一种适用于溶液高通量筛选的真空自动样品装置及真空样品室制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于溶液高通量筛选的真空自动样品装置及真空样品室，所述真空样品室由外至内依次包括真空外壳、样品池支架和样品池，所述样品池支架设于真空外壳的腔体内；所述样品池设有样品进出口，所述样品进出口贯通所述样品池支架和真空外壳；所述真空外壳设有射线源入射口和射线源出射口；样品池支架的外壁上设有若干个通光孔，所述通光孔用于射线源进入所述样品池；射线源依次经所述射线源入射口、通光孔和射线源出射口。本发明专利技术的真空自动样品装置及真空样品室有效减少生物溶液体系中不必要的背散射信号，提高生物溶液样品散射数据的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于溶液高通量筛选的真空自动样品装置及真空样品室
本专利技术属于分析仪器领域，具体涉及一种适用于溶液高通量筛选的真空自动样品装置及真空样品室。本装置不仅适用于同步辐射生物小角X-射线散射线站，同样适用于中子散射装置以及其它高通量溶液筛选需求的装置与设备。
技术介绍
小角X-射线散射(SAXS)技术是检测物质微观结构的一项重要技术突破。虽然SAXS技术的提出已有近百年的历史，然而先前针对SAXS实验技术的研究主要集中在材料科学、聚合物化学以及工业领域方面，关于SAXS在生物学领域内的应用研究相当匮乏。近年来，随着同步辐射光源的应用与发展、分子生物学研究的不断深入以及针对生物样本散射信号数据分析算法的不断进步,从SAXS图谱分析蛋白质等生物大分子结构的计算方法不再只局限于简单的一维结构参数量化，而是逐渐扩展到三维结构的数据模拟。现在可以根据SAXS散射数据，采用abinitio(从头算法)的方法来获得生物大分子较高分辨率(～10埃)的三维结构，因此使得SAXS检测技术成为其它微纳米级分辨率结构生物学检测技术的有效补充。随着越来越多的生物科学研究者开始意识到SAXS在解析蛋白质结构研究中的重要性，该技术在生物学领域内的使用需求也逐年呈几何级数增长。面对日益增长的针对生物X-射线小角散射(BioSAXS)研究技术的科研与生物应用迫切需求，如何快速、高效的收集实验数据、如何提高溶液样品的散射信噪比以及如何有效降低实验过程中由于操作者认为操作不当所引发的实验误差等科学问题逐渐引起了科研工作者的广泛关注。通常而言，任何实验技术的人工数据收集都是一个繁复冗长、费时费力的过程。需要大量的机械重复性人力劳动。对于同步辐射装置而言，较长的机时申请周期以及有限的机时分配长度使得人工数据采集方式在基于同步辐射的实验装置上具有相当大的应用局限性。为了有效减少实验过程中由于操作者长时间、重复性机械工作所引发的人为失误，在同步辐射装置上实现样本上样、数据采集以及分析结果输出自动化是十分必要的。此外，考虑到生物样本具有制备周期长、最终产物量少的特殊性；再结合生物散射实验对生物样本制备的特殊要求(如：实验过程中需要针对同一样本设定多个浓度梯度对照组，从而最大限度减少反应体系中由于同种分子间相互作用而对散射信号产生的影响；生物实验往往需要变换缓冲液成分、pH值、离子强度或者添加剂种类等因素，便于综合分析比较生物大分子在不同生理状态下结构与功能的变化)，在基于同步辐射的BioSAXS线站上实现自动样本装置的整合具有非常重要的实际意义。尤其对于光通量非常高、脉冲时间间隔非常短的第三代同步辐射光源而言，单个样本的数据采集过程是非常快的，甚至可以快至毫秒量级，这样就对于溶液状态样本散射信号的收集与处理过程提出了更高的要求。综上所述，自动样本装置在BioSAXS线站上的整合可以拓宽同步辐射光源在生物学领域，尤其是在生物大分子结构生物学领域的研究范围，使得在基于同步辐射的BioSAXS线站上实现高通量筛选以及远程自动化数据收集成为可能。