用于毛细管电泳的设备、系统和方法
【专利说明】用于毛细管电泳的设备、系统和方法
[0001 ]相关申请的交叉参考
[0002]本申请是2013年9月27日提交的、题名为 “Apparatus，Systems ,and Methods forCapillary Electrophoresis”的美国专利申请N0.14/039,995的继续并且要求享有该美国专利申请的优先权和益处，所述美国专利申请的整个公开内容由此通过参考包含于此。
技术领域
[0003]本文所述的实施例总体上涉及用于分离存在于诸如生物样本的样本中的一个或多个分析物以及下游检测、识别和/或量化一个或多个分析物的电泳仪。更具体地，本文所述的实施例涉及用于毛细管电泳的设备、系统和方法。
【背景技术】
[0004]电泳已经用于基于分子在电场中的不同行进速率来分离分子的混合物。通常，电泳是指在施加到与流体或凝胶接触的一个或多个电极或导电构件的电动势的作用下使悬浮的或溶解的分子通过流体或凝胶的运动。某些已知的电泳分离的模式包括至少部分地基于分子的迀移率在缓冲溶液(俗称为区带电泳)中、在凝胶或聚合物溶液(俗称为凝胶电泳)中或在酸碱度(pH)梯度(俗称为等电位聚焦)中的差异来分离分子。在电泳期间的分子的运动可以是高度可变的，依据与电泳标准物的比较来解释，先前已经表征所述电泳标准物的行为和个性。电泳标准物包括例如在聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)中的分子量(Mff)标准物和在琼脂糖凝胶中的脱氧核糖核酸(DNA)尺寸标准物。
[0005]在某些实例中，电泳标准物在某些已知的免疫印迹技术(也称为“西方墨点法”或“西部片”或“蛋白免疫印迹”)中使用。在这样的技术中，蛋白质通过尺寸基质(例如，聚丙烯酰胺凝胶)分离并且继而被转移到诸如硝化纤维素滤器的实心载体以用于随后可视化和表征。感兴趣的特定蛋白质的位置通过借助该蛋白质的一个或多个抗体探查实心载体(例如，硝化纤维素滤器)来识别。例如，第一抗体(即，初级抗体)结合特定蛋白质并且继而蛋白抗体复合物借助偶联到检测分子(例如，化学发光分子)的第二抗体来探查。第二抗体结合初级抗体或初级抗体蛋白复合物的区域。通常，电泳中的分离模式是按分子量。
[0006]生物分子分离也可以通过毛细管电泳在毛细管中执行。生物分子(例如，蛋白质)可以继而通过使生物分子固定到毛细管的壁而可视化。然而，由生物分子可视化所遵循的毛细管电泳技术难以一贯地执行。
[0007]因此，期望的是开发出用于在毛细管中化验非常小体积(例如，纳升至微升体积)的生物材料(例如，细胞裂解物或纯化蛋白)的技术，生成的信息具有与免疫凝胶印迹的信息内容类似的内容，但是没有复杂的、大量的和/或耗时的搬运和处理步骤，这些步骤不利地影响再现性并且难以自动化。还期望的是使这样的技术自动化，以便使多个样本可以在消耗最小体积的昂贵试剂和/或一次性用品时同时地或在具有易用性和鲁棒性的快速演替中被分析。
[0008]因而，需要存在有用于由样本中的一个或多个分析物的可视化和检测所遵循的、样本的毛细管电泳的改进的设备、系统和方法。本发明解决了该需要和其它需要。
【发明内容】
[0009]本文说明了用于由下游分析物可视化和表征所遵循的毛细管电泳的设备、方法和系统。在某些实施例中，设备包括限定储器的本体部分和一组基本柔性的毛细管。一组基本柔性的毛细管被固定地联接到本体部分并且与储器流体连通。连接器构造成联接到本体部分以与储器和一组基本柔性的毛细管流体连通。连接器还构造成联接到真空源。该设备布置成使得本体部分的至少一部分是导电的。
[0010]在一个方面中，本文提供的设备和系统在毛细管电泳设备中使用以从异质的生物样本分离感兴趣的一个或多个分析物，例如，细胞裂解物或纯化蛋白。所述设备和系统提供一种执行所述方法的自动化方法以及操纵已分离的样本以用于可视化、检测和量化样本中的一个或多个分析物的部件。在一个实施例中，生物样本是包括单个干细胞或一群干细胞的裂解物的细胞裂解物。在一个实施例中，生物样本是包括单个癌细胞或一群癌细胞的裂解物的细胞裂解物。在其它实施例中，纯化蛋白用作样本。纯化蛋白可以来自于单个细胞或一群细胞。
