专利名称：用于分离分子和流体运动的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于分离化合物、尤其是高分子化合物的方法和设备，其中液体的大量运动可被控制。
背景技术：
基于隔膜的电泳法是一种新技术，其起初是为了分离例如蛋白质、核苷酸和复糖等高分子而发展起来的。这种方法提供一种高纯度、可量测的分离，与现有的高分子分离方法相比，这种分离更快、更经济并且具有更高的产量，并且提供了同时使高分子溶液净化和解毒的可能性。
在一种形式中，在一个盒(cartridge)中实施这种技术，该盒包括多个容纳在可通过电荷和/分子量使化合物分离的系统中的隔膜。同时，该系统还可进行浓缩和脱盐/渗析。该系统的多样性使这种技术能够用于很多其它领域，特别是用于生产医用生物成分。隔膜的构造可使得生物污染物在分离时同时被去除——目前生物技术工业中尚未提供这种作业，并且这种作业由于时间延迟以及作业的复杂性而使成本增加。
在电泳条件下，使液体通过多孔隔膜从一个区域转移到另一个区域，就叫做电内渗(EEO)。电内渗是一种伴随基于隔膜的电泳技术自然发生的现象，通过对其进行控制可导致产品回收率的增加、运行时间的减少和试样的浓缩。通过在特定试样流中控制大量液体转移的程度而维持目标分子的浓度，从而实现上述的改进。实现电内渗的一种方法为通过电渗，在这种方法中，利用外部电源改变正在进行渗透或内渗的系统的速度。大的体积增加对于系统按比例增加的应用可能具有更大的影响。对电内渗的控制会使成本显著降低，而且还会提高工厂的维护效率。能够浓缩试样同时不对例如活度、功能性、数量等产生不利影响，将是非常有用的。
本发明开发出一种对基于隔膜的电泳技术的改进，有助于控制大量液体的转移/内渗。
发明内容
根据第一个方面，本发明提供一种电泳设备，包括(a)第一电极区域中的第一电极；(b)第二电极区域中的第二电极，第一电极相对于第二电极设置，从而在第一电极和第二电极之间施加电势时，适于在它们之间的电场区域中产生电场；(c)设置在电场区域中的第一隔膜；(d)第二隔膜，设置在第一电极区域和第一隔膜之间，从而在它们之间限定第一间隙体积；其中第一隔膜与第二隔膜将第一间隙体积从第一电极区域和第二电极区域中分离出来；以及其中至少一个隔膜是能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动的屏障隔膜；(e)适于将液体传递到第一电极区域和第二电极区域的装置；和(f)适于将试样组分传递到第一间隙体积的装置；其中，施加电势时，引起液体从试样组分通过至少一个隔膜运动到邻近电极区域中，并且至少一个隔膜防止液体实质上大量(bulk)移动到试样中。
在使用中，将试样装在第一间隙体积内(也称为流1)，将缓冲剂或溶剂供给到电极区域，在电场区域施加电势，使得水流出试样而移动到邻近的电极区域中。因此，通过使液体流出试样而将试样浓缩。形成屏障的隔膜实质上防止了液体大量流入试样，而且电泳过程引起水和盐从试样中出来。
也可以将试样放置在一个(或两个)电极区域中，并在施加电势期间引起一种或多种化合物从试样中移动进入相邻的间隙体积中。
该装置还可包括适于将选定电势施加到至少一个电场区域的装置。在这种形式中，为设备设置电源，或将电源与设备形成一体。通常，设备通过任何合适的电连接设施连接到外部电源上。
根据第二个方面，本发明提供一种电泳设备，包括(a)第一电极区域中的第一电极；(b)第二电极区域中的第二电极，第一电极相对于第二电极设置，从而在第一电极和第二电极之间施加电势时，适于在它们之间的电场区域中产生电场；(c)设置在电场区域中的第一隔膜；(d)第二隔膜，设置在第一电极区域和第一隔膜之间，从而在它们之间限定第一间隙体积；(e)第三隔膜，设置在第二电极区域与第一隔膜之间，从而在它们之间限定第二间隙体积；其中第二隔膜将第一间隙体积从第一电极区域中分离出来，第三隔膜将第二间隙体积从第二电极区域中分离出来，其中至少一个隔膜是屏障隔膜，能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动；(f)适于将液体传递到第一电极区域、第二电极区域和第二间隙体积的装置；和(g)适于将试样组分传递到第一间隙体积的装置；其中，施加电势时，引起一种或多种成分从试样组分通过至少一个隔膜运动到邻近电极区域或间隙体积中，并且至少一个隔膜防止液体实质地大量移动到试样中。
在一个优选形式中，该设备还包括(h)适于去除设备中产生的热量的装置。
优选的，试样和液体穿过热交换器从而去除电泳过程中设备所产生的热量。
该设备还可包括适于将选定电势施加到至少一个电场区域的装置。在这种形式中，为设备设置电源，或将电源与设备形成一体。通常，设备通过任何合适的电连接装置连接到外部电源上。
根据本发明的第三个方面，本发明提供一种电泳系统，包括(a)第一电极区域中的第一电极；(b)第二电极区域中的第二电极，第一电极相对于第二电极设置，从而在第一电极和第二电极之间施加第一电势时，适于在它们之间的电场区域中产生电场；(c)设置在电场区域中的第一隔膜；(d)第二隔膜，设置在第一电极区域和第一隔膜之间，从而在它们之间限定第一间隙体积；(e)第三隔膜，设置在第二电极区域与第一隔膜之间，从而在它们之间限定第二间隙体积；(f)适于将液体传递到第一电极区域、第二电极区域和第二间隙体积的装置；(g)适于将试样组分传递到第一或第二间隙体积其中一个的装置；其中，施加第一电势时，引起一种或多种成分从试样组分通过至少一个隔膜运动到邻近的第一或第二间隙体积中；(h)第三电极区域中的第三电极；(i)第四电极区域中的第四电极，第三电极相对于第四电极设置，从而在第三电极和第四电极之间施加第二电势时，适于在它们之间的第二电场区域中产生电场；(j)设置在第二电场区域中的第四隔膜；(k)第五隔膜，设置在第三电极区域和第四隔膜之间，从而在它们之间限定第三间隙体积；其中第四和第五隔膜将第四间隙体积从第三和第四电极区域中分离出来，以及其中第四和第五隔膜中的至少一个是屏障隔膜，能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动；(l)适于将液体传递到第三电极区域和第四电极区域中的装置；和(m)适于将试样组分从第一或第二间隙体积传递到第三间隙体积的装置；其中，施加第二电势时，引起液体通过至少第四或第五隔膜从试样组分中运动到邻近电极区域中；其中屏障隔膜防止液体实质地大量移动到试样中。
在一个优选形式中，该设备还包括(n)适于去除设备中产生的热量的装置。
优选的，试样和液体穿过热交换器从而去除电泳过程中设备所产生的热量。
该设备还可包括适于将第一选定电势施加到第一电场区域的装置；和适于将第二选定电势施加到第二电场区域的装置。在这种形式中，为设备设置一个或多个电源，或将电源与设备形成一体。通常，设备通过任何合适的电连接装置连接到外部电源上，这样可施加两个独立的电势。
优选的，形成能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动的屏障的至少一个隔膜是可诱导的电内渗隔膜。
在另一优选形式中，一些隔膜是电泳分离隔膜，另一些隔膜是具有限定孔隙尺寸的限制隔膜。优选的，限制隔膜设置在电极区域和邻近间隙体积之间。至少一个限制隔膜是可诱导的电内渗隔膜，其控制液体在电场影响下的大量移动。
电泳分离隔膜优选由聚丙烯酰胺制成，其分子量截止值(cut-off)至少为约3kDa。隔膜分子量截止值取决于被处理试样、试样混合物中的其它分子，和所进行的分离类型。
