需分离或处理。
在一种形式中，所述单元包括一阴极连接块和一阳极连接块，所述连接块确定多个用于连通液体流入或流出所述分离腔室的入口和出口装置。
在该种形式中，阴极和阳极连接块优选地容纳所述阴极和所述阳极以及用于将所述阴极和所述阳极连接到电源上的连接装置。
在一种形式中，所述阴极容纳在形成于所述阴极连接块中的凹槽或沟槽中，所述阳极容纳在形成于所述阳极连接块中的凹槽或沟槽中。而且，所述阳极连接块和阴极连接块优选地为所述阴极电解液和阳极电解液流形成入口和出口。
在一种优选形式中，至少一个分离腔室通过一外部连通装置与至少一个其它分离腔室流体连通。
在另一优选形式中，至少两个分离腔室是串连流体连通的。
在另一优选形式中，至少两个分离腔室是并联流体连通的。
在另一优选形式中，至少两个分离腔室通过同一个入口和出口装置流体连通。
在一种优选形式中，所述分离腔室形成于或容纳在一个盒中，所述盒可从所述单元中移出。
在第三个方面中，本发明提供一种用于电泳单元的盒，所述盒包括：
(a)一壳体，其包括设置在第一离子可穿透外隔栅和第二离子可穿透外隔栅之间的至少两个离子可穿透内隔栅，所述隔栅在其间确定三个或更多分离腔室，所述隔栅用于阻止相邻腔室中成分对流混合；和
(b)用于使连通液体流入或流出腔室，并在分离腔室中形成流路的入口和出口；其特征在于，在液体流入到入口中时，液体被引入流过腔室，不与腔室间的液体对流混合。
优选地，所述盒还包括位于离子可穿透外隔栅上的外部垫圈。
优选地，所述流路由所述隔栅形成。
优选地，该盒包括接近所述隔栅的格栅元件。在一种优选形式中，所述格栅元件通常是平面的。
所述格栅元件还可包括一支撑结构，用于支撑所述隔栅以及在所述流路中混合流体。优选地，所述支撑结构是网格结构。
在一种优选形式中，所述盒还包括确定三个或更多分离腔室的两个或更多内隔栅。优选地，所述盒包括三到十二个分离腔室。所述盒可具有任意数目的分离腔室，优选三、四、五、六、七、八、九、十、十一、十二个或更多。
优选地，在不施加电场的时候，至少一些所述隔栅限制相邻腔室之间成分的对流混合，并防止成分的移动。
优选地，所述隔栅是具有特有的平均孔隙尺寸和孔隙尺寸分布的薄膜。
至少一个所述隔栅是具有特有的pI值的等电势薄膜。
至少一个所述隔栅是能够传递离子的选择性运动的离子可交换薄膜。
可以理解的是所述盒可具有相同类型的离子可穿透隔栅，或具有两种或两种以上相结合的离子可穿透隔栅，这取决于给定试样的所需分离或处理。
在一种优选形式中，所述盒包括与所述腔室流体连通的入口和出口。
在一种优选形式中，至少两个分离腔室通过同一个入口和出口流体连通。
在第四方面，本发明提供一种用于通过电泳分离改变试样成分的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供一种多口电泳装置，所述装置包括：包括一阴极的阴极腔室；包括一阳极的阳极腔室，其中，阳极腔室相对于阴极腔室设置，从而当通过在阴极和阳极之间施加选定电势时，阴极和阳极能够在电场区域产生电场；用于使液体流入和流出阴极腔室确定阴极电解液流路的入口和出口装置；用于使液体流入和流出阳极腔室确定阳极电解液流路的入口和出口装置；至少一个与所述阳极腔室和所述阴极腔室流体连通的电解液容器；用于使电解液在至少一个电解液容器和阴极与阳极腔室之间连通的装置；至少三个放置在所述阴极与阳极腔室之间的分离腔室，从而至少部分地设置在电场区域中，所述分离腔室由设置在所述阳极和阴极腔室之间的多个离子可穿透隔栅形成，所述离子可穿透隔栅用于防止相邻腔室中成分的对流混合；使液体流入和流出分离腔室确定分离流路的入口和出口装置；三个或更多试样容器，各容器与至少一个或更多分离腔室流体连通；以及用于使液体在试样容器与至少一个分离腔室之间连通的装置；
(b)通过阳极和阴极入口装置将电解液引入到所述阳极和阴极腔室；
(c)通过入口装置将试样引入到至少一个分离腔室中；
(d)通过入口装置将液体引入到其它腔室中；以及
(e)在所述阴极与阳极之间施加电势，使得腔室中试样的至少一种成分移动穿过隔栅进入一个或更多相邻分离腔室。
所述方法还包括以下步骤：
收集具有改变了成分的试样。
优选地，流入到所述阳极和阴极腔室中的电解液通过对应的入口装置和出口装置循环，从而形成电解液流。
优选地，流入到所述分离腔室中的试样和液体通过对应的腔室的入口装置和出口装置循环，从而形成试样和液体流。
优选地，成分的所有穿透隔栅的运动由施加电势而激发。
优选地，在不施加电场的时候，至少一些所述隔栅限制相邻腔室之间成分的对流混合，并防止成分的移动。
优选地，所述隔栅是具有特有的平均孔隙尺寸和孔隙尺寸分布的薄膜。至少一个所述隔栅是具有特有的pI值的等电势薄膜。至少一个所述隔栅是能够传递离子的选择性运动的离子可交换薄膜。
可以理解的是所述装置可使用相同类型的离子可穿透隔栅，或使用两种或两种以上相结合的离子可穿透隔栅，这取决于给定试样的所需分离或处理。
通过电极腔室和分离腔室的电解液的流速可对成分的分离产生影响。每分钟毫微升到每分钟数升的流速都可被采用，这取决于所述装置的结构和待分离的试样。在某些情况中，不流动的液体就足够了。
所施加的电压和/或电流可因分离的不同而异。通常，可采用高达5000伏的电压，但是电压的选择取决于所述装置的结构、电解液和待分离的试样。
在第五方面，本发明提供在从试样中分离一种或多种成分或组分时，使用根据本发明第一个方面的装置的方法。
在第六个方面，本发明涉及在从试样中分离一种或多种成分或组分时，使用根据本发明第四个方面的方法的方法。
在第七个方面，本发明提供利用根据本发明第一个方面的装置分离的混合物。
在第八个方面，本发明提供利用根据本发明第四个方面的方法分离的混合物。
GradiflowTM是澳大利亚Gradipore有限公司的商标。
本发明的一个优点在于所述装置和方法能够有效并高效地处理和分离试样中的带电分子和其它成分。
本发明的另一优点在于所述装置和方法具有成倍增加的能力、提高的分离速度、操作的低成本、较低的能源需求，以及更加方便的使用性。
本发明的另一优点在于所述装置和方法具有较高的分离成分产量，和较高的分离成分纯度。
本发明的另一优点在于所述装置和方法可同时处理或加工多种试样。
通过阅读和理解本说明书，本发明的这些和其它优点对于本领域的普通技术人员是很明显的。
整个说明书中，除了上下文的需要以外，“包括(comprise)”一词，或其不同时态，应被理解为表示包含所述元素、整数或步骤，或一组元素、整数或步骤，但不排除任何其它元素、整数或步骤或元素、整数或步骤组。
本文中对对现有技术文件的任何描述并不是承认这些文件构成澳大利亚相关技术的一般常识的一部分。
为了更清楚地理解本发明，下面将参考以下例子和附图描述优选形式。
附图说明
图1是一电泳分离单元的示意图，所述分离单元具有四个用于本发明电泳装置中的分离腔室。
图2是一电泳分离单元的示意图，所述分离单元具有用于本发明电泳装置中的六个分离腔室。
图3是一电泳分离单元另一实施例的示意图，所述分离单元具有六个用于本发明电泳装置中的分离腔室。
图4是一电泳分离单元的示意图，所述分离单元具有十二个用于本发明电泳装置中的分离腔室。
图5A是一电泳分离单元的分解图，所述分离单元能够具有十二个用于本发明电泳装置中的分离腔室。
图5B是图5A中的电泳分离单元被部分地被组装到一适当的壳体中的视图。
图5C是图5A中的电泳分离单元被完全组装到一适当的壳体中的视图。
