专利名称：：质子浓度形貌、用于产生其的方法和装置的制作方法
技术领域：
：本发明在其一些实施方式中涉及分子分析和分离，更具体地但并非排他性地涉及用于等电聚焦的方法和系统。
背景技术：
：等电聚焦为分析技术，其用于利用分子的不同离子特性而在分析物样品中分离分子。通常在具有固定质子浓度梯度的电解质溶液中进行等电聚焦，可选地以凝胶的形式，例如基于聚丙烯酰胺、淀粉和/或琼脂糖，通常质子浓度梯度在指定的方向从高PH变为低PH。在一些实施中，包含两性电解质的溶液在电场下形成pH梯度。在等电聚焦中，pH梯度发生分离，该PH梯度占据整个分离距离并排列成使得梯度中的pH从阳极朝向阴极增大。使用时，将分析物装入电解质溶液上的某个位置。每个不同分子的电荷根据分子的不同官能团的酸性(PKa)随着周围质子浓度而变化。平行于等电聚焦阳极和等电聚焦阴极之间的质子浓度梯度施加电势。具有净正电荷的分子通过电解质溶液朝着阴极移动，同时具有净负电荷的分子通过电解质溶液朝着阳极移动。分子移动时，周围pH变化，以便减少分子上的净电荷，直到分子到达等电点(pi)，在该点上，由于周围PH，分子上的净电荷为零。在该点中，分子停止移动，因为这些分子的电荷为零。以这种方式，等电聚焦将具有某个Pl的分子聚焦在相对较小体积的电解质溶液中。等电聚焦可用于通过根据蛋白质的酸性对其进行表征的蛋白质分析中。更重要的是，其可用于分离蛋白质混合物。国际专利申请公开号WO2009/027970于2009年3月5日公布，并且以引用的方式并入本文中，其描述了可用于在包括电解质的环境如电解质溶液、凝胶等中产生质子的局部浓度、质子浓度梯度以及所需要的质子浓度形貌(protonconcentrationtopographies)的方法和装置。该申请还公开了用于等电聚焦和用于显示数据的方法和装置。
发明内容根据本发明的一些实施方式，提供了用于等电聚焦的装置。该装置包括聚焦容器，具有纵轴并且设置成包含电解质溶液；以及至少一个电解单元(electrolysisunit)，安装成紧密邻近所述纵轴。每个电解单元设置成将离子流注入聚焦容器内，以便在电解质溶液中沿着纵轴产生具有多个梯级(台级，st印)的pH梯度。每个梯级具有基本上一致的pH水平，pH梯度由多个梯级中每两个连续的梯级之间的至少一个pH坡台(pH匝道，pHramp)限定。可选地，pH坡台为至少0.IpHo可选地，每个梯级为至少3mm长。可选地，至少一个电解单元包括多个电解单元，其进一步包括控制器，用于分别(分开，separately)控制每个电解单元。可选地，电解质溶液包括多种生物分子，多种生物分子沿着pH梯度仅聚集在至少一个PH坡台上。可选地，梯度包括多个梯级中的少于10个。可选地，梯度包括多个梯级中的少于5个。可选地，梯度包括多个梯级中的2个。可选地，至少一个电解单元中的一个设置成注入多种氢氧根离子(hydroxylion)，至少一个电解单元中的另一个设置成注入多种氢离子。可选地，聚焦容器具有多个狭窄区段(窄化区段，narrowedsegment)，每个电解单元设置成将离子流注入各个狭窄区段。根据本发明的一些实施方式，提供了用于等电聚焦的装置。该装置包括聚焦容器，设置成包含电解质溶液并且具有第一和第二端以及纵轴，聚焦容器沿着第一和第二端具有至少一个缝隙(狭缝、狭槽，slit)；阳极和阴极，分别安装在第一端和第二端，并且设置成通过电解质溶液在其间通过第一电流。该装置进一步包括至少一个双极膜，每个双极膜安装成紧密邻近至少一个缝隙；以及至少一个可控电极，每个可控电极安装在各个至少一个双极的前面，并且设置成将第二电流施加在至少一个各自的双极膜上，以便通过至少一个缝隙促进离子流。可选地，该装置包括电流源，将第一和第二电流分别提供给阳极和阴极以及至少一个可控电极。更可选地，该装置进一步包括惠斯登电桥(Wheatstonebridge)，通过发生器电流源(generatorcurrentsource)物理地连接至Ij可控电极。可选地，第一和第二电流为高压电流。可选地，至少一个双极膜为至少一个无泡双极膜。可选地，该装置包括第一和第二容器(接收器，receptacle)，每个容器分别连接到第一和第二端，阳极和阴极分别至少部分安装在第一和第二容器内。