优选的，至少一个限制隔膜由聚丙烯酰胺制成。隔膜分子量截止值取决于被处理试样、试样混合物中的其它分子，和所进行的分离类型。
优选的，可诱导的电内渗隔膜为三乙酸纤维素(CTA)隔膜。可以理解的是，可诱导的电内渗隔膜可由例如与戊二醛交联的聚(乙烯醇)(PVAl+glut)等任何其它适当的隔膜材料制成。
本发明人发现，具有名义分子量截止值为5、10或20kDa的CTA隔膜尤其适用于根据本发明的设备。可以理解的是，其它分子量截止值也适用于本发明。
通过任何适当的泵装置，向阴极区域和阳极区域提供适当的电解液或缓冲溶液。待处理的试样通过任何适当的泵装置直接提供到第一间隙体积或第二间隙体积(如果存在)中。
优选的，所述区域和一个或多个间隙体积构造成使得相应液体/缓冲剂溶液和试样溶液的流动能够形成流。在这种形式中，可快速有效地处理较大的体积。通过适当的泵装置，溶液通常从相应的容器中移动或再循环通过所述区域和一个或多个间隙体积。在一个优选实施方案中，采用蠕动泵作为用于移动试样、缓冲剂或液体的泵装置。
电极缓冲剂或电解液以及试样缓冲剂可为任何适当的缓冲剂或电解液。例如可包括但不限于Tris/硼酸盐、Hepes/咪唑、伽马氨基丁酸/醋酸和Hepes/组氨酸缓冲剂。
本发明适用于能够具有电荷或限定分子量的任何混合物的分离或处理。例如可用于但不限于如肽、蛋白质、核酸等的生物化合物。
在一个实施方案中，用适当的装置将电极缓冲剂、其它缓冲剂和试样溶液进行冷却，从而确保小分子、化合物、高分子或其它试样成分在电泳过程中不会出现失活现象，并在设备使用中保持需要的温度。
优选的是，为了收集和/或浓缩试样成分，收集含有任何分离的成分或分子的体积或流的至少一个中的液体并用适当的溶剂代替，从而确保电泳过程能够有效地进行。
在使用中，将试样装在第一间隙体积内(也称为流1)，缓冲剂或溶剂供给到电极区域和第二间隙体积(流2)，向电场区域施加电势，引起试样中的至少一种成分移动到相邻电极区域中的缓冲剂/溶液中，或移动到相邻第二间隙体积中。形成屏障的隔膜实质上防止液体流入到试样中。
可以理解的是，间隙体积的顺序可以颠倒，即将试样装在第二间隙体积(流2)内，将缓冲剂或溶剂供给到电极区域和第一间隙体积中，将电势施加到电极区域，引起试样中的至少一种成分移动到相邻电极区域或相邻第一间隙体积(流1)中。
也可将试样放置在一个(或两个)电极区域中，在施加电势期间，引起一种或多种成分移动进入一个或多个间隙体积中。
第一隔膜优选为由聚丙烯酰胺(PA)制成的电泳分离隔膜，并具有限定的分子量截止值。优选的，电泳分离隔膜的限定分子量截止值为从约1kDa到约2000kDa。分离隔膜的分子量截止值的选择取决于被处理试样以及混合物中的其它分子。但是，可以理解的是，具有其它化学性质或组成的隔膜也可用于本发明。
第二和第三隔膜中的至少一个为限制隔膜(restrictionmembrane)，其优选由聚丙烯酰胺制成，并且其分子量截止值通常小于分离隔膜，优选为从约1kDa到约1000kDa。限制隔膜的分子量截止值的选择取决于待处理的试样和待去除的高分子的尺寸。限制隔膜可与形成屏障的隔膜具有相同或不同的分子量截止值。
在另一优选实施方式中，形成第一和第二间隙体积的隔膜以筒或盒的形式设置，其位于设备电极区域之间。盒的构型优选为一个壳体，具有第一隔膜，第一隔膜位于第二隔膜与第三隔膜之间，从而形成所需的间隙体积。
优选的，该筒或盒可从适于包含或容纳该筒的电泳设备中拆除。
该盒可包括一个或多个电极。
电极间距对穿过隔膜的试样成分的分离或运动产生影响。电极间距越短，成分的电泳运动就越快。研究发现约6毫米的距离适用于实验室规模的设备。对于按比例增加的设备，该距离取决于分离隔膜的数量和类型、试样室的尺寸和体积、缓冲剂和分离的产品。优选距离为从约6毫米到约10毫米。该距离还与施加到设备上的电压有关。
电场的影响基于以下公式e＝V/d(e＝电场，V＝电压，d＝距离)因此，电极间距越短，分离越快。优选的，为增加电场强度应缩短电极间距，从而进一步提高通过隔膜的转移速度。
试样/缓冲剂/液体的流速对分离成分产生影响。从每分钟几毫升到每分钟几升的速度都可采用，其取决于设备的构型以及待分离试样的性质和体积。现在，在实验室规模的设备中，优选流速为大约20±5mL/min。但是，根据各种分离状况，从约0mL/min到约50,000mL/min的流速都可采用。最大流速可更大，取决于泵装置和设备的尺寸。流速的选择取决于被转移的产品、转移效率、与其它应用的预定位及后定位。
对施加电压和/或电流的选择或应用随不同的分离而改变。通常采用最高可达几千伏的电压，但是电压的选择和改变取决于设备的构型、缓冲剂和待分离的试样。在实验室规模的设备中，优选电压为250V。但是，根据转移、效率、按比例的增加和具体方法，从约0V到约5000V的电压都可采用。还可采用更高的电压，取决于处理的设备和试样。
任选的，可定期地将电势停止和/或反向，从而使得已经进入隔膜的成分移动回到其来源的空间或流，但几乎不引起已经完全穿过隔膜的成分穿过隔膜返回。
将电势反向是一个可选的，另一可选对象为停止期。停止(在一段时间内不施加电势)为一个可选步骤，其可代替备选的电势反向步骤，或包括在备选的电势反向步骤之前或之后。通常该停止技术可用于特定分离应用中，作为电势反向步骤的替换步骤或辅助步骤。
为方便起见，第一间隙体积或流叫做流1，第二间隙体积或流叫做流2。通常，试样放置在流1中，移动的成分移动通过分离隔膜进入流2。
在一个特定优选实施方案中，电极由镀铂钛网制成。但是，可以理解的是，其它材料和构型也可采用。
在使用中，缓冲剂或其它合适的溶剂穿过电极区域循环，并且将液体试样装到第一和第二间隙体积的至少一个中。当通过电极向设备施加电势或电场时，会引起试样中的一些成分移动穿过隔膜进入相邻间隙体积或电极区域内。可诱导的电内渗隔膜防止或控制间隙体积与电极区域之间的液体实质的大量移动，从而防止在分离过程中试样或分离成分的不必要稀释。
隔膜可形成为多层或夹层的结构。隔膜的厚度可以影响化合物的分离或运动。经研究发现，隔膜越薄，运动越迅速和有效。
在本发明的第四个方面，本发明提供一种用于浓缩试样的方法，该方法包括(a)提供根据本发明第一个方面的电泳设备；(b)向第一和第二电极区域中添加缓冲剂或电解液；(c)向第一间隙体积中添加试样；(d)在电极之间施加电势，引起试样中的液体移动穿过隔膜进入相邻电极区域；以及可选地(f)获得浓缩的试样；其中屏障隔膜允许液体从试样中大量移动出来。
根据本发明第五个方面，本发明提供一种用于从试样中至少移动一种成分、并同时控制液体的大量移动的方法，该方法包括(a)提供根据本发明第二个方面的电泳设备；(b)向第一和第二电极区域添加缓冲剂或电解液；(c)向第一间隙体积添加试样；(d)向第二间隙体积添加缓冲剂或液体；(e)在电极之间施加电势，引起至少一种化合物从试样中移动通过隔膜进入邻近电极区域或间隙体积；以及可选的
(f)收集从试样中移动出来的成分；其中屏障隔膜控制液体的实质的大量流入或流出一个或多个间隙体积。
根据第六个方面，本发明提供一种用于从试样中至少移动一种成分、并同时控制液体的大量移动的方法，该方法包括(a)提供根据本发明第三个方面的电泳系统；(b)向第一、第二、第三和第四电极区域添加缓冲剂或电解液；(c)向第一间隙体积添加试样；(e)在第一和第二电极之间施加电势，引起至少一种化合物从试样中移动穿过隔膜进入第二间隙体积中；(f)将含有所述化合物的试样从第一间隙体积或第二间隙体积传递到第三间隙体积中；(g)在第三和第四电极之间施加电势，引起第三间隙体积中的液体从试样中移动穿过隔膜进入邻近电场区域中，从而浓缩试样中的所述化合物；以及任选地(h)收集浓缩的试样；其中屏障隔膜控制液体的实质的大量进出第三间隙体积。