图6A是第一格栅元件的平面视图，该格栅元件可被用作本发明电泳分离单元或盒的构件。
图6B是第二格栅元件的平面视图，该格栅元件可被用作本发明电泳分离单元或盒的构件。
图6C是第三格栅元件的平面视图，该格栅元件可被用作本发明电泳分离单元或盒的构件。
图7是具有三个分离腔室的电泳分离单元或盒的内部构件的分解视图。
图8是具有四个分离腔室的电泳分离单元或盒的内部构件的分解视图。
图9是具有六个分离腔室的电泳分离单元或盒的内部构件的分解视图。
图10是具有十二个分离腔室的电泳分离单元或盒的内部构件的分解视图。
图11是使用图1所示分离单元的电泳装置的示意图。
图12是采用具有十二个分离腔室的分离单元的电泳装置的线路图。
图13是在从人体血浆中分离IgG过程中，经过60，120，和180分钟电泳后收集的试样的分析SDS-PAGE结果。路径1：喂入试样，路径2，3，4：经过60分钟电泳后的分析结果，路径5，6，7：经过120分钟电泳后的分析结果，路径8，9，10：经过180分钟电泳后的分析结果。从试样流到产品流的IgG转移在60分钟的第一分析点是明显的。
图14示出经过4小时电泳后收集的试样的分析SDS-PAGE结果。路径1和2：分离腔室12和11，路径3到10：分离腔室10到3。
图15示出了经过4小时电泳后分离腔室成分的SDS-PAGE分离的图象。来源于蛋白的溶菌酶(分子质量14kDa，等电势点为10)移动到分离腔室11和12中(3kDa-15kDa与15kDa-1000kDa薄膜之间)，因为该蛋白质带正电，pH值为8.5(路径1和2)。带负电的蛋白质向阳极移动(路径3-10)：蛋白质的尺寸越小，其从腔室10移动的距离越远，其中腔室10是试样的喂入点。
图16示出了例4中经过4小时电泳后分离腔室成分的SDS-PAGE分离的图象。路径1，3，5，7和9：经过60分钟电泳后产品流的分析结果，路径2，4，6，8和10：经过60分钟电泳后剩下的低pI成分的分析结果。
图17示出了与图16相同的采用ATT抗体的分离Western blot的图象。
具体实施方式
在详细描述优选实施方式之前，首先描述该装置的工作原理。作用到溶液中离子的电场或电势使得离子向其中一个电极移动。如果离子带正电，它会向负电极(阴极)移动。相反，带负电的离子会向正电极(阳极)移动。
在本发明的装置中，在电场中放置离子可穿透隔栅，该隔栅实际上可防止该装置或单元中相邻腔室之间的对流混合，试样中的成分被选择性地通过所述隔栅传送。各种不同的应用中所使用的具体离子可穿透隔栅也不相同，这些隔栅通常具有特有的平均孔隙尺寸和孔隙尺寸分布、等电势点或其它物理特征，以便使不同成分通过或阻止其通过。
描述了根据本发明的装置的一些工作原理后，下面将描述该装置。
图1示出了用于根据本发明的装置的电泳分离单元的一个实施方式，该分离单元具有四个分离腔室。装置110包括阴极腔室113和阳极腔室114，各腔室具有使电解液流入和流出各电极腔室113、114的入口装置115、117和出口装置116、118。由五个离子可穿透隔栅121a、121b、121c、121d和121e所形成的四个分离腔室120a、120b、120c和120d位于所述阴极腔室113和阳极腔室114之间。四个入口装置122a、122b、122c、122d和四个出口装置123a、123b、123c、123d位于接近装置110的两端处，其中各入口和出口装置用于使流体流入或流出各个分离腔室120a、120b、120c和120d。
分离腔室120a、120b、120c和120d可在一盒内形成或被容纳在一盒内，所述盒可从单元110中取出。阴极125和阳极126可容纳在阳极腔室113和阴极腔室114中，于是，当两电极之间存在电势时，腔室中的物质就受到电势的作用。
当电解液通过入口115、117和出口116、118进出电极腔室113、114时，各腔室中就形成流体流。同样，当流体通过入口122a，122b，122c，122d和出口123a，123b，123c，123d进出分离腔室时，各腔室中就形成流体流。
图2示出用于根据本发明装置的分离单元的另一实施方式，该分离单元具有六个分离腔室。装置210包括一阴极腔室213和一阳极腔室214，各腔室具有用于使流体流入或流出各个电极腔室213、214中的入口装置215、217和出口装置216、218。由七个离子可穿透隔栅221a-121g形成的六个分离腔室220a、220b、220c、220d、220e、220f位于所述阴极腔室213和阳极腔室214之间，从而形成分离腔室220a-220f。六个入口222a、222b、222c、222d、222e、222f和六个出口223a、223b、223c、223d、223e、223f位于接近装置210的两端处，其中各口是用于使流体流入或流出各个分离腔室220a-120f中的装置。
分离腔室220a-120f可形成于或容纳在一盒中，所述盒可从单元210中移出。阴极225和阳极226可容纳在阳极腔室213和阴极腔室214中，因此当电势施加到两电极225、226之间时，腔室220a-120f中的物质就受到所述电势的作用。
图2中所示装置中，相互之间流体分离的分离腔室220a-120f具有入口和出口装置。相反，图3中描述一种装置310，其具有六个分离的腔室320a、320b、320c、320d、320e、320f，其中三个腔室320a、320c、320e通过公用入口322a和公用出口323a装置而流体连通。另外三个分离腔室320b、320d、320f通过公用入口322b和公用出口323b装置而流体连通。当流体流入入口装置322a并流出出口装置323a时，流体就流过分离腔室320a、320c、320e，从而在所述腔室中形成分离流。同样，当流体流入入口装置322b并流出出口装置323b时，流体就流过分离腔室320b、320d、320f，从而在所述腔室中形成分离流。
图4示出用于根据本发明装置的另一实施方式，其具有十二个分离腔室。装置410包括阴极腔室413和阳极腔室414，各腔室具有用于使电解液流入和流出所述电极腔室413、414的入口装置415、417和出口装置416、418。十二个分离腔室420a-4201位于所述阴极腔室413和阳极腔室414之间。分离腔室420a-4201由位于所述阴极腔室413和阳极腔室414之间的十三个离子可通过的隔栅421a-421m形成。十二个入口装置422a-4221和十二个出口装置423a-4201位于接近于单元410两端处，用于使流体分别流入和流出十二个分离腔室420a-4201。
分离腔室420a-4201可形成于或容纳在一盒中，所述盒可从装置410中取出。阴极425和阳极426容纳在所述阳极腔室413和阴极腔室414中。
图4中描述的装置中，各分离腔室420a-4201使流体彼此分开。但可以理解的是，如果需要，一个或多个腔室可共用同一入口和出口装置，于是，相同的物质可通过多个分离腔室。
图5A示出分离单元的分解视图，其中分离单元可容纳形成十二个分离腔室的十三个离子可穿透隔栅。单元510包括一阴极连接块530，其中设置了六个入口装置522a-522f和出口装置523a-523f，用于使流体流入和流出六个上部分离腔室，并用于容纳阴极525。阳极连接块531中设置了六个下部入口装置522g-5221和出口装置523g-5231，用于使流体流入和流出六个下部分离腔室，并用于容纳位于阳极连接块531中的阳极526。单元510在所述阴极连接块530上具有电解液入口装置515和出口装置516，从而使得电解液通过容纳阴极的块530。同样，所述阳极连接块531具有电解液入口装置517和出口装置518，从而使得电解液通过容纳阳极的阳极块。