【附图说明】
[0011]图1是根据实施例的毛细管电泳系统的部分的示意图。
[0012]图2是根据实施例的毛细管电泳系统的示意图。
[0013]图3至图5分别是根据实施例的毛细管电泳系统的正视图、左透视图和右透视图。
[0014]图6是包含在图3的毛细管电泳系统的壳体中的前板的透视图。
[0015]图7是图3的毛细管电泳系统的右透视图，其没有示出壳体的部分以示出试剂室。
[0016]图8是图3的毛细管电泳系统的后透视图，其没有示出壳体的部分以示出包含在图3的毛细管电泳系统中的电子系统的部分。
[0017]图9是包含在图3的毛细管电泳系统中的试剂组件的透视图。
[0018]图10是包含在图9的试剂组件中的支持器的透视图。
[0019]图11是包含在图9的试剂组件中的试剂托盘的透视图。
[0020]图12是图3的毛细管电泳系统的部分的右透视图。
[0021]图13是被识别为图12中的区域&的毛细管电泳系统的部分的放大图。
[0022]图14是图3的毛细管电泳系统的部分的左透视图。
[0023]图15是被识别为图14中的区域X2的毛细管电泳系统的部分的放大图。
[0024]图16是图3的毛细管电泳系统的右透视图，其示出盒组件。
[0025]图17是图3的毛细管电泳系统的右透视图，其示出图16的盒组件的部分。
[0026]图18是被识别为图17中的区域X3的毛细管电泳系统的部分放大图。
[0027]图19是包含在图16的盒组件中的盒的分解图。
[0028]图20是图19的盒的部分的透视图。
[0029]图21是图3的毛细管电泳系统的透视图，其示出盒组件的部分和真空组件的部分。
[0030]图22是被识别为图21中的区域X4的图3的毛细管电泳系统的放大图，并且示出盒组件的部分和真空组件的部分。
[0031]图23是图3的毛细管电泳系统的左透视图。
[0032]图24是包含在图3的毛细管电泳系统中的图21的真空组件的部分的分解图。
[0033]图25是被识别为图23中的区域X5的毛细管电泳系统的部分的放大图并且示出真空组件的部分和盒组件的部分。
[0034]图26是图3的毛细管电泳系统的局部分解图，其示出处于第一位置中的灯组件。
[0035]图27是图3的毛细管电泳系统的左透视图，其示出图26的灯组件的部分。
[0036]图28是被识别为图27中的区域X6的毛细管电泳系统的部分的放大图。
[0037]图29是图3的毛细管电泳系统的左透视图，其示出处于第二位置中的图26的灯组件。
[0038]图30是图3的毛细管电泳系统的局部分解图，其示出处于第二位置中的图26的灯组件。
[0039]图31是图3的毛细管电泳系统的右透视图，其没有示出壳体的部分以示出检测组件。
[0040]图32是示出使用根据实施例的毛细管电泳系统的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0041]本文说明了用于毛细管电泳的设备、方法和系统。所述设备和系统构造成在一个或多个样本上以平行或串联的方式执行由对感兴趣的一个或多个分析物的可视化和表征所遵循的毛细管电泳，所述感兴趣的一个或多个分析物可能存在于一个或多个样本中。
[0042]在某些实施例中，设备包括限定储器的本体部分和一组基本柔性的毛细管。一组基本柔性的毛细管被固定地联接到本体部分并且与储器流体连通。连接器构造成联接到本体部分以与储器和一组基本柔性的毛细管流体连通。连接器还构造成联接到真空源。该设备布置成使得本体部分的至少一部分是导电的。
[0043]在某些实施例中，用于通过毛细管电泳例如在异质的样本(例如，细胞裂解物或纯化蛋白)中分离多个蛋白质的系统包括壳体、毛细管盒保持器、真空源、光源、光学检测器和试剂托盘支持器。毛细管盒保持器被可运动地联接在壳体内并且构造成沿着单个轴线运动。真空源被联接到毛细管盒保持器并且构造成当毛细管盒定位在毛细管盒保持器中时被流体地联接到毛细管盒。光源被可运动地联接在壳体内并且布置在毛细管盒保持器的第一侧上。光学检测器在毛细管盒保持器的第二侧上被布置在壳体内。试剂托盘支持器被可运动地联接到壳体并且构造成沿着与毛细管盒保持器的运动轴线基本正交的方向运动。