可选地，该装置包括用于支撑聚焦容器的支撑结构，其在壁龛(凹口，niche)的前面具有多个插孔(插座、插口，socket)。每个插孔包含至少一个双极膜中的一个以及至少一个可控电极中的一个。可选地，该装置包括至少一个pH探头(pHprobe)，设置成邻近各个至少一个双极膜用于测量PH水平。可选地，至少一个缝隙的宽度小于3mm。可选地，至少一个可控电极和双极膜之间的距离小于3mm。根据本发明的一些实施方式，提供了用于等电聚焦的方法。该方法包括提供具有纵轴的聚焦容器；将具有多种生物分子的电解质溶液添加到容器中；沿着纵轴将电场施加6在电解质溶液中；以及沿着纵轴将离子流注入至少一个点内，以在电解质溶液中建立由多个梯级限定的PH梯度，使得多种生物分子邻近至少一个点以至少一个浓度聚积。每个梯级具有基本上一致的pH水平，pH梯度由多个梯级中的每两个连续梯级之间的至少一个pH坡台限定。可选地，该方法进一步包括添加缓冲剂，用于稳定pH梯度。可选地，pH梯度由多个梯级之间的多个坡台限定，该方法进一步包括添加缓冲剂的混合物，用于稳定PH梯度。可选地，多种生物分子仅以至少一个浓度聚积。可选地，注入包括将电流施加于至少一个双极膜上，每个双极膜在各个至少一个点处安装成紧密邻近电解质溶液。可选地，该方法进一步包括根据至少一个浓度诊断多种生物分子。可选地，该方法进一步包括分别收获至少一个浓度中的至少一个。根据本发明的一些实施方式，提供了用于等电聚焦的方法。该方法包括向具有电解质溶液的容器提供至少一种生物分子；向电解质溶液添加至少一种PH指示剂；以及在电解质溶液中形成PH梯度。该方法进一步包括捕获电解质溶液的至少一个图像；根据至少一个图像计算(用计算机计算、估算，compute)电解质溶液的至少一个区段的至少一种颜色特性(colorproperty)；以及根据至少一种颜色特性计算(calculate)该区段中的至少一种PH水平。根据本发明的一些实施方式，提供了用于等电聚焦的装置。该装置包括聚焦容器，其被设置成沿着其纵轴可分离地(detachably)容纳以具有生物分子的混合物的电解质溶液润湿的多孔块体(porousblock)；多个电极，设置成在多孔块体内经由电解质溶液通过第一电流；以及至少一个电解单元，安装成紧密邻近纵轴，每个电解单元设置成将离子流注入聚焦容器内，以便改变多孔块体中电解质溶液内的PH梯度。生物分子混合物根据pH梯度排列在多孔块体内。可选地，聚焦容器具有开口，用于以下中的至少一个将多孔块体放置在聚焦容器中和从聚焦容器中提取多孔块体。根据本发明的一些实施方式，提供了用于等电聚焦的方法。该方法包括将以具有生物分子的混合物的电解质溶液润湿的多孔块体放置在聚焦容器内；在电解质溶液中形成PH梯度，以便在多孔块体内促进生物分子的多个浓度；以及将多孔块体分割(segmenting)成多个区段，每个区段分别包含多个浓度中的一个。可选地，通过在多个浓度的每两个之间挤压(pinch)多孔块体，进行该分割，以便产生多个区段。根据本发明的一些实施方式，提供了用于等电聚焦的可去除的溶液盒(removablesolutioncartridge)。这种可去除的溶液盒包括多孔块体，其被定尺寸和定形状以适合于等电聚焦系统的聚焦通道，并被设置成以具有多种生物分子的电解质溶液润湿，以便允许根据电解质溶液中形成的PH梯度移动多种生物分子。可选地，可挤压多孔块体，以便形成多个区段，每个区段包括单一浓度的多种生物分子。根据本发明的一些实施方式，提供了用于分离蛋白质混合物的装置。该装置包括电泳容器，设置成包含电解质溶液和混合物，电泳容器具有纵轴以及与纵轴平行的第一和第二相对侧；第一和第二双极膜，每个膜分别安装在第一和第二侧上；至少一个电极，用于将电场施加在电解质溶液上，以便沿着纵轴激发(激动，motivate)蛋白质。第一和第二双极膜中的一个设置成将离子流注入电泳容器内，以便垂直于纵轴在电解质溶液内形成具有多个梯级的PH梯度。每个梯级具有基本上一致的PH水平。除非另有限定，否则本文使用的所有技术和/或科学术语的含义都与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同。虽然下面描述了示例方法和/或材料，但本发明实施方式的实施或试验中可使用与本文所述的那些相似或者等同的方法和/或材料。