阴极连接块530和阳极连接块531容纳有电极525、526和将电极连接到电源上的接装置527、528。电极525、526通常由镀有铂的钛网制成，但其他惰性导电材料也可适用。阳极526通过适当的连接装置例如螺丝533连接到阳极块531上。同样，阴极通过适当的连接装置例如螺丝534连接到阴极块上。
阳极连接块531具有凹槽532，用于容纳离子可穿透薄膜和阳极容纳块530。隔栅被层放在凹槽532中，该凹槽532形成阴极腔室和所需数目的试样腔室。当所述阴极块被放置在容纳有隔栅的凹槽中时，所述阴极腔室也就形成了。
图5B示出了分离单元510，其被部分安装在U型壳体511中。阴极块530被放置在壳体511中，螺栓512通过所述壳体旋入到位于阴极块530上面的盘514中。连接装置513设置在阳极块531上，用于确保单元510正确地定位在壳体511中。
图5C示出了被完全安装在壳体511中的分离装置510。螺栓512被上紧，使得阴极块进入阳极块中，并把所述隔栅夹在中间。
图6A、6B和6C分别示出优选的格栅元件601a、601b、601c，当把格栅元件组装到分离单元或盒中时，其帮助支撑形成电极腔室和分离腔室的离子可穿透隔栅，其中所述盒可从根据本发明的分离单元中取出。
图6A示出优选的格栅元件601a的平面视图，其中格栅元件601a是分离单元10的一个构件。具有网格603的细长矩形切除部分602形成于格栅元件601a的中央。在格栅元件601a的两端，设有六个开口604、605、606，607、608、609，用于与分离单元10的其它构件相对准。优选地，在各端处的一个开口处设有具有多边和一个出发点的三角形沟槽区域641，其中所述出发点从相关开口604延伸并分叉到切除部分602。直立的肋642、643和644被限定在沟槽区域641中。流经开口604的流体沿肋642、643和644之间的三角沟槽区域进入网格603。肋642、643和644引导来自开口604的液体流，因此其有助于确保流体最终沿网格603的横截面均匀分布。肋642、643和644还为设置在所述格栅元件上面或下面的离子可穿透隔栅提供支撑。
网格603包括间隔平行元件645的第一阵列，其与所述格栅的纵轴方向成一定角度延伸，并设置在下层第二阵列的间隔平行元件646之上且与之形成一体，其中第二阵列646以第一阵列与所述格栅纵轴方向所成角度的大约两倍的角度延伸。在本优选实施方式中，平行元件的第一阵列645与所述纵向轴线成约45度角延伸，平行元件的第二阵列646与平行元件645的第一阵列成约90度角延伸，但是，其它角度也可适当采用。
格栅601a中的其它开口605、606、607、608、609不具有开口604中的肋结构，但是也使得流体流入到一分离腔室20中，而不是与开口604流体连通的分离腔室604。图6B示出第二格栅601b，其中与格栅601a的开口605等同的开口具有肋结构642、643和644，用于辅助流体流进入与格栅601b流动相通的腔室。同样，图6C示出第三格栅601c，其中与格栅601a的开口606等同的开口具有肋结构642、643和644，用于辅助流体流进入与格栅601c流动相通的腔室。根据格栅和所使用的离子可穿透隔栅的数目的不同，以及组装在单元中格栅的取向的不同，可以能形成多个腔室，多个腔室相互流动分开，或与两个或更多个分离腔室流动连通。
所述格栅元件的厚度优选较小。在一个现有优选实施方式中，格栅元件的外部区域是0.8mm厚。一密封肋或脊可围绕网格603的周围延伸，从而提高格栅元件背面的密封性。所述脊从格栅元件的一侧到另一侧测量，优选约1.2mm厚。从格栅的一侧到另一侧测量的网格元件645和646的相对顶点之间的距离约1mm。格栅较小的厚度具有几点好处。首先，其使得流体在离子可穿透隔栅21上更加均匀地分布，并有助于防止其被大分子或其它粘性成分所污染。
而且，通过使用较薄格栅可减小所需流体的量，因较薄格栅使用较少的用于实验室级分离的试样量，这一点与现有技术中的分离装置相比具有很大的优势。
最后，如果电场的强度保持恒定，那么采用较小厚度的格栅元件可使较少的电能贮存在流体中。如果较少的热能传递到流体中，流体的温度保持较低。这是有利的，因为高温既会破坏试样又会破坏目的产物。
分离单元可容纳一盒或匣，并包括一阳极连接块和一阴极连接块，在使用中，所述盒夹在两连接块之间。
所述盒包括一盒壳体，其容纳盒构件，如格栅元件601和离子可穿透隔栅21。所述盒通常是细长的，并包括沿所述盒的纵向轴线A-A延伸的两平行的细长侧壁。所述盒的两端包括端壁，因此所述盒在俯视图中大致呈椭圆形。小的凸缘围绕所述壁的基底延伸。凸缘向所述盒的中央向内突起。可选地，外形大致呈椭圆形的平面硅橡胶垫片被用来安装在位于所述凸缘上的所述盒的壁内侧，从而有助于密封所述构件。如果需要，可在所述垫片的中央形成一细长切除部分。在接近所述密封件的两端处具有多个孔，孔的数目取决于设置在所述盒中的分离腔室的数目。
在所述垫片上设有离子可穿透隔栅，其外部形状通常与所述盒的外部形状相同，因此其也安装在所述盒的内部。在接近所述薄膜的两端处，各隔栅具有几个孔，因此当所述盒被组装时，所述孔与所述垫片的孔相对准。
在所述第一隔栅上设有一格栅元件。在所述格栅元件上设有第二隔栅。更多的格栅元件与位于它们之间的相应隔栅相叠放，从而形成所需数目的分离腔室。
格栅元件与离子可穿透隔栅之间的叠放排列的例子见图7到图10。图7示出形成三个分离腔室的排列的分解视图。该单元包括四个隔栅721a-721d和三个格栅元件701c、701b、701a。隔栅721a位于分离单元的阴极侧，并被格栅元件701c所支撑。第一分离腔室形成于隔栅721a和元件701c之间。第二隔栅721b位于格栅元件701c与701b之间，于是第二试样腔室形成于隔栅721b与格栅元件701b之间。第三隔栅721c位于格栅元件701b与701a之间，在第三隔栅721c与格栅元件701a之间形成第三试样腔室。第四隔栅721d位于分离单元的阳极侧。
以同样的排列，图8示出形成四个分离腔室的隔栅和格栅元件的排列的分解视图。该单元包括五个隔栅821a-821e和四个格栅元件801c、801b，801a。图9示出形成六个分离腔室的隔栅和格栅元件的排列的分解视图。该单元包括七个隔栅921a-921g和六个格栅元件901a、901b、901、901d、901e、901f。图10示出形成十二个分离腔室的隔栅和格栅元件的排列的分解视图。该单元包括十三个隔栅1021a-1021m和十二个格栅元件1001a、1001b、1001c、1001d、1001e、1001f。从提供的例子中可以理解到的是，本发明采用隔栅和格栅元件的模块化方法可以形成很多不同的排列。
格栅元件的一个作用是使多个隔栅间隔开。格栅元件还必须为各分离腔室中的试样或电解液流提供路径，因为用于各腔室的格栅元件是相似的。格栅元件的通常是平面的，并且格栅元件的外形形成适于安装在盒外壳壁中的形状。
离子可穿透隔栅的选择取决于应用。从每一分离隔栅开始，优选设置其它元件：还设有另一格栅元件、离子可穿透隔栅和相对隔栅对称布置的另一垫片。这些叠放的构件形成分离腔室和电极腔室流体流边界的一部分。所述构件通过夹子或螺钉或其它适当的紧固件固定在所述盒内。
