用于梯度凝胶胶片连续制作的全自动控制灌胶系统及方法与流程

本发明属于生化检测领域，具体涉及一种用于梯度凝胶胶片连续制作的全自动控制灌胶系统。此外，本发明还涉及一种用于梯度凝胶胶片连续制作的全自动控制灌胶方法。

背景技术：

凝胶是一种被用在生物医学领域进行生化检测所使用的材料。它可以分离不同物理性质（如大小、形状、等电点等）的分子，通常是用来分析样品成分。

凝胶主要由丙烯酰胺溶液，buffer（缓冲液）和去离子水组成不同浓度的胶液，加以微量的aps（硫酸铵）和temed（四甲基乙二胺）使胶液中的丙烯酰胺聚合，形成空间网状结构，在分离蛋白时起到分子筛的作用。凝胶通常分为堆积胶和分离胶两部分。

在电泳过程中，蛋白质所带电荷会在电场的作用下发生定向迁移，最终根据蛋白质分子量大小、所带电荷和空间结构被凝胶分离，从而达到分析蛋白的目的。

梯度凝胶胶片是指分离胶中丙烯酰胺溶液的浓度按照要求进行梯度分布的，这可以解决电泳技术分辨能力不够的问题，即在电泳时使运动较快的小分子量蛋白质因较早遇到密度较高的支撑介质而减慢运动速度，从而使所要检测的蛋白质按照分子量大小均匀地排列，即提高了电泳的分辨能力。

目前国内还没有全自动制作梯度凝胶胶片的设备，胶片制作需人工凭经验和技巧操作，不但费时费力，而且制作出的梯度凝胶胶片参数差别很大，直接影响应用时的测试精度，胶片质量差。因此，利用精密恒流泵控制灌胶过程替代人工操作，实现梯度胶片生产的自动化、简单化、批量化，是很有必要的。这就需要一种能按一定浓度梯度全自动灌胶的制胶设备。

为了实现能按照一定浓度梯度全自动灌胶的制胶设备，需要解决了以下几个技术难题：

1、连续化。丙烯酰胺溶液在aps和temed的共同作用下，会在短时间内聚合成胶体，因此，对于时间的控制和aps/temed最佳的混合时间点的掌握至关重要，否则会在连续灌胶的情况下，聚合的丙烯酰胺溶液会造成整个设备系统内管路发生堵塞，无法清理，不仅会导致制胶失败，而且还会对机器产生损害。

2、精准化。由于凝胶胶片的体积较小，很难在小体积内形成精准的梯度，因此在形成精准的浓度梯度和定量方面的要求较高。胶片的组成分布主要由分离胶和堆积两种不同浓度的丙烯酰胺胶液组成，在制作胶片时，一般先灌制下方的分离胶，然后在分离胶上用去离子水封胶，封胶的目的有两个：1）、隔绝氧气，使丙烯酰胺聚合反应顺利发生；2）、压平分离胶液面。当分离胶聚合后，清理干净压胶用的去离子水，然后再分离胶上注入堆积胶，并插入梳子，待聚合后，两个组份分离处会有一条平直的浓度分界线（简称分界线），分界线是否平直直接影响到胶片质量的优劣。

3、自动控制化。胶片制作过程相当繁琐，过于多的步骤，使得实现从人工转化为自动变得困难，而且每个步骤的耗时都比较长，这也不利于自动生产对效率的要求，这是造成胶片成本偏高的主要原因之一，因此，如何能解决这两个问题，是实现自动化的关键因素。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于梯度凝胶胶片连续制作的全自动控制灌胶系统，解决了现有技术存在的连续化、精准化和自动控制化的技术难题。为此，本发明还提供一种用于梯度凝胶胶片连续制作的全自动控制灌胶方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于梯度凝胶胶片连续制作的全自动控制灌胶系统，包括：数个精密恒流泵、用于控制精密恒流泵的plc+hmi控制系统、混流块、分配器和收集容器；所述精密恒流泵的一端是溶液入口，另一端溶液出口与混流块连接；两个不同浓度的溶液，分别添加aps和temed，分别进入两个精密恒流泵的溶液入口；混流块与分配器连接，分配器和收集容器连接。

作为本发明优选的技术方案，该系统还包括机箱，所述机箱内设有数个精密恒流泵，plc+hmi控制系统及混流块；所述机箱的外部设有触摸控制屏、状态指示灯和电源开关。

作为本发明优选的技术方案，该系统还包括收集容器放置台，在收集容器放置台上放置有数个收集容器。

作为本发明优选的技术方案，所述收集容器放置台上设有支架，支架上安装有分配器，分配器的数个出口和数个收集容器连接。

作为本发明优选的技术方案，所述混流块呈六边形柱体形状，所述混流块上设有数个混合前胶液入口，锥形混和腔体及混合后胶液出口；所述锥形混和腔体位于六边形柱体内部中间位置，数个混合前胶液入口分别位于六边形柱体的六个侧面下方，混合后胶液出口位于六边形柱体的顶面中心。

