專利名稱：采用湍流冷卻氣流控制凝膠電泳期間的溫度梯度的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及進(jìn)行DNA測序時(shí)，采用板式凝膠電泳對單鏈DNA片段的分離。具體說來，本發(fā)明涉及借助板式凝膠電泳進(jìn)行DNA順序分析的裝置，該裝置包括一種以湍流氣體熱交換介質(zhì)沖擊為基礎(chǔ)的溫度控制部件。本發(fā)明突擊特點(diǎn)是，電泳期間凝膠分離介質(zhì)中產(chǎn)生的熱溫度梯度降至最小。因此，使用本發(fā)明裝置，將改善DNA順序分析的速度，可靠性及清晰度。
凝膠電泳是一項(xiàng)基本生化分離技術(shù)，它成為根據(jù)分子大小、電荷或二者結(jié)合，來區(qū)分各種生物學(xué)重要分子之基礎(chǔ)。采用凝膠電泳能很好分離的生物分子的具體例包括蛋白質(zhì)和核酸。電泳通常在含有電導(dǎo)緩沖液的膠狀物(如瓊脂糖)或高聚物(如聚丙烯酰胺)介質(zhì)(一般稱為“凝膠”)中進(jìn)行。借助穿過凝膠截面的化學(xué)惰性金屬電極施加電壓，方進(jìn)行電泳。所要研究的生物樣品，置于該凝膠中預(yù)先形成的樣品井中(sample well)，該井通常位于凝膠一端，所施加電壓的極性要使得該生物樣品通過凝膠朝電極之一泳動(dòng)(遷移)(通常指位于與樣品相對的凝膠一端之電極)。假如適宜，可通過加入化學(xué)改性劑(如脲、甲酰胺、或十二烷基硫酸鈉)至凝膠，以及電泳緩沖液，來維持泳動(dòng)距離和分子大小之間的反線性關(guān)系。
凝膠電泳的特殊應(yīng)用，是測定所研究核酸的核苷酸順序時(shí)，分離單鏈DNA片段。為此目的，要匯集經(jīng)核酸化學(xué)降解產(chǎn)生(使用Gilbert法，例如見Maxam和Gilbea(1980)，Methods Enzyme，65，P499-500)，或使用聚合酶進(jìn)行替換DNA合成產(chǎn)生(采用Sanger法，例如見Sanger，F(xiàn).，Niklen，S.，和Coulson，A.R.(1977)，Proc.Nat.Acad.Sci.USA74，P5463-5467)的單鏈DNA片段。所匯集的單鏈DNA片段，包括與欲測定順序中各位置相對應(yīng)的片段，在最頻繁使用的測序法中，此種對應(yīng)直接關(guān)系到退火的引物中聚合反應(yīng)引發(fā)固定位點(diǎn)至欲測序核酸之距離。因而，所需順序的測定取決于各片段的分離，這些片段的長度差別只有一個(gè)核苷酸。
對各位置各自可能的核苷酸的鑒別(腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸苷)，傳統(tǒng)方法是，在單獨(dú)的化學(xué)反應(yīng)混合物中，進(jìn)行對各末端核甘酸具特異性的測序反應(yīng)來加以區(qū)分。這樣，一般在4個(gè)分開的試管中進(jìn)行各個(gè)測序?qū)嶒?yàn)，在這些試管中，形成各末端處于與該反應(yīng)所利用的末端核苷酸相對應(yīng)位置處的各種片段之匯集。然后，將一組4種反應(yīng)物各自進(jìn)行改性(dena turing)凝膠電泳測定核苷酸順序，每種反應(yīng)物在單一測序凝膠的相鄰泳道中獨(dú)自電泳。該凝膠的某核苷酸特異泳道中某位置上存在的譜帶，便表明鑒定出所測順序中，該位置上有此種核苷酸。使用常規(guī)技術(shù)，將各片段進(jìn)行放射性標(biāo)記，電泳之后，借助放射自顯影法可使這些譜帶顯現(xiàn)出來。
此外，最近的技術(shù)改進(jìn)開發(fā)出自動(dòng)測序機(jī)。此種機(jī)器在與載樣井相對的凝膠末端裝有分光光度檢測裝置。使用熒光標(biāo)記引物，或熒光標(biāo)記核苷酸合成DNA片段。在每種情況下，各核苷酸反應(yīng)分別連續(xù)進(jìn)行，其中用有區(qū)別的熒光標(biāo)記物來對相應(yīng)于各核苷酸的片段進(jìn)行熒光標(biāo)記。然而，因?yàn)槊糠N熒光標(biāo)記物表現(xiàn)出特性頻率的熒光發(fā)射作用，因此可從其熒光發(fā)射信號(hào)來區(qū)分各片段末端位置所要鑒定的核苷酸。該特征使得可以用該裝置借助分光光度法自動(dòng)化匯集核苷酸順序資料。另外，各片段存在不同熒光信號(hào)，也使得四種分開的定順反應(yīng)產(chǎn)物可在凝膠的單一泳道進(jìn)行電泳。
