电泳分离方法与流程

本发明涉及井清理装置，以及更具体来说涉及电泳分离方法和具有改进操控的井清理单元。

背景技术：

电泳是对于分析的常用的方法，其中带电分子和粒子在通常为凝胶的分离媒介中迁移，该媒介经受两个电极之间的电场。蛋白质的分离可通过等电点(pI)、分子量、电荷或者这些因素的组合进行。

分离凝胶通常放置在支承上，以及凝胶的两个相对端与以溶液或刚性形式的电极缓冲剂相接触。电极可插入包含电极缓冲剂的器皿中。缓冲剂溶液形成电解媒介以及用于离子的贮存器，以使pH和其他参数保持恒定。在分离之后，按照不同方式检测和识别分子：例如通过对凝胶染色或者通过例如通过激光扫描仪等对染色凝胶或贴标签机样本进行扫描或成像的光学手段视觉地进行。

凝胶电泳当今常规地用于分离生物分子，例如蛋白质、肽、核酸等。样本在不同类型的筛选、识别(细胞发信号、表达和净化)或者在临床测试中操控。蛋白质样本能够从例如人类、哺乳动物组织、细胞溶菌或细菌、昆虫或酵母细胞系统来得出。不同类型的分子的电泳条件是不同的，并且在许多情况下必须适配。因此，常常必须为每种类型的样本选择凝胶和缓冲剂溶液。

采用荧光染料来标记蛋白质已成为用于跟踪和量化蛋白质的选择方法。荧光标记导致良好灵敏度和宽线性检测范围。它还提出对蛋白质染色方法的便利备选方案，并且是对放射性标记的更安全选项。

染料和标记条件的选择取决于应用。对于免疫应用、例如抗体标记，重要的是获得高信号强度，并且相应地优化染料与蛋白质比率。对于电泳，还必需使用适当的染料与蛋白质比率，在这种情况下以获得高信号强度和锐电泳条带。此外，对于等电聚焦(IEF)电泳，必需使用电荷匹配染料，以便不改变蛋白质的等电点。电泳的预标记是众所周知的(参见例如1986,牛津,Clarendon出版社由Anthony T. Andrews 发表的“Electrophoresis”)。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供用于电泳分离的新方法、自动化电泳系统和样本液体去除装置，所述方法、系统和装置克服了现有技术的一个或多个缺陷。这通过如独立权利要求中限定的电泳凝胶单元来实现。

关于本发明的一个优点在于，它提供电泳分离结果的改进质量。

通过参照下面详细描述和附图，将获得对本发明以及本发明的另外特征和优点的更全面理解。

附图说明

图1是按照一个实施例的电泳盒的示意透视图。

图2a至图2f示出图1的电泳盒的组件。

图3示出具有附连到支承框架的顶面的凝胶构件的电泳凝胶单元。

图4示出与用于使用其运行电泳实验的电泳盒相容的电泳托盘的示意图。

图5示出供与图4的电泳托盘一起使用的缓冲垫的示意图。

图6至图9示意示出涉及使用电泳盒和相容电泳设备来执行电泳分离实验的步骤。

图10至图15示意示出本发明的实施例。

图16和图17示出实验结果。

具体实施方式

在遍及本公开中，电泳凝胶的分离区定义为凝胶的部分,其中样本的分离种类在完成电泳运行之后被定位。

图1是WO2014/007720中详细公开的电泳盒10的透视图，通过引用将WO2014/007720全部结合到本文中。下面参照盒10及关联特征来公开本发明，但是应当理解，本发明可涉及其他电泳盒或装置的使用。盒10包括盒壳体20、可分离凝胶支承框架30、沿区段方向(section-wise)可拆卸底片40和可拆卸样本井盖50。图1示出组装状态中的电泳盒。凝胶盒10在其中限定用于模塑用于电泳分离的平坦凝胶构件36的凝胶室。