如有冲突，以专利说明书为准，包括定义。另外，材料、方法和实例仅为了说明，而不旨在进行不必要的限制。本文仅参考附图通过实例说明本发明的一些实施方式。关于下面详细讨论的附图，要强调的是，所示细节仅为了举例，用于示意性地讨论本发明的实施方式。就此而言，参考附图所作的描述将使本领域技术人员明了本发明实施方式可以如何实施。在附图中图1为根据本发明的一些实施方式的用于分离生物分子和/或诊断具有一种或多种生物分子的分析物的示例性等电聚焦装置的侧面图的示意性图解；图2为根据本发明的一些实施方式在图1中描绘的pH发生器(pHgenerator)的放大图；图3为根据本发明的一些实施方式的用于支撑在图1中描绘的装置的部件(元件、组件，elements)的示例性结构的示意性图解；图4为根据本发明的一些实施方式的用于等电聚焦的方法的流程图；图5为根据本发明的一些实施方式的用于邻近离子缝隙增大电场的具有狭窄区段的聚焦(集中)通道的示意性图解；图6为根据本发明的一些实施方式的邻近pH发生器而设置的聚焦通道的区段和在使用Na2SO4电解质溶液和磷酸盐缓冲剂系统(ΗΡ04-2/Η2Ρ04-)时的梯级成形梯度(stepshapedgradient)；图7为具有根据本发明的一些实施方式产生具有分级PH剖面(分级pH分布，gradedpHprofile)以及蛋白质浓度的示例性梯度；图8为根据本发明的一些实施方式的无泡BPM对通过电流的反应的示意性图解；图9为根据本发明的一些实施方式的具有较宽的缝隙(wideslit)的pH发生器；图10为根据本发明的一些实施方式与在图1中描绘的装置相似的装置的示意性图解，该装置具有以电解质溶液和生物分子润湿的多孔块体；图11为根据本发明的一些实施方式的用于分离生物分子浓度的示例性可分离的多孔块体的示意性图解；图12为根据本发明的一些实施方式的电泳容器的示意性图解，该电泳容器在相对侧具有双极膜，被设计用于产生PH分级(pHgrading)；图13和14为描述各种pH剖面(pH分布，pHprofiles)的图示，pH剖面是通过模拟根据本发明的一些实施方式限定的示例性聚焦装置而生成的；图15为示例性聚焦装置的聚焦通道的一组9个图像以及描绘电解时期的一组点；以及图16为描绘两梯级pH剖面的示例性生成的图表和示例性聚焦装置的图像。具体实施例方式本发明在其一些实施方式中涉及分子分析和相互作用，更具体地但并非排他性地涉及用于等电聚焦的方法和系统。根据本发明的一些实施方式，提供了用于在电解质溶液中形成稳定分级的pH梯度的方法和系统，以便根据其Pl促进(促成，promote)生物分子如蛋白质和肽的浓度(浓度分布，concentration)。稳定分级的pH梯度(stablegradedpHgradient)具有多个梯级(st印)，每个梯级具有不同的pH水平。每两个连续的梯级由大于0.IpH单位的陡峭pH坡台分离，例如0.5pH单位。这种梯度允许在大约1000秒内沿着分级pH梯度聚集生物分子。可选地，稳定分级的PH梯度具有小于10个梯级，例如5、4、3和2个。根据本发明的一些实施方式，提供了分离和/或诊断生物分子的浓度的聚焦装置。该装置包括聚焦容器，例如聚焦通道，用于容纳具有生物分子混合物的电解质溶液。该装置进一步包括电极，用于将电场施加在电解质溶液上。电场在电解质溶液内沿着一个轴驱动生物分子。聚焦通道具有一个或多个缝隙，允许一个或多个电解单元(此处称为PH发生器)将IT或0H_离子注入聚焦通道内。通过使用双极膜(可选地为无泡双极膜)生成H+或0H_离子。H+或0H_离子沿着轴成形为pH梯度。这就允许生物分子根据其pi沿着pH梯度聚积。根据本发明的一些实施方式，提供了在聚焦容器内的一个或多个区段的电解质溶液中使用图像处理计算PH水平的方法。在该实施方式中，向电解质溶液中添加pH指示剂(pHindicator)。pH指示剂根据其中所形成的pH梯度沿着聚焦容器改变电解质溶液的颜色。使用图像感测器(图像传感器，imagesensor)捕获这种改变的颜色。所捕获的数据允许沿着聚焦容器计算一个或多个区段的PH水平。根据本发明的一些实施方式，提供了可移动溶液盒，包括多孔块体，用于吸收具有生物分子混合物的电解质溶液。可移动溶液盒的多孔块体的大小和形状适合于聚焦通道，例如适合上面概述的和下面描述的聚焦通道。