所述盒的主要作用在于把各构件固定在一起以便插入到分离单元中。实际盒壁对于装置的密封不起作用。如果装置被正确密封，在使用中就不会有液体接触到所述盒的壁。
阴极和阳极可由镀钛的铂金属网制成，不同于通常用于电解池的包括铂丝的标准电极。在本发明装置中采用的镀钛的铂金属网相对于铂丝来说具有几个优点。具体来说，该脊状结构是自支撑的并比铂丝便宜。该网格还提供更大的表面积并使得电极表面上具有更低的电流密度。而且，分布在电解液沟槽中较大的表面积为分离过程提供更均匀的电场。
而且，电极更接近于相邻的离子可穿透隔栅。因此，在阳极层和阴极层之间就会出现更小的外加电势差，流体也会产生较少的热。连接器从电极连接到插座，用于把电能连接到电极上。电极被遮蔽起来，防止与操作者的手指等意外接触。
使用时，把盒装入分离单元中，或者把隔栅和格栅元件组装到分离单元中，关闭作为锁定结构的夹具，以便将所述构件密封在适当位置，通过适当的入口和出口装置使电解液和试样流过连接块。所述单元与电泳装置相连接，该电泳装置包括泵、管件以及，如果需要的话，冷却装置。还须连接电源，从而为特定的分离过程提供电势能。将电势能设定为所需的值，从而根据需要进行分离。分离完成后，所述盒可被再利用、移除或换用新的盒。或者，隔栅或格栅元件可被再利用或从单元中拆卸下来。应当清洗连接入口和出口装置的管道，如果需要的话，可以更换电解液。然后，该单元又可用于其它分离。
电解质溶液提供所需的传导性，而且在分离过程中还可以稳定pH值，并充当冷却介质。
所述分离单元的设计可方便地适用于具有多达十二个腔室的多通道分离单元和装置。可容纳更多的分离腔室，这样增加管道布置以及将流体泵入腔室时的复杂性。为了使之具有高度的灵活性，本发明人开发了一种新的可膨胀的格栅设计，其能够适用于各种数目的附加分离腔室。一种设计形式是，该新设计容纳多达十二个分离腔室(外加两个电极腔室)，所述分离腔室具有六个相似但不相同的格栅，所述格栅在其每一端具有六个孔。通过在装置中叠放两组格栅，每组六个格栅，从而形成十二个腔室，上述装置具有多达十二组不同的流动连接。一种设计形式是，有三个相似但不同的格栅，所述格栅在其每一端具有三个孔，从而实现三组不同的连接。所述格栅可被叠放从而形成六个分离腔室。该设计能够很方便地形成多达十二个分离腔室。
图11显示了采用图1的分离单元110的电泳装置2的示意图，以便说明采用本发明技术的装置的一般功能。在这个纯说明性的例子中，六个腔室(阴极腔室113、阳极腔室114和四个分离腔室120a-120d)与六个流动回路相连接。首先，电解液流动回路40包括第一电解液容器42、电解液管道44和电解液泵46。第二电解液流回路41包括第二电解液容器43、电解液管道45和电解液泵47。在图11所示的结构中，电解液流动回路40和41相互独立运行，因此第一电解液36和第二电解液38的组成、温度、流速和体积可被相互独立地适当调节。
在所示的实施方式中，第一电解液36从第一电解液容器42经过管道44流到泵46，再流到第一电解液腔室113。第二电解液38从第二电解液容器43经过管道45流到泵47，再流到第二电解液腔室114。第一电解液36流经入口115，第二电解液38流经入口117。第一电解液36通过出口116流出分离单元110，第二电解液38通过出口118流出分离单元110。在流出分离单元110后，电解液36和38经过管道44和45回到各电解液容器42和43中。在一个实施方式中，分离时使电解液36和38停滞在电解液腔室113和114中。电解液36和38还可充当冷却介质，并起到防止电泳过程中产生的气体累积的作用。
第一分离流动回路58包括第一试样容器50a、管道52和泵54。第一试样56从第一试样容器50a经过管道52流到泵54，然后经过入口122a流入到第一分离腔室120a。在一个实施方式中，第一试样56与第一试样腔室120a中的电解液36和38的流动方向相反。第一试样56在出口123a处流出分离单元110并流过管道52，然后经过管道52流过热交换器70，再回到第一试样容器50a。在另一实施方式中，热交换器70通过第一电解液容器42。在另一实施方式中，第一试样56与第一分离腔室120a中的电解液36和38的流动方向相同。
除了所提到的成分外，根据步骤、应用或所进行的分离的需要，为了基本上防止或促使选定成分透过离子可穿透隔栅发生迁移，第一试样56还可包括本领域已知的任何适当电解质或添加剂。在一个优选实施方式中，从中除去了某些组分的试样位于第一试样容器50a中。但是，可以理解的是，在另一实施方式中，从中除去了某些组分的试样位于第二试样容器50b中。
类似地，第二试样流动回路68包括第二试样容器50b、管道62和泵64。第二试样66从第二试样容器50b经过管道62流到泵64，然后经过入口122b流入到第二试样室120b。在一个实施方式中，第二试样66与第二试样室120b中的电解液36和38的流向相反。第二试样66在出口123b处流出分离单元110，到达热交换器70，再通过管道62回到第二试样容器50b。在另一实施方式中，热交换器70通过第一电解液容器42或第二电解液容器43。
根据步骤、应用或所进行的分离的需要，为了基本上防止或促使选定成分透过离子可穿透隔栅发生迁移，第一试样66可包括本领域已知的任何适当电解质或添加剂。在一个优选实施方式中，从中除去了某些组分的试样位于第二试样容器50b中。但是，可以理解的是，在另一实施方式中，从中除去了某些组分的试样位于第一试样容器50a中。
类似地，第三试样流动回路78包括第三试样容器50c、管道72和泵74。第三试样76从第三试样容器50c经过管道72流到泵74，然后经过入口122c流入到第三试样室120c。在一个实施方式中，第三试样76与第三试样室120c中的电解液36和38的流向相反。第三试样76在出口123c处流出分离单元110，到达热交换器70，再通过管道72回到第三试样容器50c。在另一实施方式中，热交换器70通过第一电解液容器42或第二电解液容器43。
根据步骤、应用或所进行的分离的需要，为了基本上防止或促使选定成分透过离子可穿透隔栅发生迁移，第三试样76可包括本领域已知的任何适当电解质或添加剂。在一个优选实施方式中，从中除去了某些组分的试样位于第三试样容器50c中。但是，可以理解的是，在另一实施方式中，从中除去了某些组分的试样位于第一试样容器50a中，或位于第二试样容器50b中。
类似地，第四试样流动回路88包括第四试样容器50d、管道82和泵84。第四试样86从第四试样容器50d经过管道82流到泵84，然后经过入口122d流入到第四试样室120d。在一个实施方式中，第四试样86与第四试样室120d中的电解液36和38的流向相反。第四试样86在出口123d处流出分离单元110，到达热交换器70，再通过管道82回到第四试样容器50d。在另一实施方式中，热交换器70通过第一电解液容器42或第二电解液容器43。
根据步骤、应用或所进行的分离的需要，为了基本上防止或促使选定成分透过离子可穿透隔栅发生迁移，第四试样86可包括本领域已知的任何适当电解质或添加剂。在一个优选实施方式中，从中除去了某些组分的试样位于第四试样容器50d中。但是，可以理解的是，在另一实施方式中，从中除去了某些组分的试样位于第一试样容器50a中，或位于第二试样容器50b中。
热交换器70优选为管中的壳式装置，该装置具有泵94，泵94通过管92使冷却流体从容器93通过热交换器70。当流体穿透热交换器70中的各条管道时，交换器中的物质就被适当地冷却到所需温度。