图2a和图2b示出盒壳体20,其中移开了盒的其他组件。图2a是顶视图，而图2b从下面示出盒壳体20。盒壳体20通常由薄上壁60(其具有上面65和下面66)和边70(其围绕其周边从上壁60向下凸出，边70具有底面80和内壁75)来组成。上壁60的下面66和边70的内壁75基本上限定凝胶室，其可通过将支承框架30和可拆卸底片40附连到边70的下面80来从下面闭合，如图1示出并且下面将更详细论述。在所公开的实施例中，在盒10中模塑的凝胶构件36的厚度将与边的内壁75的高度基本上相同。在所公开的实施例中，上壁60具有均匀厚度，由此凝胶构件36也将具有均匀厚度，只要支承框架30和可拆卸底片40如同所公开的实施例中一样是平坦的。凝胶的厚度优选地适合特定凝胶类型和所使用的缓冲系统以及电泳步骤中涉及的预期电流。

所公开盒10提供有10个样本井开口110用于实现将样本装载到凝胶构件36上用于分离，每个样本井开口110对应于分离期间的一个电泳通道。样本井开口110的数量和形状可根据电泳盒的实际尺寸、分离的类型和电泳凝胶类型等而变化。可存在1与例如100之间的任何适当数量的样本井开口110。

图1中，样本井开口110由可拆卸样本井盖50(其在图2c和图2d中更详细公开)来覆盖。样本井盖50布置成安装在井开口110之上，并且在模塑过程和存储期间将它们保持闭合。在将样本装载到样本井110中之前，移开井盖50，以打开样本井110。在所公开的实施例中，井盖50包括井形成凸起部52，其被形成以按照配合关系安装在样本井开口110中，以便基本上提供与其的密封交互，以避免模塑期间的凝胶溶液的泄漏以及空气在存储期间进入盒中。按照一个实施例，井形成凸起部52设计成在上壁60的下面66下面延伸到凝胶构件36中，以形成在移开时延伸到凝胶构件36中的样本井。在另一个实施例中，井形成凸起部52被设计,使得它们与上壁60的下面66齐平，以便提供凝胶构件36的基本上平坦表面，并且其中样本井通过样本井开口110来形成。在一个实施例中，样本井盖50布置成相对于上壁60的上面65或者其组合密封。

按照所公开的实施例，可分离凝胶支承框架30可分离地附连到边70的底面80，以及沿区段方向可拆卸底片40又附连/层压到凝胶支承框架30的底部。凝胶支承框架30和底片40共同提供下壁，其闭合电泳室和超填室100用于模塑和存储。如图2e示出，凝胶支承框架30的所公开的实施例包括两个缓冲剂缓冲切口150a和150b以及分离区窗口160，各通过底片40的相应可拆卸区段210a-c从下面覆盖，在图2f中示出。通过选择适当材料组合和粘合技术，底片40可层压到凝胶支承框架30的底面，使得相应区段210a-c能够例如通过操作员抓住并且拉取相应剥离片(peel tab)211a-c来移开。如下面将更详细论述，为了运行电泳实验，移开底片40的区段210a和210b，以便将凝胶放置成与电泳设备中的缓冲垫相接触。在电泳运行之后，以及为了提供对凝胶构件36的分离区的访问用于传递/吸出和探测，移开区段210b，以便经过分离区窗口160显现凝胶。

为了在电泳运行之后的步骤中极大地改进凝胶构件36的操控，凝胶支承框架30设计成在从盒10移开之后保持为附连到凝胶构件36。支承框架30由适当刚性材料来形成，以保持凝胶的形状，并且通过提供没有被凝胶构件所覆盖的可访问夹紧部分来促进凝胶构件36的操控。在底片40的区段210c的移开之后，凝胶构件36的分离区的下面是经过分离区窗口160可访问的。