屏障隔膜能够防止液体大量流入一个或多个间隙体积的大量移动，或能引起液体流出间隙体积。
在一个优选实施方式中，将两个设备以这样的方式连接，即，使得进一步控制液体大量流入一个或多个间隙体积。第一设备根据本发明的第二个方面构造，其具有或不具有屏障隔膜，起到分离一种或多种选定化合物的作用。第二设备可根据本发明的第一个方面构造，其使得可以浓缩分离的成分。优选的，施加到各设备上的电势是单独控制的。在一个优选形式中，第一设备的第二间隙体积与第二设备的第一间隙体积流体连通。在使用中，当待分离的化合物移动到第一设备的第二间隙体积后，其随后被转移到第二设备的第一间隙体积，第二设备使得不需要的液体从分离的化合物中流出。这种双设备系统还起到试样浓缩器的作用，基本不损失液体或试样。
在另一优选实施方式中，两设备以这样的方式连接，即，使得进一步控制或防止液体大量流入一个或多个间隙体积。第一设备根据本发明的第二个方面构造，具有或不具有屏障隔膜，起到分离一种或多种选定化合物的作用。第二设备根据本发明的第一个方面构造，使得可以在电泳的过程中浓缩试样。优选的，施加到各设备上的电势是单独控制的。在这种优选形式中，包含试样的第一设备的第一间隙体积与第二设备的第一间隙体积流体连通。在使用中，试样在两设备之间循环，从而去除或减少在第一设备中电泳过程中液体的积累。待分离的化合物向第二设备的第一间隙体积运动，以便收集。该双设备系统还起到试样浓缩器的作用，基本不损失液体或试样。
根据第七个方面，本发明还涉及在从试样中分离一种或多种化合物的分离或电泳过程中，根据本发明第一或第二个方面的设备的使用。
根据第八个方面，本发明还涉及在从试样中分离或一种或多种化合物的分离或电泳过程中，根据本发明第三或第四个方面的方法的使用。
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在本说明书中，“包括”一词应被理解为含有所述元素、整数或步骤、或元素组、整数组或步骤组，而不排除任何其它元素、整数或步骤或元素组、整数组或步骤组，除非上下文需要另外的理解。
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为了使本发明能够被更清楚地理解，以下将参考附图和实施例描述本发明的优选形式。
图1为本发明第一实施方案的示意图。图1A示出了电极、电极区域和间隙体积的布置。图1B示出了两个隔膜相对于电极的定位。
图2是本发明第二实施方案的示意图。图2A示出了电极、电极区域和第一和第二间隙体积的布置。图2B示出了三个隔膜相对于电极的定位。
图3是本发明第三实施方案的示意图。图3A示出了电极、电极区域和第一、第二和第三间隙体积的布置。图3B示出了五个隔膜相对于两组电极的定位。
图4示出了CTA标定试验的聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)。
图5示出了采用CTA隔膜的内渗速度。
图6示出了CTA定向和内渗速度的比较。
图7示出了采用CTA隔膜的电内渗引起的体积减小速度。
图8示出了随着电压改变的牛血清蛋白(BSA)回收率。
图9示出了采用PVA1隔膜的电内渗引起的体积减小速度。
图10示出了电内渗引起的体积减小速度。
图11示出了具有用于控制内渗的流1浓缩机的两设备的管路(plumbing)。
图12示出了内渗速度和血纤蛋白原百分比回收率的比较。
图13示出了同时分离并浓缩牛脑组织均浆的牛蛋白感染素蛋白质(PrP)的聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分析，其中的分离和浓缩采用了基于隔膜的电泳技术和PVA1隔膜。A部分来源于电泳过程的试样的SDS-PAGE；B部分来源于采用抗-PrP R029(Prionics，瑞士)的电泳过程的试样的免疫印迹(Western blot)。S10为时间为0分钟时的流1；S1180为时间为180分钟时的流1；S20为时间为0分钟时的流2；S2180为时间为180分钟时的流2。
图14示出了本发明的第一构型，其使得能够同时浓缩和部分净化试样。
图15示出了部分净化的喂入流的浓缩的聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分析。
图16示出了包含去除的杂质的流的聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分析。
图17示出了本发明的第二构型，其使得能够同时浓缩和净化目标蛋白质，同时将杂质从喂入流中去除，并对喂入流的体积进行EEO控制。
图18示出了上述实验过程中浓缩的喂入流的聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分析，但同时去除杂质蛋白质。通过使喂入流中的成分单纯化，减少杂质从而强化了目标蛋白质向产品流的转移。
图19示出了净化和浓缩到流2中的目标蛋白质的聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分析。通过浓缩喂入流而维持向产品流中的转移速度。如果喂入流体积不减小，随着目标蛋白质在喂入流中的浓度降低，转移速度变慢。除非喂入流中的杂质也减少，否则这种体积减小会导致来自于增加的杂质浓度的干扰。
图20示出了本发明第三构型的示意图，第三构型中目标物转移到第二流中，喂入流被浓缩。
图21示出了本发明第四构型示意图，第四构型使得产品转移到流1中，同时将流2浓缩并净化到缓冲流或备选的第三流中，其中对流2的净化是可选的。
图22示出了本发明第五构型的示意图，第五构型中在喂入流的任一侧使用EEO隔膜从而强化浓缩效果，同时选择EEO隔膜的MMCO使得杂质转移离开目标蛋白质，其中目标蛋白质保留在中央喂入流中并在其中浓缩。
图23示出了本发明第六构型的示意图，第六构型采用两个基于隔膜的电泳设备，用于分别进行浓缩和净化。
图24示出了本发明第七构型的示意图，第七构型中目标蛋白质保留在喂入流中并在其中浓缩。
具体实施例方式
本发明涉及基于隔膜的电泳技术，有助于控制大量液体的转移/内渗。如图1A所示，在一个实施方案中，电泳设备110由第一和第二电极区域111、112组成，其中第一和第二电极区域111、112各自包含电极113、114，第二电极区域112相对于第一电极区域111设置，从而在电极112、113之间施加选定电势时，适于在它们之间的电场区域115中产生电场。设备110还包括第一间隙体积116，其由设置在电场区域115中的第一隔膜117和设置在第一电极区域111和第一个隔膜117之间的第二隔膜118限定。第一和第二隔膜117、118将第一间隙体积115从第一和第二电极区域111、112中分离出来。至少一个隔膜是屏障隔膜，其在电场的影响下能够控制液体的大量流动。在图1B中，将第一隔膜117作为屏障隔膜。可以理解的是，第二隔膜118可以形成为屏障隔膜。在图1中仅为方便起见，将第一电极113作为阴极，将第二电极114作为阳极。可将电极的极性颠倒，即第一电极113为阳极，第二电极114为阴极。