可选地，使用时，电解质溶液和生物分子的混合物润湿多孔块体，生物分子的混合物待分离并引入到聚焦通道内。然后，沿着聚焦通道连同大电场产生PH梯度。具有不同pi的生物分子聚集在不同的部位时，pH梯度沿着多孔块体促进多个浓度下的混合物生物分子的浓度。然后，提取(extract)多孔块体，允许用户分割多孔块体，例如通过挤压，其方式为将不同的浓度束缚(限制，bound)在不同的区段中。具体解释本发明的至少一个实施方式之前，要理解的是，本发明的应用并非必然局限于以下描述中列出的、和/或在附图和/或实施例中例示的元件和/或方法的构造和安排的细节。本发明能够具有其他实施方式，或者能够以不同的方式实践或实施本发明。现在参照图1，其为根据本发明的一些实施方式的示例性等电聚焦装置100的侧面图的示意性图解，等电聚焦装置100用于分离包括一种或多种生物分子的混合物中的生物分子和/或诊断具有一种或多种生物分子的分析物。此处使用的生物分子包括蛋白质、肽、基于肽的药物化合物以及基于生物分子的药物化合物。等电聚焦装置100包括多个电解单元101，其可选地排列成紧密邻近聚焦容器的阵列，此处称为聚焦通道102。可选地，聚焦通道为矩形玻璃毛细管，例如IOOmm长、5mm宽和0.5mm厚。通过生成离子流并将该离子流注入聚焦通道102内，电解单元101沿着聚焦通道102的纵轴99或与其平行的任何其它轴在不同区段控制pH水平。这些电解单元在本文中可称为PH发生器。以这种方式，例如只要将离子注入不同的区段内，具有多个pH等级的梯度就会在聚焦通道102内(形成)，并可选地维持多于几分钟的时间，pH等级彼此以陡峭的PH坡台分离。这种梯度可称为分级梯度和/或PH梯度，具有梯级成形的剖面。要注意的是，虽然仅描述了两个pH发生器，但是等电聚焦装置100可具有任何数量的PH发生器101，例如4、8、12、16、20、100，或者任何中间数量或更大数量的pH发生器101。如图1中所示，聚焦通道102的左侧和右侧中的每一个对于电解质溶液容器103、104是开放的。一个电解质溶液容器103连接到阴极105，另一个104连接到阳极106。阴极和阳极容器103、104可选地设计用于高压(HV)，并且将聚焦通道102连接到主电流源(主要电流源，maincurrentsource)108，可选地为HV电流源，例如具有超过大约300V的电压的电源。要注意的是，取决于生物分子的混合物，可应用其他电场。可选地，系统101进一步包括控制器110，(可选地分别)控制主要电流源108和PH发生器101。例如，pH发生器101的电极可使用所选择的电流分别连接到控制器110，其连接方式允许控制器分别偏置(bias)每个电极。可选地，如图1所示，沿着聚焦通道102放置一个或多个pH探头109。每个pH探头109定位成监控邻近一个或多个pH发生器101的局部pH。可选地，控制器接收pH探头109的输出。可选地，控制器110接收pH探头109的输出，并且相应地调整传送给pH发生器101的电流，例如，如2009年3月5日公布的国际专利申请公开号WO2009/027970中所描述的，该公开通过引用的方式并入本文中。现在还参照图2，其为根据本发明的一些实施方式在图1中所描绘的示例性pH发生器101的放大图。PH发生器101包括与聚焦通道102邻近放置的双极膜(BPM)200。可选地，BPM如在F.G.Wilhelm,I.等人，Optimisationstrategiesforthepreparationofbipolarmembraneswithreducedsaltionleakageinacid-baseelectrodialysis,JournalofMembraneScience2001,182(1-2),13-28禾口G.Pourcelly,ElectrodialysiswithBipolarMembranesPrinciples,Optimization,andApplications,RussianJournalofElectrochemistry，2002，38(8)，919-926中所限定的。pH发生器101进一步包括电极201，例如钼电极，其连接到控制器110所控制的发生器电流源202。