支承框架30还包括具有限定支承框架30的对齐的位置参考的预定义对齐结构的对齐标签180。在所公开的实施例中，采取两个对齐孔190a和190b的形式的对齐结构布置成确保盒10和/或支承框架30相对于电泳设备等中例如包括2个插销的互补对齐结构正确对齐。此外，支承框架30适当地提供有标识码200等，其将使得有可能在按照安全方式从盒10移开了凝胶构件36之后也读取它的身份。标识码200例如可以是作为条形码、矩阵码等的机器可读代码，并且为用户和/或仪器提供相关信息。

图3示出例如通过具有附连到与盒壳体20分离的其顶面的凝胶构件36的支承框架30所形成的电泳凝胶单元35。这样形成的凝胶构件36是基本上平坦构件，其具有如先前所定义的上和下面以及样本分离区。支承框架30布置成保持凝胶构件36的形状并且促进凝胶构件36的操控，而同时被形成以允许访问与分离区基本上对应的凝胶构件的上和下面的区段。如下面将示出，在任一面处的区段凝胶构件36的可访问区段可大于分离区，但是为了允许分离样本通过免疫印迹从凝胶构件36正确传递到例如印迹膜，在任一面处的可访问区段不应当是更小的。

图4示出与用于使用其运行电泳实验的电泳盒10相容的电泳托盘300的示意图。图4中，托盘300公开为独立特征，但是它可便利地是电泳设备的组成部分，以及它可由若干组件来组成和/或包括两个或多个盒位置，用于并行地运行两个或多个电泳实验。托盘300包括盒支承表面310，用于在电泳期间支承至少电泳盒10的分离区。盒支承表面310分别通过一对缓冲垫保持器320a和320b来侧接，缓冲垫支架每个布置成在电泳盒10的背面处将缓冲垫322保持在相对于缓冲连接区段的配合位置中。按照一个实施例，托盘300包括热传递单元(未示出)，其连接到盒支承表面310，以便在电泳期间通过与电泳盒10的后表面的区段的热传递接触来控制电泳盒10的温度。在所公开的实施例中，托盘300包括：平坦顶部表面，其具有形成为其中的两个单独凹口的两个缓冲垫保持器320a和320b；以及对齐结构330，其形成为支承框架30的对齐标签180的互补，以确保托盘上的盒10的正确取向。在所公开的实施例中，对齐结构330由延长插销340a，圆形插销340b和可选壁构件345来组成。通过制作不同截面形状的插销340a和340b，使对齐结构是不对称的，由此确保对齐标签180和盒10的正确取向。当盒10在托盘300上正确定位时，支承框架30的缓冲切口150a和150b定位在相应缓冲室320a和320b处，以便实现经过缓冲切口150a和150b(其中移开了底片40的相应可拆卸区段210a和210b)所暴露的凝胶与缓冲垫322(图5a和图5b中示意示出，放置在相应缓冲垫保持器320a和320b中)之间的配合接触，如图8a、图8b和图8c中示意示出。

按照一个实施例，图5a和图5b中示意公开的缓冲垫322包括容纳缓冲条324和电极布置325的杯座323。图5b示出图5a的截面图。杯座还包括外部电连接器326，用于将电极布置325连接到电泳设备的功率源。因此，托盘300提供有互补电连接器(未示出)。杯座323被形成以安装到缓冲垫保持器320a和320b中，使得缓冲条324的顶部部分能够放置成与放置于托盘300上的盒中的凝胶相接触。缓冲条324可由结合在凝胶材料(例如WO 87/04948中公开的类型)中的缓冲物质来组成。通过将缓冲条324放置在杯座323中，例如与将凝胶条直接放置在缓冲凹口中相比，极大地促进改变电泳运行之间的缓冲媒体。如图5b中公开，凝胶条324可形成有升高区段，以促进到盒10中的凝胶的接触。