设备110包括用于将多种流体传递到第一电极区域111、第二电极区域112和第一间隙体积116的装置119、120、121，至少一种流体包含试样组分。设备100还可包括用于将选定电势施加到至少一个电场区域上的装置。选定电势的施加引起以下两种现象中的至少一种试样组分中任何液体的至少一部分移动通过至少一个隔膜进入相邻电极区域，和试样组分的至少一部分移动通过至少一个隔膜进入第一间隙体积内。一个或多个屏障隔膜控制液体实质地大量流入和流出第一间隙体积，这样部分浓缩的产品就收集并且/或保留在第一间隙体积内。
在使用中，试样放置在第一间隙体积116(也称为流1)内，缓冲剂或溶剂供给到电极区域111、112，向电场区域施加电势，引起水从试样中移动出来进入一个相邻电极区域。因此，通过驱动液体从试样中流出而浓缩试样。屏障隔膜实质上防止液体大量移动进入试样，电泳过程使得水和盐从试样中移动出来。
也可将试样放置在一个(或两个)电极区域中，在施加电势期间使得一种或多种化合物从试样中移动出来进入相邻间隙体积内。
如图2A所示，在另一实施方案中，电泳设备210由第一和第二电极区域211、212组成，其中第一和第二电极区域211、212各自包含一个电极213、214。第二电极区域212相对于第一电极区域211设置，从而在电极213、214之间施加选定电势时，适于在它们之间的电场区域215中产生电场。设备210还包括第一和第二间隙体积216、226。第一间隙体积216由设置在电场区域215中的第一隔膜217和设置在第一电极区域211和第一个隔膜217之间的第二隔膜218限定。第二间隙体积226由第二隔膜218和设置在第二电极区域212和第一隔膜217之间的第三隔膜219限定。第二隔膜218将第一间隙体积216从第一电极区域211分开，第三隔膜219将第二间隙体积226从第二电极区域212分开。第一、第二和第三隔膜217、218、219中的至少一个是屏障隔膜，其在电场的影响下能够实质上控制液体的大量流动。在图2B中，将第二隔膜218作为屏障隔膜。可以理解的是，可将第一隔膜217或第三隔膜219形成为屏障隔膜。在图2中仅为方便起见，将第一电极213作为阴极，将第二电极214作为阳极。可将电极的极性颠倒，即第一电极213为阳极，第二电极214为阴极。
该设备包括用于将多种流体传递到电极区域211、212和间隙体积216、226的装置219、220、221，其中至少一种流体包含试样组分。设备200还可包括用于将选定电势施加到至少一个电场区域上的装置。选定电势的施加引起以下两种现象中的至少一种试样组分中任何液体的至少一部分移动通过至少一个隔膜进入相邻电极区域，和试样组分的至少一部分移动通过至少一个隔膜进入至少一个间隙体积内。一个或多个屏障隔膜实质上控制液体大量流入和流出间隙体积，这样部分浓缩的产品就收集起来和/或保留在至少一个间隙体积内。
在使用中，试样放置在第一间隙体积(也称为流1)内，缓冲剂或溶剂供给到电极区域和第二间隙体积(流2)，向电场区域施加电势，引起试样中的至少一种成分移动到相邻电极区域中的缓冲剂/溶剂中，或移动到相邻的第二间隙体积内。屏障隔膜实质上防止液体移动进入试样。
可以理解的是，间隙体积的顺序可以颠倒，即试样放置在第二间隙体积(流2)内，缓冲剂或溶剂供给到电极区域和第一间隙体积，向电场区域施加电势，引起试样中的至少一种成分移动到相邻电极区域内，或移动到相邻的第一间隙体积(流1)内。
也可将试样放置在一个(或两个)电极区域中，在施加电势期间使得一种或多种成分进入一个或多个间隙体积内。
如图3所示，在另一实施方案中，电泳设备300由第一和第二电极区域311、312组成，其中第一和第二电极区域311、312各自包含一个电极313、314，第二电极区域312相对于第一电极区域311设置，从而在电极311、312之间施加选定电势时，适于在它们之间的电场区域中产生电场。设备300还包括第一和第二间隙体积316、326。第一间隙体积316由设置在电场区域中的第一隔膜317和设置在第一电极区域311和第一个隔膜317之间的第二隔膜318限定。第二间隙体积326由第一隔膜317和设置在电场区域312和第一隔膜317之间的第三隔膜319限定。第二隔膜318将第一间隙体积315从第一电极区域311分开，第三隔膜319将第二间隙体积326从第二电极区域312分开。
该设备包括用于将多种流体传递到电极区域和间隙体积的装置，其中至少一种流体包含试样组分。该设备还可包括用于将选定电势施加到至少一个电场区域上的装置。选定电势的施加引起以下两种现象中的至少一种试样组分中任何液体的至少一部分移动通过至少一个隔膜进入相邻电极区域，和试样组分的至少一部分移动通过至少一个隔膜进入至少一个间隙体积内。一个或多个屏障隔膜控制液体实质的大量流入和流出间隙体积，这样部分浓缩的产品就收集起来和/或保留在至少一个间隙体积内。
设备300还包括第三电极区域331和第四电极区域332，其中第三和第四电极区域331、332各自包含一个电极323、324。第四电极区域332相对于第三电极区域331设置，从而在电极之间施加选定电势时，适于在它们之间的电场区域中产生电场。设备300还包括第三间隙体积336，其由设置在电场区域中的第四隔膜327和设置在第三电极区域331和第四隔膜327之间的第五隔膜328限定。第四隔膜327和第五隔膜328将第三间隙体积336从第三和第四电极区域331、332分开。至少一个隔膜是屏障隔膜，其在电场的影响下能够控制液体的大量流动。
在图2中仅为方便起见，将第一电极313作为阴极，将第二电极314作为阳极，第三电极323作为阴极，第四电极324作为阳极。可将电极的极性颠倒，即第一和第三电极313、323为阳极，第二和第四电极314、324为阴极。同样，也可将第一和第四电极313、324作为阳极，第二和第三电极314、323作为阴极。
如图3A所示，两个设备连接起来形成根据本发明第三个方面的设备。第一设备承担某种形式的试样净化或分离，第二设备将部分净化的试样浓缩。也可根据本发明的第二方面构造第一设备，其中第一、第二或第三隔膜中的至少一个也为屏障隔膜，其能够在电场的影响下控制液体的大量移动。在这种形式中，能够控制液体流入或流出试样。
该设备包括用于将多种流体传递到第三电极区域、第四电极区域，和第三间隙体积的装置，其中至少一种流体包含来自于第一和第二间隙体积中至少一个的、部分浓缩的产品。该设备还可包括用于将选定电势施加到至少一个电场区域上的装置。选定电势的施加引起以下两种现象中的至少一种试样组分中任何液体的至少一部分移动通过至少一个隔膜进入相邻电极区域，和第一部分浓缩产品的至少一部分移动通过至少一个隔膜进入第三间隙体积内。一个或多个屏障隔膜控制液体的实质的大量流入和流出第三间隙体积，这样第二部分浓缩的产品就收集起来和/或保留在第三间隙体积内。
实验及其结果使液体穿过多孔隔膜从一个区域进入另一区域，该过程叫做内渗。内渗的要点是基于隔膜的电泳技术，并且通过对其进行控制可提高产品回收率、缩短运行时间并使试样浓缩。用于控制内渗的一种方法是通过电渗，在这种方法中，外部电源改变正在经历渗透或内渗的系统的速度。
为确定生物相容性隔膜，将三乙酸纤维素(CTA)隔膜用于一系列渗析试验，在这些试验中，CTA被确定为高内渗隔膜。由于CTA的高内渗速度，因此对其在控制内渗中的作用进行研究。还要做其它工作来研究PVA1隔膜的内渗速度。
需要对以下参数进行研究i)CTA内渗是否与电压相关；ii)PVA1内渗是否与电压相关；iii)CTA内渗是否与pH值相关；以及iv)CTA被引入基于隔膜的电泳技术是否可以提高产量、净化速度，和/或充当浓缩器。