当采用流速可单独调节的第一试样56、第二试样66、第三试样76、第四试样86、第一电解液42和第二电解液43时，会对分离产生显著的影响。根据装置结构的不同以及所处理试样的组成、数量和体积的不同，流速可为从零到每分钟数毫升到每分钟数升。在实验室规模的装置中，采用的单独可调的流速为0毫升/分钟到约50,000毫升/分钟，其中优选流速在0毫升/分钟到约1,000毫升/分钟的范围内。但是，根据泵送装置及装置规格的不同，也可采用较高的流速。根据处理过程、被输送物的组成、输送效率以及某一处理过程与其在前或在后的其他处理过程相结合的不同，可以选择不同的单独可调的流速。
此外，优选试样流动回路58、68、78和88，以及第一电解液流动回路40和第二电解液流动回路41被完全封闭，从而防止污染或交叉污染。在一个优选实施方式中，容器50a-50d、42和43分别被完全封闭，与装置的其它部分隔离开来。
分离单元110还包括电极125和126。优选地，电极分别位于第一电极腔室113和第二电极腔室114，并用离子可穿透隔栅使其与第一和第二试样腔室隔离。
电极125和126可适当地采用标准电极，或优选由镀铂的钛网栅制成，其具有良好的机械性能、均匀的电场分布、较长的使用寿命和经济的价格。电极125和126优选接近于离子可穿透隔栅121a和121e，从而更好地利用外加电势并减小热量的产生。已经发现大约0.1到6毫米的距离适用于实验室范围的装置。对于成比例扩大的装置，所述距离取决于离子可穿透隔栅的数目和类型，以及电解液和试样室的尺寸和体积。优选的距离依次为从约0.1毫米到约10毫米。
而且分离装置110优选包括电极接头79，其用于把分离装置110连接到电源73上。优选地，电源73位于分离单元外，但是，分离单元110也可设计成包括内置电源73的形式。
当电势施加到分离装置110上时就能实现分离。根据不同的分离任务选择不同的电场强度(电势)。通常，电场强度在1伏/厘米到约5,000伏/厘米之间变化，优选在10伏/厘米到2,000伏/厘米之间变化。在满足所需的分离过程和产率的条件下，优选保持单元中的总能量消耗在最低值。
在一个实施方式中，使外加电势周期性地停止并反向，从而使得进入到离子可穿透隔栅的成分运动回到至少一个流体流中，而基本上不会使已经进入到其它流体流中的成分的重新进入该流体流。在另一实施方式中，采用间歇期。间歇期(在该段时间内流体保持流动，但是不施加电势)是一可选步骤，该步骤可适当地代替选择性的电势反向步骤，或在选择性的电势反向步骤之后包括该间歇步骤。含蛋白质的试样通常采用间歇步骤来代替电势反向步骤。
分离单元110可用本领域所熟知的各种方法进行冷却，如采用冰块，或在电极容器42和/或43中配置冷却蛇管(外部装置)，或能够控制电解液36和38的温度的任何其它适当的装置。因为试样流回路58、68、78和88都通过热交换器70，因此试样与第一和/或第二电解液之间发生热交换。热量交换可使试样优选保持在较低的温度。
本发明还包括具有采用分离单元的电泳装置，所述分离单元如前所述具有三到至少十二个分离腔室。例如，参照图2到4所描述的分离单元可与适当数目的流路、泵和试样室一起使用。
图12示出电泳装置2的示意图，所述装置2具有两个电解液流路3、十二个分离流路6、试样和电解液容器5以及冷却装置7。分离单元10容纳十二个分离腔室、阴极腔室和阳极腔室。泵4从试样和电解液室5输送流体到分离单元10。
本发明的一个优点在于，其能够安排各种结构的具有三个或更多分离腔室的分离装置。
在一个实施方式中，离子可穿透隔栅由一薄膜制成，其中所述薄膜的特点在于其具有均等的孔隙尺寸和一定的孔隙尺寸分布。选择这种具有均等的孔隙尺寸和一定的孔隙尺寸分布的薄膜有利于特定成分透过膜传送，同时防止其它成分透过膜传送。
在另一实施方式中，离子可穿透隔栅是一等电势的离子可穿透隔栅，如等电势薄膜，该薄膜可防止相邻腔室成分的对流混合，同时允许通过电势的施加，选定成分可选择地穿透隔栅输送。合适的等电势薄膜可由丙烯酰胺、N，N’-亚甲基二丙烯酰胺和弱电解液的适当的丙烯酰胺基衍生物聚合而成，生成具有pI值在2到12的范围内的、孔隙尺寸均匀的等电势薄膜，从而促使或基本上阻止选定尺寸的成分透过隔栅输送。
在另一实施方式中，离子可穿透隔栅是一离子交换隔栅，例如阴离子交换薄膜，其可防止相邻腔室成分的对流混合，同时允许通过施加电势，选择性地输送选定的成分透过该隔栅。适当的离子交换薄膜是具有强电解质和弱电解质官能团的多孔薄膜。
实施例
例1
根据本发明包括十二个分离腔室的装置被用于从人的血浆中分离免疫球蛋白G(IgG)。本例说明如何用所述装置从同样的试样容器，通过四套同样的、多个、平行分离腔室处理同样的供给试样。
分离单元的组装如下所述。所有的离子可穿透隔栅都是具有不同标称分子质量(NMM)取舍点的聚丙烯酰胺薄膜。第一套平行分离腔室开始于阳极腔室与第一分离腔室之间的1st离子可穿透隔栅，其具有5,000道尔顿的NMM，通过1st和2nd分离腔室之间的另一隔栅，其具有100,000道尔顿的NMM，然后是2nd和3rd分离腔室之间的另一隔栅，其具有大于1,000,000道尔顿的NMM。第二套平行分离腔室开始于3rd和4th分离腔室之间隔栅，其具有5,000道尔顿的NMM，通过4th和5th分离腔室之间的另一隔栅，其具有100,000道尔顿的NMM，然后是5th和6th分离腔室之间的另一隔栅，其具有大于1,000,000道尔顿的NMM。第三套平行分离腔室开始于6th和7th分离腔室之间隔栅，其具有5,000道尔顿的NMM，通过7th和8th分离腔室之间的另一隔栅，其具有100,000道尔顿的NMM，然后是8th和9th分离腔室之间的另一隔栅，其具有大于1,000,000道尔顿的NMM。最后，第四套平行分离腔室开始于9th和10th分离腔室之间隔栅，其具有5,000道尔顿的NMM，通过10th和11th分离腔室之间的另一隔栅，其具有100,000道尔顿的NMM，然后是11th和12th分离腔室之间的另一隔栅，其具有大于1,000,000道尔顿的NMM。12th分离腔室被具有5,000道尔顿的NMM的离子可穿透隔栅从阴极腔室分开。
阳极和阴极腔室中的电解液(各2L)，以及1st、2nd、4th、5th、7th、8th和10th、11th分离腔室中的电解液(各20mL)是相同的：60Mm MOPS和40Mm GABA，pH值为5.50。喂入试样的制备是通过用具有同样pH值5.50，60Mm MOPS和40Mm GABA缓冲剂，以1比10的比例稀释(最终pH值为6.02)。一百一十mL的该种试样被装入3rd、6th、9th、12th分离腔室。
所述分离在600V下进行180min。分离过程的电流大约为34mA。在pH值为5.5时，IgG是阳离子并向阴极移动，穿透大于1,000,000道尔顿的NMM隔栅，但是不能穿透100,000道尔顿的NMM的隔栅，因此作为产物陷入到分离腔室2，5，8和11中。低分子质量的蛋白质前进穿透NMM为100,000道尔顿的隔栅，并陷入到流1，4，7和10中(杂质流)。IgG从试样流到产品流的传输在60mins的第一分析点是明显的(图13)。整个分离过程中观察到的pH值的改变列在表1中。
表1采用多薄膜堆栈和单一试样源从人体血浆中分离IgG过程中的pH值变化。
  成分   初始pH值   最终pH值