[0044]在某些实施例中，使用毛细管电泳系统的方法包括使毛细管盒从壳体内的第一位置沿着竖向轴线运动到壳体内的第二位置。毛细管盒包括导电本体部分和固定地联接到本体部分的一组毛细管。当毛细管盒处于第一位置中时，毛细管在第一位置中被布置在孔板的外侧，并且当毛细管盒处于第二位置中时，毛细管被布置在孔板中的样本中。该方法包括当毛细管盒处于第二位置中时致动真空以将样本的至少一部分抽吸到一组毛细管中。在样本的部分被抽吸到一组毛细管中的情况下，样本的部分在毛细管中被维持在基本固定的位置中。光源从远离毛细管盒布置的第一位置运动到与毛细管盒相邻的第二位置，并且在样本的部分内的分析物被分离。
[0045]如在本说明书中所使用的，单数形式的“一种”、“一个”和“该”包括多个所指物，除非该内容清楚地表示其它含义以外。因而，例如，术语“构件”意在意味着单个构件或构件的组合，“材料”意在意味着一个或多个材料或它们的组合。
[0046]如本文所使用的，术语“大约”和“近似”通常意味着所阐述的值加或减10%。例如，约0.5将包括0.45和0.55，约10将包括9至11，约1000将包括900至1100。
[0047]如本文所使用的，术语“一组”可以是指多个特征部或具有多个部件的单个特征部。例如，当涉及一组壁时，一组壁可以被认为是具有多个部分的一个壁，或者一组壁可以被认为是多个不同的壁。因而，整体构建的项目可以包括一组壁。这一组壁可以包括彼此连续的或断续的多个部分。一组壁也可以由多个项目制造，所述多个项目被分离地产生并且随后(例如，经由焊接、粘结剂或任何适当的方法)连结在一起。
[0048]如本文所使用的，术语“垂直”、“法线”和“正交”通常说明了两个几何构造(例如，两条线、两个平面、线和平面或类似几何构造)之间的关系，其中两个几何构造以基本90°布置。例如，当线以基本等于90°的角度相交时，线据说与另一条线垂直。类似地，当平面(例如，二维表面)据说或与另一个平面正交时，随着平面无限延伸，平面以基本90°布置。
[0049]如本文所使用的，术语“分析物”和/或“目标分析物”指的是在本文提供的方法、设备和系统内待分离和/或检测的任何分子或化合物。适当的分析物包括，但不限于，小化学分子，例如，环境分子、临床分子、化学物、污染物和/或生物分子。更具体地，这样的化学分子可以包括，但不限于，农药，杀虫剂，毒素，治疗剂和/或滥用药物，抗生素，有机物，荷尔蒙，抗体，抗体片段，抗体分子偶联物(例如，抗体药物偶联物)，抗原，细胞膜抗原，蛋白质(例如，酶，免疫球蛋白和/或糖蛋白)，核酸(例如，DNA和/或RNA)，脂类，外源凝集素，碳水化合物，全细胞(例如，诸如病原菌的原核细胞和/或诸如哺乳动物肿瘤细胞的真核细胞)，病毒，孢子，多糖，糖蛋白，代谢物，辅酶因子，核苷酸，多聚核苷酸(包括核糖核酸和/或脱氧核糖核酸)，过渡态类似物，抑制剂，受体，受体配体(例如，神经接受器或它们的配体，激素受体或它们的配体，营养素受体或它们的配体，和/或细胞表面受体或它们的配体)，受体-配体复合物，营养素，电解质，生长因子和其它生物分子和/或非生物分子，以及片段和它们的组合。在一个实施例中，分析物是蛋白质或蛋白质复合物，并且样本是细胞裂解物或纯化蛋白。
[0050]如本文所使用的，术语“样本”指的是含有待检测的一个或多个分析物的合成物。在一个实施例中，样本是异质的，其含有各种组分(例如，不同的蛋白质)，或者样本是同质的，其含有一种组分(例如，一种蛋白质的群)。在某些实例中，样本可以是自然生成的生物材料和/或人工材料。此外，样本可以是自然的形式(例如，细胞悬液)或变性的形式(例如，裂解物)。在某些实例中，样本可以是单个细胞(或单个细胞的含量，例如，如来自于单个细胞的细胞裂解物，或纯化蛋白)或是多个细胞(或多个细胞的含量，例如，如来自于多个细胞的细胞裂解物或来自于多个细胞的纯化蛋白)，血液样本，组织样本，皮肤样本，尿液样本，水样本，和/或土壤样本。在某些实例中，样本可以来自于生物体，例如，真核生物，原核生物，哺乳动物，人类、酵母和/或细菌，或者样本可以来自于病毒。