图6b和图6c示出托盘300和具有放置在其中的缓冲垫322的缓冲垫保持器320a的示意侧视图，并且其中电泳盒10在将要对接到托盘300上的位置中略微升高到高于托盘300的盒支承表面310。为了确保在电泳的背面处的缓冲连接区段与缓冲垫之间的正确配合接触，缓冲垫和缓冲连接区段的配合可偏置一定程度。这对于一些凝胶/垫组成可以是特别重要的，其中一个可获得例如水从垫到凝胶中的质量传递，由此缓冲垫322将收缩。通过相对于凝胶来偏置缓冲垫322，可实现这类状况。通过为缓冲垫322的凝胶成分选择适当材料性质，它们可由能够至少部分提供偏置的配合的适当弹性材料来组成。在一个实施例中，偏置的配合可通过提供因其形状而允许某种程度的压缩的特定形状的缓冲条来实现。在图6b和图6c所公开的实施例中，弹簧元件327引入缓冲垫保持器320a中，以便与缓冲条的材料特性和与图6c所公开的相同形状相结合来提供偏置的配合。

图7至图9示意示出涉及的使用电泳盒10和相容电泳设备350来执行电泳分离实验的步骤。一些步骤的个别顺序可变化。

缓冲垫322放置在托盘300的缓冲垫保持器320a和320b中。(图6)。

底片40的可拆卸区段210a和210b分别通过拉取剥离片211a和211b从盒10移开，由此凝胶构件36分别经过支承框架30的缓冲切口150a和150b来暴露。(图7)

移开样本井盖50，以暴露样本井110(图7)。

盒10定位在托盘300上，其中支承框架30的对齐标签180定位在互补对齐结构330中，使得确保托盘300上的盒10的正确取向。(图8)

样本例如通过吸液管360等装载到样本井110中。(图9)

使用电泳设备350来执行电泳过程。(图9)

图9中，示意公开的电泳设备350提供有携带电泳托盘300的托盘装载机构370。按照一个实施例，电泳设备350包括荧光成像单元(未示出)，用于直接在设备中对分离的结果进行成像。以这种方式，电泳盒10无需在分离之后移动到单独成像单元。如上所述，所公开的盒可通过适当材料选择设计用于成像，并且设计成避免不合需要的光学效应，例如通过盒的部件所发射的荧光、图像失真等。关于盒10以及具有凹陷在托盘中的缓冲垫322的电泳托盘300的所公开的实施例的一个益处在于，所得到的电泳设置具有低剖面，由此成像单元可在凝胶附近进行操作，以增加灵敏度和分辨率，并且避免负面光学效应。在所公开的实施例中，电泳托盘300在基本上水平位置中示出，其中凝胶盒10布置在其顶部。但是应当注意，电泳托盘300以及凝胶盒10可被布置供在其他取向、例如垂直或者甚至倒置中使用。

在使用预标记样本时的电泳分离过程中，常常期望使用过度量的标记化合物、例如Cy染料等，以便确保待标记样本的有效标记过程。本发明人观察到，如果仅过量标记的百分比或者甚至更少没有在待分离的样本组分前部迁移，则过量标记使分离区脱色，其中样本组分作为分离的“条带”存在。特别是当运行具有低量的小型的样本组分的样本、例如小蛋白质等时，过量标记可隐藏来自凝胶构件的分离区的部分中的这类样本的信号，并且使视觉印象极差。此外，大样本体积可逐步扩大问题。更进一步，在大样本体积的情况下，由于使所有样本组分从样本液体迁移到凝胶构件中所需的延长时帧，还注意，与样本组分关联的条带可变宽。对后染色样本也观察到这种情况。

本发明通过提供下列附加步骤来提供对这些问题的解决方案：停止在样本组分已经“装载”到凝胶构件上时的阶段根据用于电泳分离的常规方法将样本组分装载到分离凝胶中，并且由此在后一阶段阻止过量标记被装载到凝胶构件上。已经证明，取决于特定分离参数，在预定时间之后去除井中剩余的溶液或多或少消除关于分离区中的过量标记的问题。此外，其他干扰如同可作为电泳分离中的干扰出现的“火焰”、钩和条纹通过这种清理方法显著降低。除了实现以少量的小型的样本组分、例如小蛋白质的检测之外，这种清理还使得有可能应用较大样本体积，而没有来自过量标记的负面影响，这是在样本的蛋白质浓度较低时采取的常见措施。