作为本发明优选的技术方案，在所述锥形混合腔体内充满小陶瓷球，数个个混合前胶液入口沿数个进液通道深入锥形混合腔体内；当不同浓度的胶液从混合前胶液入口进入进液通道注入锥形混合腔体，在充满小陶瓷球的锥形混合腔体中，充分混合均匀，再由锥形混合腔体顶部所设的出液通道通过混合后胶液出口流出。

作为本发明优选的技术方案，所述分配器呈长方体形状腔体，分配器的顶面上设有进液口，分配器腔体内设有一根主管道以及与主管道连接的多个分配管道，进液口与主管道相连接，在分配器的底面上设有多个与分配管道连接的出液口。

作为本发明优选的技术方案，所述分配器的出液口的直径为2mm。

此外，本发明还提供一种所述的系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将数个两种浓度的溶液，分别添加aps和temed，分别进入数个精密恒流泵的一端溶液入口，通过plc+hmi控制系统控制精密恒流泵的工作，将溶液输送至混流块；

（2）溶液在混流块内部充分混合均匀，再输送至分配器；

（3）分配器使胶液分流，输送至收集容器。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、连续化。采用每个浓度组份的丙烯酰胺溶液在两个流体输送动力装置的控制下进行灌胶的方案。上述两个精密恒流泵单独控制分别含有催化剂和促凝剂的丙烯酰胺溶液，而丙烯酰胺溶液在只存在催化剂或促凝剂的情况下，是难以发生聚合反应，从而解决了连续灌胶时，丙烯酰胺溶液由于聚合而堵塞系统管路的问题，这也为全自动连续灌胶设备的设计提供了基础的技术保障。

2、精准化。为了在连续灌胶过程中形成精准的梯度，避免造成梯度区域浓度的扭曲，就需要一种使胶液冲击力小的流体输送动力装置。我们通过对各种流体输送动力装置进行测试和筛选，以输液精准度，可控性及脉冲等方面为筛选依据，最终选取精密恒流泵作为全自动控制灌胶系统的动力装置。

3、自动控制化。针对系统的控制需要和分析，我们采用plc+hmi控制系统（所述plc+hmi控制系统是指可编程控制器（plc）+人机接口界面（hmi）控制系统，是常用的计算机自动化控制系统），准确的控制和优化制作过程，加上自主研发的分配器，使得对人工的需求量大幅度的下降，而生产的效率却大幅度的提高，效率提高至少5~6倍。

4、在制作胶片的众多原材料中，有许多是对人体有害的，少数会有剧毒（如丙烯酰胺在聚合之前属中等神经性毒素，但是在聚合后无毒），在传统的制作胶片工艺中，操作员会频繁接触这些有毒的试剂，即使做了相应的防护措施，但是长期以往还是会对健康产生极大的危害，同时这种人工生产的模式，也不利于企业的生存和发展，而采用机器的情况下，所有制胶原材料均由机器进行处理，避免了操作员与有毒试剂的频繁接触，生命健康得到了极大的保障。另一方面，机器使得制作胶片可以利用更少的人工，去完成更多的工作，效率的提高会使企业的发展更好。

5、打破常规使用多个泵进行制作胶片，多个泵之间的协调合作可以解决掉无法将人工转化为自动化的难题，使得生产可以连续进行，更是免去了生产环节中清洗过程，节省了大量的时间，同时也可防止胶液在生产过程中凝固，使生产可以稳定的持续进行。