材料由澳大利亚Gradipore有限公司生产的基于隔膜的电泳设备分子量截止值为5kDa、500kDa、700kDa和1500kDa的聚丙烯酰胺(PA)隔膜(Gradipore)5kDa、10kDa和20kDa三乙酸纤维素(CTA)隔膜(Sartorius)5％聚乙烯醇(PVA1)隔膜(Gradipore有限公司)67kDa pI～5的牛血清蛋白(BSA)，45kDa pI4.2的卵清蛋白，14kDapI4.7的胰蛋白酶抑制剂，和330kDa pI5.5血纤蛋白原。
CTA隔膜的分子量截止值标定确定10kDa和20kDa的CTA隔膜的分子量截止值，以用于基于隔膜的电泳技术中。10kDa和20kDa的CTA隔膜用于分离净化操作，在该操作中，将3mg/mL蛋白质混合物(在pH值为8.0的TB中的BSA、卵清蛋白和胰蛋白酶抑制剂各1mg/mL)放置在流1中，并在250V电压下分离45分钟进入流2。运行0分钟流1和45分钟流2的非还原(non-reduced)聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)，从而确定10kDa和20kDa的CTA隔膜的分子量截止值(图4)。
CTA标定实验的结果(图4)显示CTA隔膜的实际截止值对于10kDa隔膜为14kDa，对于20kDa CTA隔膜为45kDa。10kDa CTA隔膜的14kDa分子量截止值是从聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)中确定出来的，其中在45分钟电泳操作期间，穿过10kDa CTA隔膜后，仅观察到胰蛋白酶抑制剂(14kDa)。20kDa CTA隔膜的45kDa分子量截止值是从聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)中确定出来的，其中在45分钟电泳操作期间，胰蛋白酶抑制剂(14kDa)、卵清蛋白(45kDa)和少量BSA(67kDa)穿过20kDa CTA隔膜。
CTA隔膜定向CTA隔膜是不对称的，因此为使用CTA隔膜进行进一步试验，就需要分析5kDa、10kDa和20kDa CTA隔膜的定向(亮面朝上或朝下)和内渗速度。分别在双流和单流设备构型中对这些参数进行研究，以便确定哪种构型具有最高的内渗速度。在上述研究中，每隔5分钟记录体积的改变，并将BSA的初始量(1mg/mL)与BSA最终量进行比较。
试验数据显示，与其它CTA隔膜相比，在标准构型和单流构型中，5kDa CTA隔膜的内渗速度是最低的(见图5)。10kDa和20kDa隔膜的内渗速度相对较高，并且单流构型表现出比双流构型更高的内渗速度(见图5)。与5kDa和20kDa CTA隔膜相比，10kDa CTA隔膜在两种构型中的内渗速度最高。
因CTA隔膜是不对称的(亮面和暗面)，因此需要对不同的定向进行比较。结果显示5kDa CTA隔膜亮面朝上的内渗速度高于亮面朝下的内渗速度(图6)。但是对于10kDa和20kDa CTA隔膜，亮面朝下的性能比亮面朝上的性能稍好。总之，10kDa CTA隔膜具有较高的内渗速度。
总之，采用10kDa CTA隔膜的基于隔膜的电泳技术单流构型，在各种对称定位中产生的内渗速度最高。这就为采用CTA隔膜的以下试验过程提供了基础。为一致起见，以下所有CTA试验都采用单流构型、10kDa隔膜，且亮面朝上。
采用CTA隔膜的内渗与电压为确定内渗是否与电压有关，准备了一系列试验，在这些实验中，体积随电渗而改变。为研究CTA内渗是否与电压有关，以单流构型的形式装配一个电泳设备，其中缓冲罐中具有pH值为9.0的冷TB，并具有一个盒，该盒包括聚丙烯酰胺(PA)限制隔膜和顶部CTA分离隔膜，或体积控制屏障隔膜。50mL的1mg/mL BSA在设备的流2中经过所述盒运行30分钟。每隔5分钟测量体积的改变，用分光光度测定法(A280)确定出初始和最终的流2的浓度。从0V到300V(1A，300W)以50V的增量重复上述试验。
实验数据显示，随着电压的升高，体积减少的速度成线性增加(图7)。结果表明，结合作为体积控制屏障的CTA，内渗速度可以通过改变用于该过程的电压而进行控制，其中该过程的结果是大量液体的转移。但是随着电压的增加，回收的BSA的量减少了(图8)。BSA回收率的减小是由于增加的电压强制BSA进入PA限制隔膜中而造成的。
采用PVA1隔膜的内渗与电压为确定采用PVA1隔膜的内渗是否与电压有关，就需要进行采用上一部分中介绍的、用于CTA隔膜的方法的试验。
实验数据显示，随着电压的增加，体积减小的速度也在增加(图9)。但是这种关系的线性特性不如采用CTA隔膜所达到的那样明显。通过在一个具有BSA的单流构型的设备上采用200V电压，来比较CTA和PVA1的内渗速度，结果当采用PVA1时与采用CTA时相比，电内渗的速度增加了4倍。当采用PA隔膜时，电内渗速度没有变化。
采用CTA隔膜的内渗与pH值为确定电渗是否与pH值有关，将一系列试验进行比较，其中体积由于电内渗而减小。为研究CTA内渗隔膜是否与电压有关，以单流构型的形式装配一个电泳设备，其中缓冲罐中具有pH值为9.0的冷TB，并具有一个盒，该盒包括底部PA限制隔膜和顶部CTA分离隔膜和/或体积控制屏障隔膜。50mL的1mg/mL BSA在250V的电压下(1A，300W)，在设备的流2中穿过所述盒运行30分钟。每隔5分钟测量体积的改变，用分光光度测定法(A280)确定出初始和最终的流2的浓度。从pH值4.0到pH9.0，以0.5的pH值增量重复上述实验。
实验数据表明，随着pH值的增加，体积减小的速度增加(图10)。但是，各个缓冲剂具有自己的变化，这表明与pH值有关的内渗速度需要在个别的应用和缓冲剂体系中确定。
内渗控制与血纤蛋白原的分离为测试是否能对具有充电隔膜的内渗的速度进行控制，对具有高内渗速度的过程进行研究。所述具有高内渗速度的过程为从冷凝蛋白质中分离血纤蛋白原的过程。从冷凝蛋白质中分离血纤蛋白原的过程通常导致流1的体积增加5到8倍，同时在净化过程中将流体从流2中抽吸过来。为测试改变流1中流体积累的效果，采用四种不同的方法从库存冷凝蛋白质(制备1∶3稀释冷凝蛋白质库存溶液，并作为所有三种方法的开始材料)中分离血纤蛋白原。
方法1在250V电压下(1A，300W)，采用具有700-1500-700kDaPA隔膜盒的电泳设备的标准血纤蛋白原分离。将含有pH值为9.0的冷TB、30ml 1∶3稀释冷凝蛋白质库存溶液的缓冲罐放置在流1中，并将含有10mL pH值为9.0的TB放置在流2中。每隔15分钟记录流1中体积的改变，同时记录流2的分光光度测定(OD280)读数。每隔30分钟对流2进行收集，更换缓冲剂，并将电压反向2分钟(用于清理隔膜)。
方法2除了将顶部限制隔膜(700kDa PA隔膜)用10kDa CTA体积控制屏障隔膜代替以外，同方法1。
方法3采用两个基于隔膜的电泳设备，两设备具有独立的电源，并且如图11所示连接在一起。如在方法1中描述的那样准备并运行设备1(注意用500kDa限制隔膜代替700kDa限制隔膜)，但是，设备2构造为具有5kDa PA隔膜(底部)和10kDa CTA隔膜(顶部)的单流结构。通过用独立的电源控制内渗速度，将设备2连接到设备1的流1上，并且设备2起到流1浓缩器的作用。根据从上述与电压有关的试验中获得的数据，选择与方法1的内渗速度相匹配的电压。设备2的电压为250V(1A，300W)。
方法4除了用PVA1隔膜代替顶部限制隔膜以外，同方法1。