本发明可与可关联于电泳分离所使用的基本上任何类型的标记(例如荧光标记、放射性标记等)一起使用，并且与可使用电泳分离技术来分离的任何类型的样本一起使用。荧光标记使用荧光团的化学活性衍生物来实现。常用活性基包含：

异硫氰酸盐衍生物、例如FITC和TRITC(荧光素和若丹明的衍生物)朝伯胺是活性的，以形成感兴趣化合物与染料之间的硫脲基键合。

琥珀酰亚胺酯、例如NHS荧光素朝氨基是活性的，以形成酰胺键。

马来酰亚胺激活荧光团、例如荧光素-5-马来酰亚胺易于与巯基发生反应。巯基添加到马来酰亚胺的双键。

在寡核苷酸合成中，包含保护荧光素和其他荧光团的若干亚磷酰胺试剂、例如6-FAM亚磷酰胺2,[2]与羟基发生反应，以允许荧光团标记寡核苷酸的制备。

这些活性染料的任何与另一个分子的反应导致荧光团与标记分子之间所形成的稳定共价键。

如上所述，电泳的预标记是众所周知的(参见例如1986，牛津, Clarendon出版社由Anthony T. Andrews发表的“Electrophoresis”)。以及用于蛋白质标记的方法和套件的一个示例在WO2011149415中提供，通过引用将WO2011149415全部结合到本文中。

图10a至图10c示意公开按照本发明的一个实施例的分离凝胶布置401以及用于电泳分离的方法的步骤。分离凝胶布置包括凝胶构件36和用于接收待分离的样本液体的一个或多个样本井420，样本井420与凝胶构件36进行流体接触。在所公开的实施例中，分离凝胶布置401还包括第一和第二电极和/或缓冲布置400和410，其分别用于在凝胶构件上施加电场，以驱动电泳分离。在图10a-c中以及在图13-15中，电极和缓冲布置400和410是非常示意的，各包括电极402和缓冲垫403，而不应当被理解为对本发明的限制。如上所述，在分离过程期间，电极连接到适当电功率源，用于在其之间提供电场。附图中，所施加电功率简单地通过+和-符号来指示，并且应当注意，极性可按照凝胶和待分离的样本的类型来改变。缓冲垫403可具有如上所述的任何适当类型，并且它们示为定位在凝胶构件的顶部，但是它们可定位在任何适当位置中，例如在端表面处在底面处或者它们的任何组合。更进一步，缓冲垫的一个或多个可由缓冲剂容器中包含的液体缓冲剂、吸收材料等取代。在所公开的实施例中，样本井420示意公开为放置在凝胶构件36的顶部的杯座成形特征，但是它可按照例如如参照图1至图9所公开的任何适当方式来提供，作为凝胶构件中的凹口等。

按照一个实施例，用于电泳分离的方法包括下列步骤：

在样本井的一个或多个中添加待分离的样本液体(图10b)，

在凝胶构件上施加电场，以驱动电泳分离过程，由此将样本组分从一个或多个样本井中的样本液体汲取到凝胶构件中用于分离，以及(图10b-c)

通过分离前端460和尾端470示意指示的样本组分的分离

当满足去除标准时：停止将样本组分装载到分离凝胶中(图10c)

装载的停止通过由样本液体去除装置430去除剩余样本液体示意指示。

如图10c所公开，样本组分的装载的停止可通过从一个或多个样本井中去除剩余样本液体来实现，但是它可按照充分限制样本组分和/或例如过量标记被装载到凝胶构件36上的任何适当方式来执行。涉及吸出剩余样本液体的剩余样本液体的去除可由如图10c、图11、图12a和图12b所公开的样本吸出布置来执行。在图11所公开的实施例中，吸出布置公开为用来从各样本井吸出剩余样本液体的吸液管类型装置360。在更先进的实施例中，吸液管可具有能够从两个或多个样本井中并行吸出液体并且优选地从全部10个井中同时吸出液体的多尖类型。