在我国，基于同步辐射的线站自动化样本装置的研制仍处于起步阶段。然而，国际上发达国家的同步辐射线站却已经较早地注意到了小角线站样本装置自动化的重要性。越来越多的同步辐射小角线站通过对各自线站的升级改造。装备了先进的自动样本装置，实现了检测样本注入、散射信号收集、检测后样本回收以及样品室清洗的全自动化操作。其中，EMBL-Hamburg通过自主研发，首次在位于德国汉堡DESY(德国电子同步辐射中心)DORIS存储环的X33生物X射线小角散射线站上实现了样本装置的自动化(Hamburg，Germany)。这部自动样本装置最多可以一次处理192个样本，上样所需样品量约为80至100微升，然而该装置并没有考虑空气本底散射对样品散射信号的影响(＝真空)。SOLEIL同步辐射中心的SWING线站(Paris，France)已于2009年通过在其SAXS线站上整合了一部高效液相色谱(HPLC)仪,实现了线站样本装置的自动化。该线站目前具有两种工作模式，1)借助HPLC自身的样品泵、样品室来实现上样自动化与样品室清洗自动化；2)在前述工作模式的基础上，通过引入高效液相色谱层析柱来实现生物样本混合物的在线分离纯化自动化,保证了待测溶液反应体系的高度均一性。在此基础上，该线站还进一步整合了先进的stop-flow停流混流装置，使得SWING线站具备了更好的蛋白质动态系统检测能力，然而该装置需要额外整合HPLC设备，在装置的调试和实验模式的切换上便捷性较差。ESRF同步辐射中心的ID14-3线站(Grenoble，France)，通过与EMBL-Grenoble的机械研究组合作，在第一代EMBL-hamburg自动样本装置的基础上作了进一步的升级改造。改造后的自动样本装置可以在3分钟内完成检测样本注入、散射信号收集、样品室清洗的自动循环操作，减少了生物样本的上样量。最近，ESRF同步辐射中心的BM29生物小角线站还与EMBL-Hamburg位于PETRAIII存储环的P12生物小角线站通力合作，研发了最新一代的真空溶液自动样本装置。目前，这两条生物小角线站配备了双方协同研发的真空自动上样装置，进一步降低了散射信号收集所需的样品量,有效缩短了样本检测时间，保证了散射信号收集的准确度，然而该装置用于样品检测的内置样品室更换操作十分繁琐，样品室为定制产品，造价过高。ALS同步辐射中心的SIBYLS线站(Berkeley，USA)，通过在线站上整合了商业化的液态样本处理机械手(HamiltonRoboticsInc.,Reno,NV,USA)以及实验室自主研发的静态样品室，实现了该线站样本装置的自动化，有效提高了检测效率，降低了X射线对生物样本的辐射损伤，然而该装置也没有考虑空气本底散射对样品散射信号的影响，样品散射信噪比较低。纵览国际同步辐射线站的原位样品装置研发情况，自动化已经是国际发展的主流。回溯目前国内主要小角线站，却仍采用手动上样、空气暴露的样品环境，不能满足液态样本的实际测试需求。需要指出的是，在同步辐射小角散射装置上实现液态样本进样自动化需要考虑的主要因素之一在于实验收集到的小角散射信号准确度。依据SAXS实验基本原理可知，液态反应体系的散射信号包括溶质的散射信号与溶剂的散射信号。而最后真正用于实验数据分析与大分子结构拟合的信号完全来自液态反应体系中溶质的散射信号。因此，对于液态反应体系而言，在具体的SAXS实验操作中需要针对液态样本的溶剂以及溶剂与溶质混合体系进行两次独立的SAXS测量，最后两者散射信号强度的差值才是数据分析与结构拟合的依据。这个测量过程要求完全去除液态反应体系中溶质散射信号以及实验装置可能引入的背景杂散射信号。对于液态生物样本而言，样本的主要组成成分为C、H、O、N、P等轻原子。这些原子经X射线照射后对于X射线的散射程度非常低，从而使得液态生物样本SAXS散射信号与样本缓冲液的本底散射信号之间强度的差值非常小(通常仅有不到一个数量级的强度差值)。