一种提高区带电泳分离效率的方法技术

本发明专利技术提出一种提高区带电泳分离效率的方法，建立了区带宽度(w)与电泳温度(T)和电泳时间(t)的方程，揭示精准控制区带宽度提升电泳分离效率的系统方法，包括但不限于低温或超低温区带电泳、同步低温高电场区带电泳、超低温高电场区带电泳、以及超高电场区带电泳方法。该区带扩散方程描述了电泳温度(T)和运行时间(t)对区带扩散的函数模型，阐释了在区带电泳中：温度越高，区带越趋于展宽，分离分辨率越低，反之亦然；电泳运行时间越长，区带越趋于扩散，反之亦然。与现有的区带电泳相比，提出的方法具有分辨率高、分离效率高和速度快等特殊优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种提高区带电泳分离效率的方法


[0001]本专利技术属于生物医学分离分析
，具体涉及一种提高区带电泳分离效率的方法。

技术介绍

[0002]作为最常用的电泳分离模型，区带电泳已广泛用于离子、化合物、蛋白质、核酸、病毒、纳米颗粒和细胞等的分离分析领域[Mikkers,F.,Everaerts,F.M.,Verheggen,T.J.Chromatogr.A.169,11
‑
20,1979.]。区带电泳分离介质多种多样，依据其分离介质或载体不同，分为琼脂糖凝胶区带电泳[S Hjert
é
n.Biochimica.Et.Biophysica.Acta,53,514
‑
517,1961.]、聚丙烯酰胺凝胶区带电泳[Ornstein L.Disc electrophoresis.I.Background and Theory,Annals of the New York Academy of Sciences,121(2),321
‑
349,1964][Davis,Baruch J.Disc Electrophoresis
–
II.Method and Application to Human Serum Proteins,Annals of the New York Academy of Sciences,121,404
‑
427,1964]、毛细管区带电泳[Rush,R.S.；Cohen,A.S.；Karger,B.L.Anal.Chem.63,1346
‑
1350,1991.]、毛细管电动色谱[Pappas,T.J.,Gayton
‑
Ely,M.,Holland,L.A.Electrophoresis,26,719
‑
734,2005.]、以及芯片区带电泳[Yeo,L.Y.；Chang,H.C.；Chan,P.；Friend,J.R.Small.7,12
‑
48,2011.]等多种模式。无论哪种分离模式，区带电泳的基本分离原理是
[0003]V
i
＝μ
i
E
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0004]在方程(1)中，V
i
,μ
ι
和E分别是待分离物质i在电场E的迁移速度、电泳淌度和电场强度。
[0005]根据经验，已专利技术了众多方法来提升区带电泳的效率。例如，利用毛细管电泳来提升传统凝胶电泳的分离效率[Gordon,M.J.,Huang,X.H.,Pentoney,S.L.,Zare,R.N.Electrophoresis.242,224
‑
228,1988.]，设计碳氟化合物液体冷却系统、空气循环冷却器和金属散热模块等物理冷却装置[Rush,R.S.；Cohen,A.S.；Karger,B.L.Anal.Chem.63,1346
‑
1350,1991.][Cifuentes,A.H.；Xu,X.；Kok,W.T.；Poppe,H.J.Chromatogr.A.716,141
‑
156,1995.][Luckey,J.A.；Smith,L.M.Anal.Chem.65,2841
‑
2850,1993.]来提升区带电泳分离效率。这些方法均加速了区带电泳的分离，但其分辨率仍有待提升，并且区带电泳分离效率的提升的机理不清，无法准确预测理论模拟；尤其，区带电泳的设计主要停留在经验层面，缺少精准可控系统性提升区带电泳分离效率的方法。