可选地，电极201为钼丝，连接到发生器电流源202。电极201位于，例如体积为Icm3的可选限制(bound)的空间内，该空间可称为腔室205。可选地，腔室205填充有水性电解质溶液。现在还参照图3，其为根据本发明的一些实施方式的用于支撑装置100的部件的示例性结构120的示意性图解。可选地，如上所述，通道为矩形玻璃毛细管。聚焦通道102安装在结构120上，结构120可选地为珀思配克斯有机玻璃块(Perspexblock)。聚焦通道102具有较细的缝隙211，允许来自pH发生器101阵列的离子通过以及由pH探头109进行PH感测。结构120容纳(accommodate)pH探头插孔(插座、插口，socket)，pH探头插入这些插孔内，如121所示，并且容纳发生器腔室205，BPM200和电极201插入这些腔室内，例如，如图2中所示。可选地，每个pH探头包括SENRON的微电极(Microelectrode)9070-008,其说明书通过引用的方式并入本文中。微电极插入PH探头插孔内，来自通道的离子在pH探头插孔内具有通过较小缝隙的自由通路，使得能够进行PH感测。根据本发明的一些实施方式，发生器电流源202可选地通过惠斯登电桥连接到阳极106和阴极105，例如如图1中111所示。惠斯登电桥111布置为在阴极105和阳极106之间进行连接。惠斯登电桥111用于使PH发生器101能够在高压下工作。在超过10伏特的电压存在时，在BPM200的两侧之间可产生电势差。尤其地，通过电源108的电势差在BPM200的两侧之间产生电势差。如果BPM的两侧之间的电势差超过10V，那么BPM可损坏。这种电势差可有害于BPM200以及发生器电流源202。可选地，电桥由一系列(一连串)电阻器构成，在膜的两侧之间平衡电势，降低两侧之间的电势差，而不阻碍BPM200和/或发生器电流源202的操作。可替换地，施加非高压，并将发生器电流源202直接连线(用电线连接，wire)到阴极105和阳极106。pH发生器101可由发生器电流源202供给能量，在聚焦通道102内产生pH梯度。双极膜200允许pH发生器101有效地将水分子解离成氢H+和氢氧根(氢氧基离子，hydroxyDOH—。众所周知，双极膜具有两侧，一侧151允许释放H+，另一侧152允许释放氢氧根0H—。可将BPM200放置成将H+释放到聚焦通道102内，并且将氢氧根0H—释放到腔室205内，例如如IOlA所示，或者将BPM200相反地放置，使得0H—释放到聚焦通道102内，且氢H+释放到腔室205内，例如如IOlB所示。现在还参照图4，其为根据本发明的一些实施方式的用于等电聚焦的方法90的流程图。首先，如91所示，提供聚焦容器，例如，如100所示的等电聚焦装置的容器。然后，如92所示，将电解质溶液装入等电聚焦装置的聚焦容器。可选地，使两个电解质溶液容器103、104和通道102装有溶液。如94所示，在聚焦容器中，将一种或多种不同生物分子的混合物(例如蛋白质)加入溶液中。要注意的是，如下所述，在建立PH梯度之前和/或建立PH梯度过程中，可添加混合物。如93所示，沿着纵轴99，例如在阴极105和阳极106之间，将电场(例如上述HV)施加在电解质溶液上。然后，如95所示，沿着纵轴99将一个或多个离子流注入一个或多个点中，从而如96所示建立由多个梯级限定的pH梯度，这些梯级由陡峭的PH坡台分开，使得生物分子聚积在注入点附近，这些注入点在pH发生器101前面的空间内产生陡峭的PH坡台。根据本发明的一些实施方式，聚焦通道102包括多个狭窄区段，具有接近离子缝隙增大电场的狭窄区段。尤其地，由于这些区段比通道的其他区段更窄，例如，如图5的数字131所示，形成在其中的电场比在通道其他区段内的电场更强。在这种实施方式中，离子缝隙211形成在通道102的狭窄区段131上。强电场使得pH坡台变窄，以便将生物分子聚集在通道的更窄区段内。现在描述将氢H+和/或氢氧根0H—离子注入电解质溶液的方法，其注入方式确保聚焦通道102内稳定的pH梯度。