为了保证实验收集到的散射信号准确性，对于生物X射线小角散射实验装置就需要提出更高的要求：1)样品室的选材：整个SAXS测量过程需要在同一个样品室内完成，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于溶液高通量筛选的真空自动样品装置的真空样品室，其特征在于，所述真空样品室由外至内依次包括真空外壳(11)、样品池支架(12)和样品池(13)；所述样品池支架(12)设于真空外壳(11)的腔体内；所述样品池(13)设有样品进出口，所述样品进出口贯通所述样品池支架(12)和真空外壳(11)；所述真空外壳(11)设有射线源入射口(111)和射线源出射口(112)；样品池支架(12)的外壁上设有若干个通光孔(121)，所述通光孔(121)用于射线源进入所述样品池(13)；射线源依次经所述射线源入射口(111)、通光孔(121)和射线源出射口(112)。

【技术特征摘要】
1.一种适用于溶液高通量筛选的真空自动样品装置的真空样品室，其特征在于，所述真空样品室由外至内依次包括真空外壳(11)、样品池支架(12)和样品池(13)；所述样品池支架(12)设于真空外壳(11)的腔体内；所述样品池(13)设有样品进出口，所述样品进出口贯通所述样品池支架(12)和真空外壳(11)；所述真空外壳(11)设有射线源入射口(111)和射线源出射口(112)；样品池支架(12)的外壁上设有若干个通光孔(121)，所述通光孔(121)用于射线源进入所述样品池(13)；射线源依次经所述射线源入射口(111)、通光孔(121)和射线源出射口(112)。2.根据权利要求1所述的真空样品室，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：1)所述射线源入射口(111)和射线源出射口(112)之间形成真空样品室射线通路段，所述真空样品室射线通路段接通抽真空元件，以形成真空样品室(1)的真空环境；2)所述样品池支架(12)还包括若干个用于水冷循环对样品池温度控制的中空孔道(122)，所述中空孔道(122)环绕设于样品池(13)的外侧；3)射线源入射口(111)和射线源出射口(112)分别对应的真空外壳横截面积从外至内逐渐减小；4)所述真空样品室(1)还包括照相和/或摄像单元，所述照相和/或摄像单元设于真空外壳(11)的腔体内且通过所述通光孔(121)进行照相和/或摄像；或者，所述真空外壳(11)设有照相和/或摄像可视密封窗口(113)，所述照相和/或摄像单元设于所述照相和/或摄像可视密封窗口(113)上；5)所述真空样品室(1)还包括光源，所述光源设于真空外壳(11)的腔体内且通过所述通光孔(121)对样品进行照射；或者，所述真空外壳(11)设有光源可视密封窗口，所述光源设于所述光源可视密封窗口上。3.根据权利要求1所述的真空样品室，其特征在于，还包括若干定位部件(14)，所述样品池支架(12)经所述定位部件(14)位于所述真空外壳(11)的腔体内。4.根据权利要求1所述的真空样品室，其特征在于，所述真空样品室(1)还包括第一样品池连接件(15)、第一管路接口(16)、第二样品池连接件和第二管路接口，所述样品池(13)设有样品池进口和样品池出口，所述第一样品池连接件(15)与所述样品池(13)的样品池进口连接，所述第一管路接口(16)套接于所述第一样品池连接件(15)再与所述样品池支架(12)连接，所述第二样品池连接件与所述样品池(13)的样品池出口连接，所述第二管路接口套接于所述第二样品池连接件再与所述样品池支架(12)连接。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，刘广峰，吴洪金，李怡雯，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31