经研究发现，在血纤蛋白原分离过程中采用CTA将内渗的量(图12)减少了2(方法2)到6(方法3)倍。通过采用独立的电源和具有浓缩器盒的设备，不必改变电压(将电压设置成常量250V)就可将流1的内渗速度维持在较低的程度。与方法3不同，需要对方法1和2中流2的体积进行连续的监测并将其连续地加满。
从库存冷凝蛋白质溶液中，方法1分离出34.8％的血纤蛋白原，而方法2分离出42.6％的血纤蛋白原，方法3分离出53.5％的血纤蛋白原(图12)。总之，由于具有较高的百分比回收率和较小的内渗速度，因此方法2和3具有较高的商业适用性。
在血纤蛋白原分离过程中采用PVA1使得设备中蛋白质转移的速度增加了4倍(表1)。采用PVA1作为顶部限制隔膜以便减少电内渗，使得蛋白质转移率从44.7％增加到77.3％。这些结果也表明了使用PVA1可减少或改善回收时间。当采用PA隔膜时，120分钟后可回收32.5mg血纤蛋白原，而采用PVA1可在30分钟内回收36.1mg血纤蛋白原。因此使用PVA1在四分之一的时间内可回收更多的血纤蛋白原。
表1 血纤蛋白原分离过程中蛋白质转移的比较。该表将在血纤蛋白原分离过程中采用PAM和PVA1的结果进行比较。
采用PVA1薄膜同时分离并浓缩牛脑组织均浆的牛蛋白感染素蛋白质(PrP)基于隔膜的电泳法的另一应用包括采用PVA1隔膜作为将流1从第一电极区域分离出来的顶部限制隔膜，同时进行分离和浓缩牛脑组织均浆的牛蛋白感染素蛋白质(PrP)的应用。通常在包括PrP的分离试验中，电内渗会引起开始材料体积的增加。但是通过引入PVA1作为顶部限制隔膜，电内渗速度就会降低。
在图13中，提供了典型PrP分离和采用PVA1的PrP分离及浓缩的比较。图13中的A部分，来自于两个电泳试验的试样SDS-PAGE说明了蛋白质从流1转移到流2。图13的B部分是与抗-PrP R029(Prionics，瑞士)杂交的试样相对应的免疫印迹(western blot)。通常，PrP分离采用一个盒，并采用pH值为9.0的Tris硼酸盐缓冲剂(A部分，泳道1-4)，在250V电压下运行3个小时，其中该盒具有200kDa分离隔膜和两个5kDa限制隔膜，在上述条件下，PrP保持在流1中(B部分，泳道1-4)。当采用相同的条件，但用PVA1隔膜代替所述定限制隔膜时，就能从牛脑组织均浆中同时分离并浓缩PrP。
采用PVA1在实验结束时会导致流1的体积减少5倍，从而如由免疫印迹(Western blot)上的PrP带的强度增加(B部分)所检测出来的那样，导致PrP浓度显著增加。
结论采用具有10kDa CTA隔膜的单流构型电泳设备，在各种对称定位中，都能够产生最高的内渗速度。通过确定具有最高内渗速度的构型就能在试验中控制该速度。通过分析内渗是否与电压有关，说明随着电压的增加，体积减小的速度线性地增加。因此，通过电渗，增加系统电压可减小内渗的影响。pH值与内渗之间的关系表明各个缓冲体系具有其自身的变量，而且需要在个别应用的基础上对pH值进行研究，从而获得最好的分离和/或浓缩。
为测试内渗速度是否能够通过充电隔膜(CTA)进行控制，研究了具有高内渗速度的过程。该具有高内渗速度的过程为从冷凝蛋白质中分离血纤蛋白原的过程。用三个实验来研究内渗速度。第一个实验是对照，其确定出标准血纤蛋白原分离过程的内渗速度。第二个试验通过用CTA替换顶部PA限制隔膜来降低内渗速度。最后一个实验采用具有单流构型(CTA顶部隔膜和PA底部隔膜)的第二设备，其控制第一设备流1的体积。各设备具有自己的电源。因此，通过改变电压(与电渗速度相匹配)能够控制设备2中的电渗速度。这些实验的结果表明，能够控制流1的电渗速度，从而增加血纤蛋白原的总回收率并加快净化。
对内渗速度的控制也可应用到对包括PrP的研究中。采用PVA1说明了用于同时浓缩并分离PrP的一种方法。这种方法也可用于与蛋白感染素检测和诊断一起的产品净化。
用于单克隆抗体/重组体净化/浓缩的电内渗设备构型本发明尤其适用于蛋白质的同时净化和浓缩，其中所述蛋白质通过重组体或组织培养方法培育，并在较大的液体体积中以稀释的形式生产。使用根据本发明的方法和设备可采用多种可同时进行净化和浓缩/体积控制的构型。
净化过程可采取以下两种一般形式中的一种·将目标蛋白质从保留在喂入流(试样)中的杂质中转移出来·将杂质从保留在喂入流(试样)中的目标蛋白质中转移出来在第一种形式中，当目标蛋白质的浓度降低时，目标蛋白质转移的速度也会降低，导致净化变慢。内渗的影响也会增加喂入流的体积，使净化进一步变慢。对喂入流体积的浓缩/控制使得目标蛋白质的转移维持在可能的最高速度。
在第二种形式中，当喂入流中的杂质浓度降低时，净化也会变慢，从而延长净化时间。通过维持从目标蛋白质中转移杂质的速度，同时传送浓缩的目标蛋白质，使喂入流浓缩可加快净化的速度，其中产品在喂入流中积累。
这些技术可用于以低浓度存在于喂入流中的任何蛋白质(或其它化合物)，特别是通常在浓度为5到100μg/mL的组织培养基中培育的重组体和单克隆抗体(MAb)蛋白质。
可用基于隔膜的电泳设备的几种构型来影响产品的同时净化和浓缩，所述产品以较低的浓度存在于较大的体积中。
应用构型1浓缩和部分净化同时进行(图14)。
在具有一个试样流(流1)和一个分离流(流2)的单一设备中，采用具有电渗特性的顶部限制隔膜从大量稀释喂入流中抽吸水分。选择条件来满足将某些、或最好是所有的杂质转移到第二流中，而目标蛋白质(也可能是某些残留杂质)通过电内渗在喂入流中浓缩。
在这种方法的一例中，130mL喂入流在180分钟内浓缩到10mL(13倍浓缩)，而大量白蛋白和铁传递蛋白杂质被清除到第二流中。聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分析的结果显示在图15和图16中。在该实施例中，目标部分净化且产品显著浓缩。在所给出的例子中，组织培养上层清液中包含10％FCS。这种构型尤其适用于无血清培养基，在这种培养基中，目标蛋白质在总蛋白质中占有显著的比例。可通过改变分离隔膜和缓冲条件、以及电内渗隔膜的截止值而改进该方法。
在3小时内，抗体浓度增加了10多倍。在这期间内，通过将杂质转移到第二流中而使杂质的相对浓度降低(图16)。
图15和16中的数据表明杂质被从喂入流中选择性清除，而不损失目标蛋白质，这表明目标蛋白质的部分净化。
构型2随着喂入流中的杂质去除，将目标蛋白质同时浓缩和净化，以及对喂入流的体积进行电内渗控制(图17)。
采用两个设备，一个设备构造成从保留在喂入试样中的杂质中将目标蛋白质转移到分离的产品流中。在一个独立的设备中，采用一个具有电内渗的顶部限制隔膜的盒来浓缩喂入试样流，从而维持第一分离的设备中目标蛋白质的转移速度。在以下给出的例子中，第二设备也构造成为允许杂质从喂入流转移到第二设备的缓冲流中，从而去除喂入流中的杂质。
在这种方法的一例中，130mL喂入流在180分钟内浓缩到100mL，而白蛋白和铁传递蛋白杂质被清除到第二设备的缓冲流中。这使得目标蛋白质能够很好地净化，并通过将产品转移到小的流体积中而使产品显著浓缩，并净化和浓缩喂入流从而加快目标蛋白质的转移。在所给出的例子中，组织培养上层清液中包含10％胎牛血清(FCS)。这种方法可通过以下方法进行改进采用使得更大量的液体转移的电内渗隔膜，或采用能够向正电极抽吸液体的电内渗隔膜。
图18示出以上试验结果的聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分析。喂入流在实验过程中浓缩，但同时也损失杂质蛋白质。通过使喂入流中的成分单纯化，去除杂质，从而强化了目标蛋白质向产品流的转移。