为了清楚，电解质溶液中物质(species)i的离子行为由下面的方程式控制方程式1-.Xi/dt+V'(-Da^VCi+ZiF^aCiE)=Ri其中，Ci表示物质i的浓度，DCi表示Ci的扩散系数，μCi表示Ci的电移动度(electricalmobility),Zi表示电子单位(electronunits)的Ci电荷，F表示法拉第常数(faradayconstant)，Ri表示物质i的反应术语(reactionterm)，以及E表示聚焦通道102的电场。基本上，方程式1描述了电解质溶液中作用在离子上的两个驱动力，即扩散和电移动(电迁移，electricmigration)。在装置100中，根据HV电流源108确定电�。虼烁玫绯∮米髦饕那�。根据泊松方程式(Poissonequation)，E对离子浓度的依赖性(相关性，d印endency)，可如下所述方程式2V.·J(2)其中，ε表示水的介电常数。可选地，在聚焦通道102内存在E时，为了产生稳定的ρΗ梯度，通过通道可得到富集一种物质(H+或OH—)的电解质溶液。例如，作为富集物质，通过通道可得出0Η—浓度为10_4Μ和H+浓度为IO-iqMWpH10电解质溶液。在这样一个实施方式中，通过沿着聚焦通道102注入其他物质，例如H+离子，可逐渐降低富集物质的浓度。其他物质注入聚焦通道102中时，在注入点中产生ρΗ水平的陡峭坡台。相对于不进行离子注入时所保持的恒定的PH水平，坡台陡峭。简而言之，这种注入产生具有梯级成形剖面的PH梯度，其限定分析物(analyst)聚积的确切的点，即，在注入器(injector)的前面。这使得更容易检测和/或收获生物分子。可选地，坡台长度，聚焦通道102的纵轴部分，和坡台高度，PH水平变化之间的比率为10_4m/IpH单位。使用时，驱动注入的生物分子，直到这些生物分子到达聚焦通道102的一个区段，其PH水平基本上或完全与其pi匹配。例如，如图7所示，装置100所形成的分级梯度允许促进聚焦进程。围绕生物分子的PH和其pi之间的差值更大时，施加在生物分子上的驱动力更大。由于聚焦通道102内的电解质溶液的ρΗ梯度分为ρΗ等级，因此生物分子的pi和周围的PH之间的差值相对较高，直到这些生物分子到达ρΗ相对于其他等级通常基本上或完全与其pi匹配的ρΗ等级。在ρΗ等级中，生物分子在两个不同的ρΗ等级之间的区域中沉淀和聚集。这样，聚焦通道102内的生物分子的速度高，并且保持恒定，这与现有方法不同，在现有方法中，随着蛋白质接近其pl，速度降低，并且聚焦相对较快，例如在产生具有2个梯级的梯度的装置100中为1000秒。另一方面，在非梯级成形的ρΗ梯度中，随着ρΗ梯度的逐渐增加和/或减少，生物分子的驱动力逐渐减小。生物分子更接近PH水平与其pi匹配的点时，由于生物分子的驱动力大幅减�。哉庵痔荻戎械木劢剐枰喽越铣さ木劢故奔洹６遥菁冻尚纹拭嫦薅ㄉ锓肿泳刍娜非械牡悖矗谧⑸淦鞯那懊�。可选地，通过加入具有酸离解常数(pKa)的缓冲剂，保持梯级成形剖面的稳定性，该酸离解常数与聚焦通道102中的电解质溶液的梯级成形ρΗ剖面相似或相同。pKa的值优选地处于陡峭的PH坡台的两侧的ρΗ水平的范围内。例如，为了在ρΗ5和ρΗ6梯级之间产生坡台，应优选PKa为5-6的缓冲剂，例如5.4。可选地，添加具有不同pKa的缓冲剂的混合物。这样，可同时稳定多个坡台。这种混合物的实例为包括用作支撑电解质(supportingelectrolyte)的0.005M的Na2SO4^pKa为2,7.2和/或12.33的0.0025M的磷酸盐缓冲剂以及PKa为3.13,4.76和/或640的0.0025M的柠檬酸盐。12现在参照图6，其为根据本发明的一些实施方式邻近pH发生器101布置的聚焦通道102的区段，以及使用Na2SO4电解质溶液时形成在其中的梯级成形梯度。可选地，将pH为8的磷酸盐缓冲剂添加到Na2SO4电解质溶液中。如图6所示，E将正离子(阳离子)驱动到左边，将负离子(阴离子)驱动到右边。开启PH发生器101时，H+离子注入聚焦通道102中并立即移动到左边，同时与缓冲剂离子发生反应。响应于该反应而产生的H+和缓冲剂离子的浓度形成梯级成形的PH梯度，如301所示。在该电解质溶液中，在PH周围以高浓度存在的缓冲剂分子的种类为//PCV2和/Z2PCV。这些缓冲剂分子参与下面的质子化反应方程式3:权利要求1.