  阴极电解液   5.5   5.78
  杂质流   5.5   5.47
  产品流   5.5   5.49
  喂入流   6.02   5.48
  阳极电解液   5.5   5.39
例2
根据本发明包括十二个分离腔室的装置被用于从人的血浆中分离IgG。本例说明如何用所述装置从同样的试样容器，通过四套同样的、多个、平行分离腔室，应用pH-dependent charge-based分离的原理处理同样的供给试样。
分离单元的组装如下所述。所有的离子可穿透隔栅都是具有不同标称分子质量取舍点的聚丙烯酰胺(NMM)薄膜。第一套平行分离腔室开始于阳极腔室与第一分离腔室之间的1st离子可穿透隔栅，其具有5,000道尔顿的NMM，通过1st和2nd分离腔室之间的另一隔栅，其具有100,000道尔顿的NMM。第二套平行分离腔室开始于2nd和3rd分离腔室之间隔栅，其具有5,000道尔顿的NMM，通过3rd和4th分离腔室之间的另一隔栅，其具有1,000,000道尔顿的NMM。第三套平行分离腔室开始于4th和5th分离腔室之间隔栅，其具有5,000道尔顿的NMM，通过5th和6th分离腔室之间的另一隔栅，其具有1,000,000道尔顿的NMM。第四套平行分离腔室开始于6th和7th分离腔室之间隔栅，其具有5,000道尔顿的NMM，通过7th和8th分离腔室之间的另一隔栅，其具有大于1,000,000道尔顿的NMM。第五套平行分离腔室开始于8th和9th分离腔室之间隔栅，其具有5,000道尔顿的NMM，通过9th和10th分离腔室之间的另一隔栅，其具有大于1,000,000道尔顿的NMM。最后，第六套平行分离腔室开始于10th和11th分离腔室之间隔栅，其具有5,000道尔顿的NMM，通过11th和12th分离腔室之间的另一隔栅，其具有大于1,000,000道尔顿的NMM。最后，12th分离腔室被具有5,000道尔顿的NMM的离子可穿透隔栅从阴极腔室分开。
阳极和阴极腔室中的电解液(各2L)，以及1st、3rd、5th、7th、9th和11th分离腔室中的电解液(各15mL)是相同的：60Mm MOPS和40MmGABA，pH值为5.46。喂入试样的制备是通过用具有pH值5.46，60MmMOPS和40Mm GABA缓冲剂，以1比10的比例稀释(最终pH值为6.0)。十五mL的该种试样被装入2nd、4th、6th、8th、10th和12th分离腔室。
所述分离在600V下进行180min。分离过程的电流大约为30mA。在pH值为5.46时，IgG是阳离子并向阴极移动，穿过大于1,000,000道尔顿的NMM隔栅。较高pI的蛋白质是阳离子并停留在其喂入的位置：在腔室2nd、4th、6th、8th、10th和12th中，因为尽管它们为阳离子，它们也不能穿过NMM为5,000的隔栅。在分离过程的最后，将各产品和试样流收集起来，磷酸盐缓冲碱溶液(PBS)被加入到各流中，并循环10min，不施加分离电势。然后将PBS溶液从各流中收集起来。
将IgG传输到产品流中在60mins时几乎完成(图14)。在分离过程的最后，所有试样流的pH值在5.49到5.55的范围内，阴极电解液的pH值为5.76，阳极电解液的pH值为5.45。
例3
根据本发明包括十二个分离腔室的装置被用于根据尺寸分离鸡蛋白成分。本例说明如何用所述装置通过采用一系列具有不同标称分子质量cut-off的离子可穿透隔栅而获得基于尺寸的分离。
分离单元的组装如下所述。所有的离子可穿透隔栅都是具有不同标称分子质量cut-off的聚丙烯酰胺(NMM)薄膜。阳极腔室与1st分离腔室之间的离子可穿透隔栅是聚丙烯酰胺薄膜，其具有3,000道尔顿的NMM。1st和2nd分离腔室之间的隔栅具有5,000道尔顿的NMM，2nd和3rd分离腔室之间隔栅具有5,000道尔顿的NMM，3rd和4th分离腔室之间的隔栅具有100,000道尔顿的NMM，4th和5th分离腔室之间的另一隔栅，其具有150,000道尔顿的NMM，5th和6th分离腔室之间的另一隔栅具有200,000道尔顿的NMM。6th和7th分离腔室之间隔栅具有300,000道尔顿的NMM，7th和8th分离腔室之间的另一隔栅具有400,000道尔顿的NMM。8th和9th分离腔室被具有500,000道尔顿的NMM的隔栅分开。9th和10th以及10th和11th分离腔室被1,000,000道尔顿的NMM的隔栅分开。11th和12th分离腔室之间的隔栅具有15,000道尔顿的NMM。12th分离腔室被具有3,000道尔顿的NMM的离子可穿透隔栅从阴极腔室分开。
阳极和阴极腔室中的电解液(各2L)，以及1st、2nd、3rd、4th、5th、6th、7th、8th、9th、11th和12th分离腔室中的电解液(各20mL)是相同的：90Mm Tris和90Mm硼酸盐，1mMEDTA，pH值为8.51(TBE)。喂入试样的制备是通过用所有腔室中使用的电解液，以1比4的比例稀释15mL蛋白，并经聚乙烯对酞酸盐纸过滤。四十mL的该种试样被装入与分离腔室10相连接的试样容器。所述分离在600V下进行4小时。
图15示出4小时电泳后分离腔室中成分的SDS-PAGE分离的图象。蛋白中的溶菌酶(分子质量14kDa，等电势点为10)移动到分离腔室11和12(3kDa-15kDa与15kDa-1000kDa薄膜之间)，因为该蛋白质在pH值为8.5被充负电。被充以负电的蛋白质向阳极移动(路径3-10)：蛋白质的尺寸越小，其从作为试样喂入点的腔室10移动得就越远。
例4
根据本发明包括十二个分离腔室的设备被用于从人体血清白蛋白(HSA，66.5kDa，pI＝4.9)中分离α-1-抗胰蛋白酶(ATT，51kDa，pI＝4.8)。本例说明如何用所述设备和Bier缓冲剂来对在产生于弱电解质的二元混合的较浅pH梯度中具有相近的pI值的成分进行准等电势聚焦分离。
分离单元的组装如下所述。所有的离子可穿透隔栅都是具有两种不同标称分子质量取舍点的聚丙烯酰胺(NMM)薄膜。阳极腔室和1st分离腔室之间，以及12th分离腔室与阴极腔室之间的离子可穿透隔栅具有5,000道尔顿的NMM。1st和2nd，2nd和3rd，3rd和4th，4th和5th，5th和6th，6th和7th，7th和8th，8th和9th，9th和10th，10th和11th，最后11th和12th分离腔室之间的所有其它隔栅具有1,000,000道尔顿的NMM。
阳极电解液(2L)包含10mM双甘氨肽(gly-gly)和90mM MES，pH值为4.01。阴极电解液(2L)包含90mM gly-gly和10mM MES，pH值为5.14。所有的分离腔室容纳有浓度如表2所列的gly-gly与MES的混合物(各15mL)，从而建立起所需的较浅pH梯度。喂入试样的制备是通过在90mM gly＝gly和10mM MES缓冲剂中以2mg/ml的比例溶解HAS和以0.5mg/ml的比例溶解AAT。试样总体积为20mL，其初始pH为5.35。试样被装入到分离腔室12中，临近阴极。试样在600V下电泳4小时。分离过程中的电流大约为40mA。
图16示出了经过4小时电泳后分离腔室中成分的SDS-PAGE分离图象。图17示出了采用AAT抗体的相同分离的Western blot图象。
HAS在分离腔室10到7(图16中的路径10到7)中积累起来，同时AAT在分离腔室7到4(图16和17中的路径7到4)中积累起来。纯AAT可从分离腔室6到4(图17)中收集。