在图12a和图12b所公开的实施例中，吸出布置公开为样本液体去除装置430，其包括一个或多个吸出片431，用于从电泳凝胶布置的一个或多个样本井中吸出剩余样本液体。按照一个实施例，吸出片431由吸收材料来组成，但是在备选实施例中，它们可具有毛细管类型等。在一个实施例中，样本液体去除装置430由具有在其中形成的吸出片431的吸收材料的片材来组成。相对于具有例如如图12b所公开类型的多个样本井的电泳盒，样本液体去除装置430适当地按照与盒10的井的匹配布置提供有吸出片431。在一个实施例中，例如过滤纸片材按照适合于盒10的井的梳形来切割。

备选地，去除剩余样本液体的步骤可通过经过例如采取注射器尖形式的样本排放布置440排放剩余样本液体来执行，如图13示出。

按照图14a和图14b示意公开的一个实施例，停止样本组分的装载的步骤涉及通过当分离尾端470已装载到凝胶构件上时移动电触点的位置从电场排除一个或多个样本井。如公开，这可通过提供相对于分离方向定位在样本井下游的附加电极和缓冲布置450并且当样本的所有相关组分已超过附加电极450时接通附加电极布置450来实现。因此，后续分离基于附加电极450与第二电极410之间的电场来执行，并且没有从样本井装载更多样本组分。

按照图15a和图15b示意公开的一个实施例，停止样本组分的装载的步骤涉及通过样本闸板机械地断开一个或多个样本井。

按照一个实施例，去除标准选择为预定分离时间。所选的预定时间极大取决于所使用的特定电泳设置的参数范围、电功率、样本、温度等。对于如图1至图9所公开的基于盒的系统，已经确定，停止样本组分的装载之前的分离时间可在一分钟至数十分钟的范围中，例如2、3、4、5、6、7、8、9、10分钟或以上。

按照一个实施例，本发明的方法包括下列步骤：通过标记样本的光学检测来监测样本装载到凝胶构件中的进度，并且去除标准基于光学检测来确定。在这个实施例中，去除标准可确定为如光学检测的预定义装载比率。

按照一个实施例，装载比率通过下列步骤来确定：

在电泳分离过程开始时测量样本井中的总标记强度，

在电泳分离过程期间记录样本井中的标记强度，或者在电泳分离过程期间记录来自从一个或多个样本井的样本液体汲取到凝胶构件中的样本组分的标记强度，以及

从上述强度来计算装载比率。

按照另一个实施例，去除标准基于标记样本的位置、例如分离前端460和尾端470的光学检测来确定，由此停止样本组分的装载的步骤例如可在分离前端460到达了预定位置等时发起。

取决于用于运行电泳分离的系统使用，电场可在停止样本的装载的步骤期间停止。

按照一个实施例，提供一种按照本发明、运行电泳分离的自动化电泳系统，并且该系统布置成当满足去除标准时停止将样本组分装载到分离凝胶中。为了提供这个操作，系统可布置成暂停电泳过程，并且提示用户从样本井中去除剩余样本。

电泳在5分钟之后暂停，以及梳定位到井中大约5秒钟，然后移开梳，并且重新开始电泳。这个程序完全消除关于凝胶的下三分之一中的Cy染料背景的问题，而没有降低蛋白质信号。

图16公开从16个样本井的样本的分离之后的电泳凝胶构件的n图像(由此来自每个样本井的样本组分将沿单独“通道”来分离)。在所公开的实验中，电功率在10分钟之后停止，并且样本液体去除装置用来在电功率再次接通之前从井1-8中去除剩余样本液体，以及完成电泳分离。从图16中，本发明的效果是清楚显然的。

图17示出在不同Kontrats等级运行的样本的图像蒙太奇，其中右边图像示出在5分钟之后从井中去除剩余样本液体后的改进结果。