一种用于等电聚焦的装置，包括聚焦容器，其具有纵轴并被设置成包含电解质溶液；以及至少一个电解单元，其被安装成紧密邻近所述纵轴，每个所述电解单元被设置成将离子流注入所述聚焦容器内，以便在所述电解质溶液中沿着所述纵轴产生具有多个梯级的PH梯度，每个所述梯级具有基本上一致的PH水平，所述pH梯度由所述多个梯级中每两个连续的梯级之间的至少一个PH坡台限定。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述PH坡台为至少0.IpH03.根据权利要求1所述的装置，其中，每个所述梯级为至少3mm长。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个电解单元包括多个电解单元，进一步包括用于分别控制每个所述电解单元的控制器。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电解质溶液包括多种生物分子，所述多种生物分子沿着所述PH梯度仅聚集在所述至少一个pH坡台上。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述梯度包括少于10个的所述多个梯级。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述梯度包括少于5个的所述多个梯级。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述梯度包括两个所述多个梯级。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个电解单元中的一个被设置成注入多种氢氧根离子，且所述至少一个电解单元中的另一个被设置成注入多种氢离子。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述聚焦容器具有多个狭窄区段，每个所述电解单元被设置成将所述离子流注入各个所述狭窄区段中。11.一种用于等电聚焦的装置，包括聚焦容器，其被设置成包含电解质溶液并具有第一端和第二端以及纵轴，所述聚焦容器沿着所述第一端和第二端具有至少一个缝隙；阳极和阴极，其分别被安装在所述第一端和所述第二端，并被设置成经由所述电解质溶液在其间通过第一电流；至少一个双极膜，其每一个被安装成紧密邻近所述至少一个缝隙；以及至少一个可控电极，其每一个被安装在各个至少一个双极的前面，并被设置用于将第二电流施加在各个所述至少一个双极膜上，以便经由所述至少一个缝隙促进离子流。12.根据权利要求11所述的装置，进一步包括电流源，其将所述第一电流和第二电流分别提供给所述阳极和阴极并提供给所述至少一个可控电极。13.根据权利要求12所述的装置，进一步包括惠斯登电桥，其通过发生器电流源物理地连接到所述可控电极上。14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一电流和第二电流为高压电流。15.根据权利要求11所述的装置，其中，所述至少一个双极膜为至少一个无泡双极膜。16.根据权利要求11所述的装置，进一步包括第一容器和第二容器，每个分别连接到所述第一端和所述第二端，所述阳极和所述阴极分别至少部分地被安装在所述第一容器和第二容器内。17.根据权利要求11所述的装置，进一步包括用于支撑所述聚焦容器的支撑结构，其在壁龛的前面具有多个插孔，每个所述插孔包含所述至少一个双极膜中的一个以及所述至少一个可控电极中的一个。18.根据权利要求11所述的装置，进一步包括至少一个PH探头，其被设置成邻近各个所述至少一个双极膜用于测量PH水平。19.根据权利要求11所述的装置，其中，所述至少一个缝隙的宽度小于3mm。20.根据权利要求11所述的装置，其中，所述至少一个可控电极和所述双极膜之间的距离小于3mm。21.一种用于等电聚焦的方法，包括提供具有纵轴的聚焦容器；将具有多种生物分子的电解质溶液添加到所述容器中；沿着所述纵轴将电场施加在所述电解质溶液上；以及在沿着所述纵轴的至少一个点中注入离子流，以在所述电解质溶液中建立由多个梯级限定的PH梯度，以便所述多种生物分子邻近所述至少一个点以至少一个浓度聚积，每个所述梯级具有基本上一致的PH水平，所述pH梯度由所述多个梯级中的每两个连续的梯级之间的至少一个PH坡台限定。