這些技術(shù)的開發(fā)，提高了對核苷酸測序反應(yīng)中產(chǎn)生的測序片段精確和可靠分離之要求。然而，就該技術(shù)領(lǐng)域現(xiàn)狀來說，現(xiàn)有板式凝膠電泳技術(shù)存在許多尚未解決的固有技術(shù)局限性。例如，由于對區(qū)分分離片段范圍的局限性，迫使各測序反應(yīng)物系列加樣于凝膠上時(shí)要分兩次加于兩組泳道中。第一次加樣的泳道(由此電泳最長)用于測定距聚合反應(yīng)引發(fā)位最遠(yuǎn)的核苷酸順序(因而是最長的片段)，而第二次加樣的一組被理解為測定最靠近引發(fā)位的核苷酸順序。加樣的相對時(shí)間安排和允許反應(yīng)物的電泳時(shí)間靠經(jīng)驗(yàn)選擇，以使這些范圍相符(overlap)，這樣，便可以看到任何特定核苷酸順序的一個(gè)完整部份。該電泳的這些局限性的結(jié)果是，可從給定位點(diǎn)引發(fā)的測序反應(yīng)，看到最多350-400堿基。因此，若開發(fā)能分辨比目前可能的長度較長之核苷酸順序的方法和裝置，將是對該領(lǐng)域有益的促進(jìn)。
對使用常規(guī)電泳技術(shù)能獲得核苷酸順序資料之程度的許多其它技術(shù)局限性，在于使用板式凝膠電泳分析DNA順序所需電泳條件造成的。其中最為顯著仍是電泳期間凝膠中所產(chǎn)生的熱溫度梯度。
為了按各片段長度比例以電泳分離開單鏈DNA片段，一般在凝膠兩端施加1000-3000伏[(1～3千伏(kV)]電勢2-16小時(shí)。有大約30-60瓦能量在凝膠中作為熱均勻消耗掉，然后從含板式凝膠的凝膠板表面消散。此種熱是有用的(實(shí)際上是必需的)，因?yàn)樗偈箚捂淒NA處于變性狀態(tài)(以使泳動(dòng)距離與片段長度成反比)。但是此種生熱程度限制于包括電泳設(shè)備在內(nèi)的材料耐熱度。這種限制限制了所施加電壓的最高幅度，因?yàn)殡娪境掷m(xù)時(shí)間取決于所加電壓的幅度，縮短電泳時(shí)間的能力也受到所加能量幅度的制約。
伴隨DNA測序凝膠生熱的另一問題是該熱在整個(gè)凝膠中分布不均衡，結(jié)果凝膠中產(chǎn)生熱溫度梯度。在常規(guī)改性丙烯酰胺凝膠條件下，電泳期間，該凝膠中心1/4-1/3之處要比全長其余部份熱。因?yàn)閱捂淒NA片段的流動(dòng)性隨溫度按比例改變(每℃提高約2.2％比例)，不均衡加熱造成中心泳道的樣品比邊緣樣品泳動(dòng)快。該結(jié)果使得其泳道譜帶圖形橫穿凝膠呈現(xiàn)“微笑”狀的測序凝膠從凝膠中心朝邊緣，該譜帶逐漸偏向陽極(采用常規(guī)技術(shù)即朝上)。
另一現(xiàn)有技術(shù)尚未解決的嚴(yán)重問題是與高電壓板式凝膠電泳相關(guān)的問題-產(chǎn)生前后熱溫度梯度。特別是測序凝膠各泳道中每條譜帶與所有其它譜帶的分辨率受這些類型熱梯度的影響。
譜帶分辨率取決于每條帶的尺寸(即厚度)，以及各帶平均厚度和分隔各帶的空間寬度之間的關(guān)系。由厚帶組成的測序階梯平均比較薄凝膠(即拆分帶更緊者)，含較少可分辨帶，只是由于該凝膠拆分帶長度有限的緣故。同時(shí)，因?yàn)樵瓌t上測序凝膠中各帶小至一個(gè)核苷酸均可分開，那么具多重特定核苷酸(如5＇-TTTTTTTTT-3＇)的DNA展開后，在較厚凝膠(拆分帶欠緊密)中，比在較薄凝膠(拆分帶較緊密)中分辨更為困難。雖然該因素對于拆分一種核苷酸重復(fù)展開的鏈特別重要(因?yàn)樵谕挥镜乐羞M(jìn)行的相應(yīng)于這些核苷酸每一種的單鏈DNA片段電泳，該現(xiàn)象更為嚴(yán)重)，但此種與帶寬相關(guān)的譜帶分辨率問題，也出現(xiàn)在跨越一條以上凝膠泳道的某些凝膠部份(稱之為“凝縮區(qū)”(compression zone))。