附图说明

图1是本发明一种用于梯度凝胶胶片连续制作的全自动控制灌胶系统的流程示意图。

图2是本发明一种用于梯度凝胶胶片连续制作的全自动控制灌胶系统的结构示意图；其中，图2a是本发明系统的外部结构示意图；图2b是本发明系统的内部结构示意图。

图3是本发明的混流块的结构示意图；其中，图3a是本发明的混流块的外部结构示意图；图3b是本发明的混流块的内部结构示意图。

图4是本发明的分配器的结构示意图；其中，图4a是本发明的分配器的外部结构示意图；图4b是本发明的分配器的内部结构示意图。

图5是采用本发明系统制作12%胶片电泳后的图片。

图中附图标记说明如下：

1是机箱，2是放置台，3是精密恒流泵，4是plc+hmi控制系统，5是混合前胶液入口，6是锥形混合腔体，7是混合后胶液出口，8是进液通道，9是出液通道，10是进液口，11是主管道，12是分配管道，13是出液口，a是触摸控制屏、b是状态指示灯，c是电源开关，g是混流块，h是分配器。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐明本发明，但这些实施例只是用于说明本发明，而不是来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明一种用于梯度凝胶胶片连续制作的全自动控制灌胶系统包括：数个精密恒流泵（即图1中的pumpa、pumpb、pumpc、pumpd、pumpe、pumpf）、用于控制精密恒流泵的plc+hmi控制系统、混流块、分配器和收集容器；所述精密恒流泵的一端是溶液入口，另一端溶液出口与混流块连接；两个不同浓度的溶液，分别添加aps和temed，分别进入两个精密恒流泵的溶液入口；混流块与分配器连接，分配器和收集容器连接。每个浓度组分被分成两个部分，分别添加aps和temed（即图1中的溶液a分为两个浓度：溶液a①，溶液a②，溶液a①添加aps，溶液a②添加temed；溶液b分为两个浓度：溶液b①，溶液b②，溶液b①添加aps，溶液b②添加temed；溶液c分为两个浓度：溶液c①，溶液c②，溶液c①添加aps，溶液c②添加temed），通过plc+hmi控制系统对六个泵（即图1中的pumpa、pumpb、pumpc、pumpd、pumpe、pumpf）进行精准的控制，从而达到灌制不同浓度胶片的目的，图1中混流块的作用是让不同浓度组分的胶液混合均匀，使胶片的浓度呈线性变化，分配器的作用在于，将胶液分流以达到同时灌制多片胶片的目的。

如图2所示，本发明系统由机箱1和收集容器放置台2两部分构成，在机箱1内部，含有数个精密恒流泵3，以及控制精密恒流泵3的plc+hmi控制系统4及混流块g组成；精密恒流泵3的一端是溶液入口，另一端溶液出口与混流块g连接。机箱1的外部设有触摸控制屏a、状态指示灯b和电源开关c，在收集容器放置台2放置有数个收集容器；触摸控制屏a用于控制plc+hmi控制系统4；收集容器放置台2上设有支架，支架上安装有分配器h，分配器h的数个出口和数个收集容器连接，分配器h与混流块g连接。

如图3所示，混流块呈六边形柱体形状，由6个混合前胶液入口5，锥形混和腔体6及1个混合后胶液出口7组成，锥形混和腔体6位于六边形柱体内部中间位置，6个混合前胶液入口5分别位于六边形柱体的六个侧面下方，1个混合后胶液出口7位于六边形柱体的顶面中心，在锥形混合腔体6内充满小陶瓷球，6个混合前胶液入口5沿6个进液通道8深入锥形混合腔体6内。当不同的浓度组分的胶液从下方混合前胶液入口5进入进液通道8注入锥形混合腔体6，在充满小陶瓷球的锥形混合腔体6中，充分混合均匀，再由锥形混合腔体6顶部所设的出液通道9通过混合后胶液出口7流出。

如图4所示，分配器呈长方体形状腔体，分配器的顶面上设有进液口10，分配器腔体内设有一根主管道11以及与主管道11连接的多个分配管道12，进液口10与主管道11相连接，在分配器的底面上设有多个与分配管道12连接的出液口13。分配器的作用是使胶液分流，以满足同时灌制多块胶片提高生产效率的需求。分配器的出液口13直径约为2mm，使腔体内能够产生足够的背压，以保证各出液口13的流速一致。

如图1所述，本发明系统的使用方法，包括如下步骤：

（1）将数个两种浓度的溶液，分别添加aps和temed，分别进入数个精密恒流泵的一端溶液入口，通过plc+hmi控制系统控制精密恒流泵的工作，将溶液输送至混流块；

（2）溶液在混流块内部充分混合均匀，再输送至分配器；

（3）分配器使胶液分流，输送至收集容器。

如图5所示，是采用本发明一种用于梯度凝胶胶片连续制作的全自动控制灌胶系统制作12%胶片电泳后的图片。具体实施方法如下：

溶液配置，每种浓度配置两份，分别添加aps和temed。

x%浓度胶液体积

30%丙烯酰胺溶液xml

5×tris-hcl6ml

ddh2o24-xml

10%aps150ul

temed15ul

1、将溶液搅拌均匀，放入机器备用，设置机器程序，开始制作胶片，待程序完成后，插入梳子，放置一段时间即可。

2、将做好的胶片取出，电泳，检验胶片质量。