图19示出了上述试验最终净化结果的聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)。目标蛋白质被净化并浓缩到产品流中。通过浓缩喂入流而维持向产品流的转移速度。随着喂入流中的目标蛋白质浓度的降低转移速度变慢，除非喂入流体积减小。这种体积减小会导致来自于增加的杂质浓度的干扰，除非喂入流中的杂质也去除。
下面介绍几种可替换构型，在这些构型中，可采用电内渗来从稀释的原材料中净化并浓缩目标蛋白质。
构型3将目标转移到第二流中，浓缩喂入流。
构造如图20所示的单个设备，其具有一个包含待处理试样的试样流(流1)，以及选定成分通过电泳转移到其中的分离流(流2)。采用具有电内渗特性的顶部限制隔膜从试样流中抽吸水分。选择条件来满足部分、或理想的是全部选定化合物转移到第二流中，而试样在喂入流中通过电内渗浓缩，从而维持产品流的流量。
构型4将产品转移到流1中，同时浓缩并可选地净化流2，其中杂质转移到缓冲剂流或可选的第三流中。
构造如图21所示的单个设备，其具有一个包含待处理试样的试样流(流1)，以及选定成分通过电泳转移到其中的分离流(流2)。采用具有电内渗特性的顶部限制隔膜从试样流中通过第三隔膜抽吸水分。选择条件来满足部分、或理想的是全部选定化合物转移到第二流中，而试样在喂入流中通过电内渗浓缩，从而维持试样流中混合物的流量。
构型5在喂入流的任一侧采用电内渗隔膜从而加强浓缩效果，选择分子量截止值使得杂质从目标蛋白质中转移出来，其中目标蛋白质保留在中央喂入流中并在其中浓缩。
构造如图22所示的单个设备，其具有一个包含待浓缩和净化试样的试样流(流1)，以及水和不需要的杂质通过电泳转移到其中的上部流和下部流(流2和3)。两个具有电内渗特性的顶部限制隔膜形成试样流，并用于将水分从试样流推向上部流和下部流。选择条件来满足部分、或理想的是全部杂质转移到第二或第三流中，而试样在喂入流中通过电内渗浓缩。
构型6采用两个电泳设备分别进行浓缩和净化。
本例采用两个设备，如图23所示。一个设备构造成将目标蛋白质从保留在试样流中的杂质中转移到分离的产品流中。在一个独立的设备中，用一个具有电内渗顶部限制隔膜的盒形成两个流，用于浓缩试样流、去除杂质并维持第一分离设备中的目标蛋白质的转移速度。
构型7构造如图24所示的单个设备，其具有一个包含待浓缩和净化试样的试样流(流1)。采用具有电内渗特性的限制隔膜将水分从试样流推向一个电极区域，从而形成浓缩试样。
根据目标蛋白质和喂入流杂质的构成，采用不同的沿需要的方向抽吸大量液体的隔膜化学性质和缓冲剂组合，将隔膜分子量截止值调节到可获得杂质或目标蛋白质的最优转移，很多其它构型都可采用。
本领域普通技术人员可以理解的是，在没有离开如广泛描述的本发明精神和范围的情况下，可对如特定例中示出的本发明进行多种改变和/或修改。因此，以上例子应被视为是说明性而非限制性的。
权利要求
1.一种电泳设备，包括(a)第一电极区域中的第一电极；(b)第二电极区域中的第二电极，第一电极相对于第二电极设置，从而在第一电极和第二电极之间施加电势时，适于在它们之间的电场区域中产生电场；(c)设置在电场区域中的第一隔膜；(d)第二隔膜，设置在第一电极区域和第一隔膜之间，从而在它们之间限定第一间隙体积；其中第一隔膜与第二隔膜将第一间隙体积从第一电极区域和第二电极区域中分离出来，其中至少一个隔膜是屏障隔膜，能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动；(e)适于将液体传递到第一电极区域和第二电极区域的装置；和(f)适于将试样组分传递到第一间隙体积的装置；其中，施加电势时，引起液体从试样组分通过至少一个隔膜运动到邻近电极区域中，并且至少一个隔膜防止液体实质地大量移动到试样中。
2.根据权利要求1的设备，还包括(g)适于去除设备中产生的热量的装置。
3.根据权利要求1的设备，其中形成能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动的屏障的至少一个隔膜是可诱导的电内渗隔膜。
4.根据权利要求3的设备，其中可诱导的电内渗隔膜选自三乙酸纤维素、聚乙烯醇，和与戊二醛交联的聚(乙烯醇)。
5.根据权利要求4的设备，其中可诱导的电内渗隔膜具有限定的孔隙尺寸。
6.根据权利要求5的设备，其中隔膜的限定孔隙尺寸为从约5到约1000kDa。
7.根据权利要求1的设备，其中屏障隔膜邻近第一或第二电极区域的其中一个。
8.根据权利要求1的设备，其中一个或多个隔膜为具有限定孔隙尺寸的电泳分离隔膜。
9.根据权利要求8的设备，其中电泳分离隔膜由聚丙烯酰胺制成。
10.根据权利要求9的设备，其中隔膜的限定孔隙尺寸为从约1到约2000kDa。
11.一种电泳设备，包括(a)第一电极区域中的第一电极；(b)第二电极区域中的第二电极，第一电极相对于第二电极设置，从而在第一电极和第二电极之间施加电势时，适于在它们之间的电场区域中产生电场；(c)设置在电场区域中的第一隔膜；(d)第二隔膜，设置在第一电极区域和第一隔膜之间，从而在它们之间限定第一间隙体积；(e)第三隔膜，设置在第二电极区域与第一隔膜之间，从而在它们之间限定第二间隙体积；其中第二隔膜将第一间隙体积从第一电极区域中分离出来，第三隔膜将第二间隙体积从第二电极区域中分离出来，其中至少一个隔膜是屏障隔膜，能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动；(f)适于将液体传递到第一电极区域、第二电极区域和第二间隙体积的装置；和(g)适于将试样组分传递到第一间隙体积的装置；其中，施加电势时，引起一种或多种成分从试样组分通过至少一个隔膜运动到邻近电极区域或间隙体积中，并且至少一个隔膜实质上防止液体大量移动到试样中。
12.根据权利要求11的设备，还包括(h)适于去除设备中产生的热量的装置。
13.根据权利要求11的设备，其中形成能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动的屏障的至少一个隔膜是可诱导的电内渗隔膜。
14.根据权利要求13的设备，其中可诱导的电内渗隔膜选自三乙酸纤维素、聚乙烯醇，和与戊二醛交联的聚(乙烯醇)。
15.根据权利要求14的设备，其中可诱导的电内渗隔膜具有限定的孔隙尺寸。
16.根据权利要求15的设备，其中隔膜的限定孔隙尺寸为从约5到约1000kDa。
17.根据权利要求11的设备，其中屏障隔膜邻近第一或第二电极区域的其中一个。
18.根据权利要求11的设备，其中一个或多个隔膜为具有限定孔隙尺寸的电泳分离隔膜。
19.根据权利要求18的设备，其中电泳分离隔膜由聚丙烯酰胺制成。
20.根据权利要求19的设备，其中隔膜的限定孔隙尺寸为从约1到约2000kDa。