22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括添加缓冲剂，用于稳定所述pH梯度。23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述pH梯度由所述多个梯级之间的多个坡台限定，所述方法进一步包括添加缓冲剂的混合物，用于稳定所述PH梯度。24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多种生物分子仅以所述至少一个浓度聚积。25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述注入包括将电流施加于至少一个双极膜上，每个所述双极膜被安装成在各个所述至少一个点处紧密邻近所述电解质溶液。26.根据权利要求21所述的方法，进一步包括根据所述至少一个浓度诊断所述多种生物分子。27.根据权利要求21所述的方法，进一步包括分别收获所述至少一个浓度中的至少一个。28.一种用于等电聚焦的方法，包括向具有电解质溶液的容器提供至少一种生物分子；向所述电解质溶液添加至少一种指示剂；以及在所述电解质溶液中形成PH梯度；捕获所述电解质溶液的至少一个图像；根据所述至少一个图像计算所述电解质溶液的至少一个区段的至少一种颜色特性；以及根据所述至少一种颜色特性计算所述区段中的至少一个PH水平。29.一种用于等电聚焦的装置，包括聚焦容器，其被设置成沿着其纵轴可分离地容纳以具有多种生物分子的混合物的电解质溶液润湿的多孔块体；多个电极，其被设置成经由所述多孔块体中的所述电解质溶液通过第一电流；以及至少一个电解单元，其被安装成紧密邻近所述纵轴，每一个被设置成将离子流注入所述聚焦容器内，以便改变所述多孔块体中的所述电解质溶液中的PH梯度；其中，所述生物分子的混合物根据所述PH梯度排列在所述多孔块体内。30.根据权利要求29所述的装置，其中，所述聚焦容器具有开口，用于以下中的至少一个将所述多孔块体放置在所述聚焦容器内和从所述聚焦容器中提取所述多孔块体。31.一种用于等电聚焦的方法，包括将以具有生物分子的混合物的电解质溶液润湿的多孔块体放置在聚焦容器内；在所述电解质溶液中形成PH梯度，以便在所述多孔块体中促进所述生物分子的多个浓度；以及将所述多孔块体分割成多个区段，每个区段分别包含所述多个浓度中的一个。32.根据权利要求31所述的方法，其中，通过在所述多个浓度的每两个之间挤压所述多孔块体进行所述分割，从而产生所述多个区段。33.一种用于等电聚焦的可去除的溶液盒，包括多孔块体，所述多孔块体被定尺寸和形状以适合于等电聚焦系统的聚焦通道，并被设置成以具有多种生物分子的电解质溶液润湿，以便允许所述多种生物分子根据所述电解质溶液中形成的PH梯度而移动。34.根据权利要求33所述的溶液容器，其中，可挤压所述多孔块体，以产生多个区段，每个区段包括单一浓度的所述多种生物分子。35.一种用于分离蛋白质混合物的装置，包括电泳容器，其被设置成包含电解质溶液和所述混合物，所述电泳容器具有纵轴以及与所述纵轴平行的第一和第二相对侧；第一和第二双极膜，每个分别被安装在所述第一和第二侧上；至少一个电极，其用于将电场施加在所述电解质溶液上，以便沿着所述纵轴激发蛋白质；其中，所述第一和第二双极膜中的一个被设置成将离子流注入所述电泳容器中，以便垂直于所述纵轴在所述电解质溶液中形成具有多个梯级的PH梯度，每个所述梯级具有基本上一致的PH水平。全文摘要一种用于等电聚焦的装置。该装置包含聚焦容器，其被设置成包含电解质溶液并且具有纵轴，以及至少一个电解单元，其被安装成紧密邻近纵轴。每个电解单元沿着纵轴将离子流注入聚焦容器中，以便在电解质溶液中产生具有多个梯级的pH梯度。每个梯级具有基本上一致的pH水平，并且pH梯度由多个梯级中每两个连续的梯级之间的至少一个pH坡台限定。文档编号G01N27/447GK102483390SQ201080036971公开日2012年5月30日申请日期2010年8月18日优先权日2009年8月18日发明者乌里·西万,埃拉德·布罗德申请人:工业研究与发展基金会有限公司
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