[0051]在一个实施例中，样本是异质的生物样本或来源于异质的生物样本，例如，组织裂解物，细胞裂解物或诸如蛋白质(例如，纯化蛋白)的生物分子的混合物。在另一个实施例中，细胞裂解物内的蛋白质是待由本文所述的方法和系统检测的分析物。在又一个实施例中，本文提供的设备、系统和方法提供以用于检测特定形式的蛋白质，例如，磷酸化蛋白质。例如，细胞裂解物可以是一个细胞的裂解物或细胞的混合物的裂解物。此外，细胞裂解物可以包括单个细胞类型或多个细胞类型。在一个实施例中，细胞类型包括干细胞或癌细胞或一群干细胞或一群癌细胞。在一个实施例中，样本包括一个或多个干细胞(例如，能够在不确定的时间段分裂以产生特化细胞的任何细胞)。干细胞的适当示例可以包括，但不限于，胚胎干细胞(例如，人类胚胎干细胞(hES))和非胚性干细胞(例如，间充质干细胞，造血干细胞，诱导多能干细胞(iPS细胞)或成体干细胞(MSG))。
[0052]在某些实例中，在借助本文提供的设备和系统分离和检测样本中的分析物之前，可以对样本执行处理。例如，样本可以经受裂解步骤，变性步骤，加热步骤，纯化步骤(例如，蛋白纯化)，沉淀步骤，免疫沉淀步骤，柱色谱法步骤，离心分离，等等。在一个实施例中，样本在借助本文提供的方法、设备和系统分离和检测样本中的目标分析物之前经受变性步骤。在一个实施例中，在本文所述的设备或系统中的一个中执行对样本的处理步骤。在另一个实施例中，在将样本引入到本文阐述的设备或系统中的一个中之前执行处理步骤。
[0053]如本文所使用的，术语“标准物”和/或“内部标准物”指的是可以添加到包括分析物的样本的、已知的量和/或个性(例如，已知的分子量，电泳迀移率分布，就核酸而言的碱基对数量，分子结构)的性质完好的物质，用于比较的目的。在一个实施例中，已知数量的标准物被添加到包括一个或多个分析物的样本，并且在包括一个或多个分析物的样本中的标准物和分子二者基于分子量通过电泳分离。标准物和分析物信号的比较继而对原始存在于样本中的分析物的量提供定量或半定量的测量。
[0054]分子量标准物在本技术领域中是已知的并且是可在市场上买到的。本领域的技术人员依据感兴趣的分析物的分子量或推定出的分子量范围可以选择适当的标准物以供本文提供的方法、设备和系统使用。一个或多个分析物和标准物可以借助一个或多个检测分子或试剂检测，例如借助针对分析物的抗体或附装到标准物的标注部分(moiety)来检测。在一个实施例中，初级抗体用于结合目标分析物，并且偶联到荧光或化学发光试剂的二级抗体被引入以结合初级抗体或初级抗体分析物复合物。荧光或化学发光分子的信号继而被检测。
[0055]如果例如标准物是分子量阶梯标准物(可在市场上买到)的话，标准物的信号和一个或多个分析物的信号可以继而被比较以测量样本中的一个或多个分析物的浓度或分析物的分子量。如先前所述的，内部标准物通过例如荧光法或化学发光法检测。在其它实施例中，诸如分子量阶梯的标准物被预先着色并且不需要额外的试剂来用于可视化。
[0056]在某些实施例中，内部标准物可以是纯净形式的分析物自身，其通常是可以某种方式与分析物区别出的。获得纯净形式的分析物的任何方法可以包括但不限于，从自然纯化，从实验室中生长的有机体纯化(例如，经由化学合成)，和/或类似方法。内部标准物的区别特征可以是任何适当的改变，其可以包括但不限于在电泳分离期间的染料标记、放射性标记或修改标准物的迀移率，以便使所述标准物与分析物分离。例如，标准物可以含有分析物的修改，其改变标准物相对于感兴趣的分析物的变化、质量和/或长度(例如，经由删除，熔合和/或化学改质)。因而，分析物和内部标准物可以每个都用荧光染料标记，所述荧光染料每个都是可在离散的发射波长下检测的，由此允许分析物和标准物是可独立地检测的。在某些实例中，内部标准物是与分析物不同的，但是以与分析物类似的或相同的方式表现，能够实现相关的比较测量。在某些实施例中，适于使用的标准物可以是在美国专利申请公开N0.2007/0062813中说明的那些中的任一个，所述美国专利的整个内容由此通过参考包含于此。
[0057]在某些实例中，多个分析物通过本文提供的设备、系统和方法在单个毛细管中从单个样本检测和表征。例如，在一个实施例中，多个分析物是蛋白质群或蛋白质亚群。就该方面而言，通常不实际的是包括与蛋白质群或蛋白质亚群的各个蛋白质中的每种相对应的单个内部标准物。因此，在一个实施例中，一般