21.一种电泳系统，包括(a)第一电极区域中的第一电极；(b)第二电极区域中的第二电极，第一电极相对于第二电极设置，从而在第一电极和第二电极之间施加第一电势时，适于在它们之间的电场区域中产生第一电场；(c)设置在第一电场区域中的第一隔膜；(d)第二隔膜，设置在第一电极区域和第一隔膜之间，从而在它们之间限定第一间隙体积；(e)第三隔膜，设置在第二电极区域与第一隔膜之间，从而在它们之间限定第二间隙体积，其中第二隔膜将第一间隙体积从第一电极区域中分离出来，第三隔膜将第二间隙体积从第二电极区域中分离出来；(f)适于将液体传递到第一电极区域、第二电极区域和第二间隙体积的装置；(g)适于将试样组分传递到第一或第二间隙体积的其中一个的装置；其中，施加第一电势时，引起一种或多种成分从试样组分通过至少一个隔膜运动到邻近的第一或第二间隙体积中；(h)第三电极区域中的第三电极；(i)第四电极区域中的第四电极，第三电极相对于第四电极设置，从而在第三电极和第四电极之间施加第二电势时，适于在它们之间的第二电场区域中产生第二电场；(j)设置在第二电场区域中的第四隔膜；(k)第五隔膜，设置在第三电极区域和第四隔膜之间，从而在它们之间限定第三间隙体积；其中第四和第五隔膜将第四间隙体积从第三和第四电极区域中分离出来，以及其中第四和第五隔膜中的至少一个是屏障隔膜，能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动；(l)适于将液体传递到第三电极区域和第四电极区域中的装置；和(m)适于将试样组分从第一或第二间隙体积传递到第三间隙体积的装置；其中，施加第二电势时，引起液体通过第四或第五隔膜的至少一个隔膜从试样组分中运动到邻近电极区域中；其中屏障隔膜防止液体实质地大量移动到试样中。
22.根据权利要求21的系统，还包括(n)适于去除设备中产生的热量的装置。
23.根据权利要求21的系统，其中形成能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动的屏障的至少一个隔膜是可诱导的电内渗隔膜。
24.根据权利要求23的系统，其中可诱导的电内渗隔膜选自三乙酸纤维素、聚乙烯醇，和与戊二醛交联的聚(乙烯醇)。
25.根据权利要求24的系统，其中可诱导的电内渗隔膜具有限定的孔隙尺寸。
26.根据权利要求25的系统，其中隔膜的限定孔隙尺寸为从约5到约1000kDa。
27.根据权利要求21的系统，其中屏障隔膜邻近多个电极区域的其中一个。
28.根据权利要求21的系统，其中一个或多个隔膜为具有限定孔隙尺寸的电泳分离隔膜。
29.根据权利要求28的系统，其中电泳分离隔膜由聚丙烯酰胺制成。
30.根据权利要求29的系统，其中隔膜的限定孔隙尺寸为从约1到约2000kDa。
31.一种用于浓缩试样的方法，该方法包括(a)提供一种电泳设备，该设备包括第一电极区域中的第一电极；第二电极区域中的第二电极，第一电极相对于第二电极设置，从而在第一电极和第二电极之间施加电势时，适于在它们之间的电场区域中产生电场；设置在电场区域中的第一隔膜；第二隔膜，设置在第一电极区域和第一隔膜之间，从而在它们之间限定第一间隙体积；其中第一隔膜与第二隔膜将第一间隙体积从第一电极区域和第二电极区域中分离出来，其中至少一个隔膜是屏障隔膜，能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动；适于将液体传递到第一电极区域和第二电极区域的装置；和适于将试样组分传递到第一间隙体积的装置；(b)向第一和第二电极区域中添加缓冲剂或溶剂；(c)向第一间隙体积中添加试样；(d)在电极之间施加电势，引起试样中的液体移动穿过一个隔膜进入相邻电极区域；以及可选地(f)获得浓缩的试样；其中屏障隔膜使得液体从试样中大量移动出来。
32.一种用于从试样中移动至少一种成分、并同时控制液体的大量移动的方法，该方法包括(a)提供一种电泳设备，包括第一电极区域中的第一电极；第二电极区域中的第二电极，第一电极相对于第二电极设置，从而在第一电极和第二电极之间施加电势时，适于在它们之间的电场区域中产生电场；设置在电场区域中的第一隔膜；第二隔膜，设置在第一电极区域和第一隔膜之间，从而在它们之间限定第一间隙体积；第三隔膜，设置在第二电极区域与第一隔膜之间，从而在它们之间限定第二间隙体积；其中第二隔膜将第一间隙体积从第一电极区域中分离出来，第三隔膜将第二间隙体积从第二电极区域中分离出来；其中至少一个隔膜是屏障隔膜，能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动；适于将液体传递到第一电极区域、第二电极区域和第二间隙体积的装置；和适于将试样组分传递到第一间隙体积的装置；(b)向第一和第二电极区域添加缓冲剂或溶剂；(c)向第一间隙体积添加试样；(d)向第二间隙体积添加缓冲剂或液体；(e)在电极之间施加电势，引起至少一种成分从试样中移动通过隔膜进入邻近电极区域或间隙体积；以及可选地(f)收集从试样中移动出来的成分；其中屏障隔膜控制液体的实质地大量流入或流出一个或多个间隙体积。
33.一种用于从试样中移动至少一种成分、并同时控制液体的大量移动的方法，该方法包括(a)提供一种电泳系统，包括第一电极区域中的第一电极；第二电极区域中的第二电极，第一电极相对于第二电极设置，从而在第一电极和第二电极之间施加第一电势时，适于在它们之间的电场区域中产生第一电场；设置在第一电场区域中的第一隔膜；第二隔膜，设置在第一电极区域和第一隔膜之间，从而在它们之间限定第一间隙体积；第三隔膜，设置在第二电极区域与第一隔膜之间，从而在它们之间限定第二间隙体积；适于将液体传递到第一电极区域、第二电极区域和第二间隙体积的装置；适于将试样组分传递到第一或第二间隙体积的其中一个的装置；第三电极区域中的第三电极；第四电极区域中的第四电极，第三电极相对于第四电极设置，从而在第三电极和第四电极之间施加第二电势时，适于在它们之间的第二电场区域中产生电场；设置在第二电场区域中的第四隔膜；第五隔膜，设置在第三电极区域和第四隔膜之间，从而在它们之间限定第三间隙体积；其中第四和第五隔膜将第四间隙体积从第三和第四电极区域中分离出来，其中第四和第五隔膜中的至少一个是屏障隔膜，能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动；适于将液体传递到第三电极区域和第四电极区域中的装置；和适于将试样组分从第一或第二间隙体积传递到第三间隙体积的装置；(b)向第一、第二、第三和第四电极区域添加缓冲剂或电解液；(c)向第一间隙体积添加试样；(d)向第二间隙体积添加缓冲剂或液体；(e)在第一和第二电极之间施加电势，引起至少一种成分从试样中移动穿过隔膜进入第二间隙体积中；(f)将含有来自第一间隙体积或第二间隙体积的化合物的试样传递到第三间隙体积中；(g)在第三和第四电极之间施加电势，引起第三间隙体积中的液体从试样中移动穿过隔膜进入邻近电场区域中，从而浓缩试样中的化合物；以及可选地(h)收集浓缩的试样；其中屏障隔膜控制液体实质地大量移动进入第三间隙体积。
全文摘要
一种电泳设备，包括(a)第一电极区域中的第一电极；(b)第二电极区域中的第二电极，第一电极相对于第二电极设置，从而在第一电极和第二电极之间施加电势时，适于在它们之间的电场区域中产生电场；(c)设置在电场区域中的第一隔膜；(d)第二隔膜，设置在第一电极区域和第一隔膜之间，从而在它们之间限定第一间隙体积；其中第一隔膜与第二隔膜将第一间隙体积从第一电极区域和第二电极区域中分离出来，以及其中至少一个隔膜是屏障隔膜，能够在电场的影响下控制液体的实质的大量移动；(e)适于将液体传递到第一电极区域和第二电极区域的装置；和(f)适于将试样组分传递到第一间隙体积的装置；其中，施加电势时，引起液体从试样组分通过至少一个隔膜运动到邻近电极区域中，并且至少一个隔膜防止液体大量移动到试样中。
文档编号C07K1/26GK1482939SQ01821131
公开日2004年3月17日 申请日期2001年12月21日 优先权日2000年12月21日
发明者菲利普·约翰·勒斯, 史蒂文·安东尼·博托, 本杰明·约翰·柯利, 舍尼切利·哈里哈兰·奈尔, 安东尼 博托, 约翰 柯利, 利 哈里哈兰 奈尔, 菲利普 约翰 勒斯 申请人:格拉迪普有限公司