技术实现思路

[0006]针对上述存在的问题，本专利技术提出一种提高区带电泳分离效率的方法，基于区带电泳的区带扩散模型，建立了区带宽度(w)与电泳温度(T)和电泳时间(t)的方程，揭示了精准控制区带宽度提升电泳分离效率的系统方法，包括但不限于低温或超低温区带电泳、同步低温高电场区带电泳、超低温高电场区带电泳、以及超高电场区带电泳方法，本专利技术提出
的方法具有分辨率高、分离效率高和速度快等特殊优点。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种提高区带电泳分离效率的方法，包括以下步骤：
[0009](1)建立区带电泳的区带扩散模型；
[0010](2)基于区带扩散模型，确定区带电泳JHSD仿真模拟方法；
[0011](3)基于区带电泳JHSD仿真模拟，建立高效区带电泳实验方法；
[0012](4)基于区带电泳JHSD仿真模拟，建立高效区带电泳的实验装置；
[0013](5)开展基于JHSD的区带电泳实验，确定可行的提升区带电泳效率的方法。
[0014]其中，JHSD为区带电泳焦耳热自散(Joule heat self
‑
dispersion,JHSD。
[0015]进一步地，步骤(1)所述区带电泳的区带扩散模型通过理论公式推导得到，该区带电泳的区带扩散模型为：
[0016]w2(t)＝a+bTt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0017]方程(12)中，w(t)为色谱峰宽，T为电泳温度，t为电泳运行时间，a、b为常数。
[0018]区带电泳的区带扩散模型具体推导过程为：
[0019]在区带电泳过程中，在给定电泳时间(t)时的条带动态分辨率R(t)可以定义为[Sajjadi,S.H.；Goharshadi,E.K.Ahmadzadeh,H.J.Chromatogr.B.1118,63
‑
69,2019]，
[0020][0021]其中，x
i
(t)、σ
i
(t)和w
i
(t)分别是给定电泳时间(t)时峰i的位置(区带迁移距离)、峰高0.607处的半峰宽，以及基线处的峰宽。在方程(2)中，区带迁移距离可以通过其有效迁移率μ
eff
(使用电泳介质时电渗流影响可忽略)和电场强度E来描述[Weiss,G.H.；Sokoloff,H.；Zakharov,S.F.；Chrambach,A.Electrophoresis.17,1325
‑
1332,1996.]，
[0022]x(t)＝μ
eff
Et
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0023]在给定电泳时间下，区带的扩散定义为[Krawczyk,M.J.；Dulak,J.；Pasciak,P.；Kulakowski,K.Electrophoresis.25,785
‑
789,2004.]，
[0024][0025]其中，σ0和σ分别是初始上样(t0)时和给定时间(t)时区带的方差，D
eff
是有效扩散系数。在方程(4)中，物质区带的扩散取决于多种因素，比如：自由扩散、焦耳热、溶液粘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高区带电泳分离效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立区带电泳的区带扩散模型；(2)基于区带扩散模型，确定区带电泳JHSD仿真模拟方法；(3)基于区带电泳JHSD仿真模拟，建立高效区带电泳实验方法；(4)基于区带电泳JHSD仿真模拟，建立高效区带电泳的实验装置；(5)开展基于JHSD的区带电泳实验，确定可行的提升区带电泳效率的方法。2.根据权利要求1所述的一种提高区带电泳分离效率的方法，其特征在于，步骤(1)所述区带电泳的区带扩散模型通过理论公式推导得到，该区带电泳的区带扩散模型为：w2(t)＝a+bTt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)方程(12)中，w(t)为色谱峰宽，T为电泳温度，t为电泳运行时间，a、b为常数。3.根据权利要求2所述的一种提高区带电泳分离效率的方法，其特征在于，步骤(2)基于区带扩散模型，在区带电泳分离时，加强电泳焦耳热散热，使用高电场加速电泳分离，实现高效区带电泳；该区带扩散模型适用于包括但不限于：低温或超低温区带电泳、同步低温高电场区带电泳、超低温高电场区带电泳、以及超高电场区带电泳方法。4.根据权利要求3所述的一种提高区带电泳分离效率的方法，其特征在于，区带电泳JHSD仿真模拟方法包括：区带电泳散热物理模型建立、模式蛋白区带电泳的仿真模拟。5.根据权利要求4所述的一种提高区带电泳分离效率的方法，其特征在于，通过仿真模拟获得各种优化的设计参数，包括但不限于分离通道几何尺寸、通道材料导热系数、材料热容量、电极槽热容量、电场强度、溶液参数、模式分析物参数；所述溶液参数包括浓度、pH、电导；所述模式分析物参数包括荷电性、迁移率、浓度分布。6.根据权利要求4所述的一种提高区带电泳分离效率的方法，其特征在于，芯片中产生的焦耳热和热传递由以下公式计算模拟：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹成喜，薛静晶，张强，刘伟文，刘小平，吁子贤，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：