表2 pH值梯度制备和从AAT中分离HAS的结果
  流   mM gly-gly   mM MES   初始pH值   最终pH值   蛋白质
  10(试样)   90   10   5.35   5.65   HSA
  9   90   10   5.11   5.64   HSA
  8   80   20   4.94   5.31   HSA
  7   70   30   4.81   5.02   HAS/AAT
  6   60   40   4.72   4.86   AAT
  5   50   50   4.64   4.74   AAT
  4   40   60   4.55   4.53   AAT
  3   30   70   4.45   4.29   -
  2   20   80   4.32   4.27   -
  1   10   90   4.2   4.21   -
这些例子表明，使用根据本发明的设备和方法可获得非常好的成分分离。系统的高生产率归功于系统较短的电泳移动距离，较高的电场强度和好的散热性。
本发明在此仅通过实施例加以描述。本领域普通技术人员可以理解的是，在没有离开概括描述的本发明的精神或范围的前提下，可对特定实施例中描述的本发明进行各种改变和修改。因此，无论从那方面本发明都应被认为是说明性而非限制性的。本领域普通技术人员可从本公开内容中理解本发明的其他特点和方面。很明显，所报告的结果和实施例的这些特点、方面和预料之中的改变和修改都在本发明的范围内，其中本发明仅通过所附权利要求的范围限定。

Claims (70)

1.一种多口电泳装置，包括：
(a)包含一阴极的阴极腔室；
(b)包含一阳极的阳极腔室，其中，所述阳极腔室相对于所述阴极腔室设置，从而当通过在所述阴极和阳极之间施加选定电势时，阴极和阳极能够在电场区域产生电场；
(c)用于使液体流入和流出阴极腔室确定阴极电解液流路的入口和出口装置；
(d)用于使液体流入和流出阳极腔室确定阳极电解液流路的入口和出口装置；
(e)两个电解液容器，一个与所述阴极腔室流体连通的阴极电解液容器和一个与所述阳极腔室流体连通的阳极电解液容器；
(f)用于使电解液在电解液容器和阴极与阳极腔室之间流通的装置；
(g)至少三个相邻放置的分离腔室，其设置在所述阴极与所述阳极腔室之间，从而至少部分地设置在电场区域中，所述分离腔室由设置在所述阳极和阴极腔室之间的多个离子可穿透隔栅形成，所述离子可穿透隔栅用于防止相邻腔室中成分的对流混合；
(h)使液体流入和流出分离腔室形成分离流路的入口和出口装置；
(i)至少一个试样容器，其中，各至少一个试样容器与至少一个分离腔室流体连通；以及
(j)用于使流体在一试样容器与至少一个分离腔室之间连通的装置。
2.根据权利要求1所述的装置，包括三到十二个分离腔室，其具有三到十二个相应的试样容器，所述试样容器与对应的分离腔室流体相通。
3.根据权利要求1所述的装置，包括三、四、五、六、七、八、九、十、十一和十二个分离腔室，并具有三、四、五、六、七、八、九、十、十一和十二个对应的试样容器。
4.根据权利要求1所述的装置，包括四个分离腔室和六个相应的试样容器，其中所述试样容器与对应的分离腔室流体连通。
5.根据权利要求1所述的装置，包括六个分离腔室和八个相应的试样容器，其中所述试样容器与对应的分离腔室流体连通。
6.根据权利要求1所述的装置，包括十二个分离腔室和十二个相应的试样容器，其中所述试样容器与对应的分离腔室流体连通。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的装置，其特征在于，在不施加电场的时候，至少一些所述隔栅限制相邻腔室之间成分的对流混合，并防止成分的移动。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述隔栅是具有特有的平均孔隙尺寸和孔隙尺寸分布的薄膜。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个所述隔栅是具有特有的pI值的等电势薄膜。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个所述隔栅是能够传递离子的选择性运动的离子可交换薄膜。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴极和阳极电极包括镀铂钛网。
12.根据权利要求1到6中任一项所述的装置，其特征在于，各分离腔室包括与所述腔室流体连通的入口和出口装置。
13.根据权利要求1到6中任一项所述的装置，其特征在于，至少两个分离腔室通过相同的入口和出口装置流体连通。
14.根据权利要求1到6中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个分离腔室通过一外部流体连通装置与至少一个其它分离腔室流体连通。
15.根据权利要求1到6中任一项所述的装置，其特征在于，至少两个分离腔室是串连流体连通的。
16.根据权利要求1到6中任一项所述的装置，其特征在于，至少两个分离腔室是并联流体连通的。
17.根据权利要求1所述的装置，还包括：
用于从每个电解液容器经过所述阴极腔室和阳极腔室使电解液循环以在对应腔室内形成电解液流的装置；以及
用于从试样容器经过相应的分离腔室使流体内容物循环以在对应的分离腔室内形成分离流的装置。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，用于连通电解液和流体内容物的装置包括泵送装置，其被分离控制，分别用于电解液和流体的独立运动。
19.根据权利要求1所述的装置，还包括用于从至少一个试样容器中去除成分并替换成分的装置。
20.根据权利要求1所述的装置，还包括用于保持阴极腔室、阳极腔室、试样容器、或分离腔室中至少一个中的成分的温度的装置。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述阴极和阳极腔室中的电解液和/或分离腔室中流体的温度被保持恒定。
22.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，用于保持温度的装置是装在壳中的管式热交换器。
23.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴极腔室、阳极腔室和分离腔室都包含在一分离单元中，其中所述分离单元选自盒和匣，并且所述分离单元流体连接到电解液容器和试样容器上。
24.一种电泳分离单元，包括：
(a)包含一阴极的阴极腔室；
(b)包含一阳极的阳极腔室，其中，阳极腔室相对于阴极腔室设置，从而当通过在在阴极和阳极之间施加选定电势时，阴极和阳极能够在电场区域产生电场；
(c)用于使液体从阴极电解液容器流入和流出阴极腔室形成阴极电解液流路的入口和出口装置；
(d)用于使液体从阳极电解液容器流入和流出阳极腔室形成阳极电解液流路的入口和出口装置；
(e)至少三个相邻放置的分离腔室，其设置在所述阴极与阳极腔室之间，从而至少部分地设置在电场区域中，所述分离腔室由设置在所述阳极和阴极腔室之间的多个离子可穿透隔栅形成，所述离子可穿透隔栅用于防止相邻腔室中成分的对流混合；以及
(f)使液体流入和流出分离腔室形成分离流路的入口和出口装置。
25.根据权利要求24所述的单元，包括三到十二个分离腔室。
26.根据权利要求24所述的单元，包括三、四、五、六、七、八、九、十、十一和十二个分离腔室，并具有三、四、五、六、七、八、九、十、十一和十二个对应的试样容器。
27.根据权利要求24所述的单元，包括四个分离腔室。
28.根据权利要求24所述的单元，包括六个分离腔室。
29.根据权利要求24所述的单元，包括十二个分离腔室。
30.根据权利要求24到29中任一项所述的单元，其特征在于，在不施加电场的时候，至少一些所述隔栅限制相邻腔室之间成分的对流混合，并防止成分的移动。
31.根据权利要求24所述的单元，其特征在于，所述隔栅是具有特有的平均孔隙尺寸和孔隙尺寸分布的薄膜。
32.根据权利要求24所述的单元，其特征在于，至少一个所述隔栅是具有特有的pI值的等电势薄膜。
33.根据权利要求24所述的单元，其特征在于，至少一个所述隔栅是能够传递离子的选择性运动的离子可交换薄膜。
34.根据权利要求24所述的单元，其特征在于，所述阴极和阳极电极包括镀铂钛网。
35.根据权利要求24所述的单元，还包括一阴极连接块和一阳极连接块，所述连接块形成多个用于使液体流入或流出所述分离腔室的入口和出口装置。
36.根据权利要求35所述的单元，其特征在于，所述阴极和阳极连接块容纳所述阴极和所述阳极，以及用于将所述阴极和所述阳极连接到电源上的连接装置。
37.根据权利要求36所述的单元，其特征在于，所述阴极容纳在形成于所述阴极连接块中的凹槽或沟槽中，所述阳极容纳在形成于所述阳极连接块中的凹槽或沟槽中。
38.根据权利要求37所述的单元，其特征在于，所述阳极连接块和阴极连接块为所述阴极电解液流和所述阳极电解液流形成入口和出口。
39.根据权利要求24所述的单元，其特征在于，至少一个分离腔室通过一外部连通装置与至少一个其它分离腔室流体连通。
40.根据权利要求24所述的单元，其特征在于，至少两个分离腔室是串连流体连通的。
41.根据权利要求24所述的单元，其特征在于，至少两个分离腔室是并联流体连通的。
42.根据权利要求24所述的单元，其特征在于，至少两个分离腔室通过相同的入口和出口装置流体连通。
43.根据权利要求24所述的单元，其特征在于，所述分离腔室形成于或容纳在一盒中，所述盒可从所述单元中移出。
44.一种用于电泳单元的盒，所述盒包括：
(a)壳体，其包括设置在第一离子可穿透外隔栅和第二离子可穿透外隔栅之间的至少两个离子可穿透内隔栅，所述隔栅在其间形成三个或更多分离腔室，所述隔栅用于防止相邻腔室中成分对流混合；和
(b)用于使液体流入或流出腔室在分离腔室中形成流路的入口和出口；其中在液体流入到入口中时，液体被引入流过腔室，不与腔室间的液体对流混合。
45.根据权利要求44所述的盒，还包括位于离子可穿透外隔栅上的外部垫圈。
46.根据权利要求44所述的盒，其特征在于，所述流路由所述隔栅形成。
47.根据权利要求44到46中任一项所述的盒，其包括接近所述隔栅的格栅元件。
48.根据权利要求47所述的盒，其特征在于，所述格栅元件通常是平面的。
49.根据权利要求47所述的盒，其特征在于，所述格栅元件还包括一支撑结构，用于支撑所述隔栅以及在所述流路中混合流体。
50.根据权利要求49所述的盒，其特征在于，所述支撑结构是网格结构。
51.根据权利要求44到46中任一项所述的盒，还包括形成三个或更多分离腔室的两个或更多内隔栅。
52.根据权利要求44到46中任一项所述的盒，具有二、四、五、六、七、八、九、十和十一个内隔栅形成三、四、五、六、七、八、九、十、十一和十二个相应的分离腔室。
53.根据权利要求44到46中任一项所述的盒，包括三个内隔栅形成四个分离腔室。
54.根据权利要求44到46中任一项所述的盒，包括五个内隔栅形成六个分离腔室。
55.根据权利要求44到46中任一项所述的盒，包括十一个内隔栅形成十二个分离腔室。
56.根据权利要求44到46中任一项所述的盒，其特征在于，在不施加电场的时候，至少一些所述隔栅限制相邻腔室之间成分的对流混合，并防止成分的移动。
57.根据权利要求44到46中任一项所述的盒，其特征在于，所述隔栅是具有特有的平均孔隙尺寸和孔隙尺寸分布的薄膜。
58.根据权利要求44到46中任一项所述的盒，其特征在于，至少一个所述隔栅是具有特有的pI值的等电势薄膜。
59.根据权利要求44到46中任一项所述的盒，其特征在于，至少一个所述隔栅是能够传递离子的选择性运动的离子可交换薄膜。
60.根据权利要求44所述的盒，其特征在于，各分离腔室包括与所述腔室流体连通的入口和出口。
61.根据权利要求44所述的盒，其特征在于，至少两个分离腔室通过同一个入口和出口流体连通。
62.一种用于通过电泳改变试样成分的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供一种多口电泳装置，包括：包含一阴极的阴极腔室；包含一阳极的阳极腔室，其中，阳极腔室相对于阴极腔室设置，从而当通过在在阴极和阳极之间施加选定电势时，阴极和阳极能够在电场区域产生电场；用于使液体流入和流出阴极腔室形成阴极电解液流路的入口和出口装置；用于使液体流入和流出阳极腔室形成阳极电解液流路的入口和出口装置；两个电解液容器：一个是与所述阴极腔室流体连通的阴极电解液容器，一个是与所述阳极腔室流体连通的阳极电解液容器；用于使电解液在电解液容器和阴极与阳极腔室之间流通的装置；至少三个设置在所述阴极与所述阳极之间的分离腔室，从而至少部分地设置在电场区域中，所述分离腔室由设置在所述阳极和阴极腔室之间的多个离子可穿透隔栅形成，所述离子可穿透隔栅用于防止相邻腔室中成分的对流混合；使液体流入和流出分离腔室形成分离流路的入口和出口装置；三个或更多试样容器，各容器与一个或更多分离腔室流体连通；以及用于使流体在试样容器与至少一个分离腔室之间连通的装置；
(b)通过阳极和阴极入口装置将电解液从电解液容器引入到所述阳极和阴极腔室；
(c)通过入口装置将试样引入到至少一个分离腔室中；
(d)通过入口装置将液体引入到其它腔室中；以及
(e)在所述阴极与阳极之间施加电势，使得腔室中试样的至少一种成分移动穿透隔栅进入一个或更多相邻的分离腔室。
63.根据权利要求62所述的方法，还包括以下步骤：
(f)收集具有改变了成分的试样。
64.根据权利要求62或63所述的方法，其特征在于，流入到所述阳极和阴极腔室中的电解液通过各入口装置和出口装置循环，从而形成电解液流。
65.根据权利要求62或63所述的方法，其特征在于，流入到所述分离腔室中的试样和液体通过各腔室的入口装置和出口装置循环，从而形成试样和液体流。
66.根据权利要求62或63所述的方法，其特征在于，成分的所有穿透隔栅的运动由施加电势而激发。
67.根据权利要求62或63所述的方法，其特征在于，在不施加电场的时候，至少一些所述隔栅限制相邻腔室之间成分的对流混合，并防止成分的移动。
68.根据权利要求62或63所述的方法，其特征在于，所述隔栅是具有特有的平均孔隙尺寸和孔隙尺寸分布的薄膜。
69.根据权利要求62或63所述的方法，其特征在于，至少一个所述隔栅是具有特有的pI值的等电势薄膜。
70.根据权利要求62或63所述的方法，其特征在于，至少一个所述隔栅是能够传递离子的选择性运动的离子可交换薄膜。
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