這些問題已由現(xiàn)有技術(shù)正視，正如采用[35S]-標(biāo)記的脫氧核苷酸標(biāo)記測序反應(yīng)中的DNA所證實(shí)的一樣(見Sambrook等人，出處同上)。因?yàn)?5S發(fā)射較低能量粒子在放射自顯影膜較窄面轉(zhuǎn)換銀顆粒，所以由來自35S的β-粒子發(fā)射產(chǎn)生的放射自顯影帶帶寬，要比32P β-粒子發(fā)射產(chǎn)生的帶寬窄些。此種窄帶的有用性，盡管伴隨35S使用會(huì)面臨很多實(shí)際缺點(diǎn)，而其仍是該領(lǐng)域一種可接受的方法而得到證實(shí)(這些缺點(diǎn)包括較長的放射自顯影時(shí)間)。
使用高電壓板式凝膠電泳分離的單鏈DNA片段帶寬的主要決定因素是高壓電泳期間該凝膠中產(chǎn)生的前后熱溫度梯度。因此，在DNA測序/凝膠電泳領(lǐng)域，在前后以及左右熱溫度梯度降至最小的條件下進(jìn)行高電壓板式凝膠電泳所用設(shè)備，仍有未盡人意及不能滿足需要之處。
因此，現(xiàn)有技術(shù)的局限性包括由于凝膠過熱對可使用的電壓多高有所限制，從而使泳動(dòng)時(shí)間加長；因?yàn)檩^高離子強(qiáng)度需較高能量，限制了離子強(qiáng)度；不均衡受熱，引起“微笑”變形(即左右變形)并降低分辨率(前后)。
現(xiàn)有技術(shù)中將此種熱梯度降至最小的各種努力是公知的，一般包括三種相關(guān)方法。
1、鋁襯托板鋁襯托板一般在最常用的與發(fā)明人無關(guān)的分子生物學(xué)參考手冊中有所介紹(見Sambrook等人所著，1988，分子克隆，實(shí)驗(yàn)指南，第二版，冷泉港實(shí)驗(yàn)室出版社(Cold Spring Harbor Laboratory Press)，冷泉港，紐約，第2卷，第13、46頁，和Ausubel等人，1987，目前分子生物學(xué)中的約定(CurrentProtocols in Molecular Biology)，John Wiley&Sons，紐約，第1卷，第7、6、12頁)。
這種電泳裝置的常規(guī)(通常自制的)方案中，鋁板被夾于含凝膠的前(或后)玻璃板處，作為使溫度梯度均勻的工具。但是，因?yàn)榻佑|面的不均勻性以及空氣的不良導(dǎo)熱性，使得玻璃板和鋁板之間的熱轉(zhuǎn)移具有一定程度可變性。使用鋁襯托板裝置，在變性板式凝膠電泳的常規(guī)條件下，凝膠中產(chǎn)生的左右溫度梯度可降低1-3℃。使用這種裝置，“微笑”現(xiàn)象基本上降低了，但仍然能檢測出，并且妨礙凝膠中排列的核苷酸順序的易測性。
2、緩沖液襯托板緩沖液襯托板類型的裝置(由Bethesda Research Labs，Gaithersburg，MD和BioRad，Hercules，CA市售)也在一般最常用的與發(fā)明人無關(guān)的分子參考手冊中有所介紹(見Sambrook等人，同前述文獻(xiàn))。因?yàn)樽杂蓪α髁黧w(緩沖液)和玻璃板之間的熱轉(zhuǎn)移更均勻，所以緩沖液襯托板比鋁襯托板更為有效些。結(jié)果，該體系使“微笑”現(xiàn)象減至人工讀數(shù)可接受程度，但由于需要延伸整個(gè)襯板長度的水密封艙，而使該測序凝膠裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
3、循環(huán)水在玻璃后側(cè)采用強(qiáng)制對流流體(通常是水)獲得緩沖液襯托板型裝置的進(jìn)一步改進(jìn)，正如Garoff和Ansorge所述(1981，生物化學(xué)分析(Anal.Biochem.)115450)，并從Pharmacia，Milwaukee，WI可購得。該方案可使從左到右達(dá)到很均勻的溫度分布，并且獲得泳道中跨越凝膠寬度的基本上直的譜帶圖形。如上面所述，該方案成功地用于與采用穩(wěn)定光電二極管的自動(dòng)凝膠順序閱讀器相連接。但該方案也有需要特殊循環(huán)泵之缺點(diǎn)，所述泵可供給真空和壓力調(diào)節(jié)，以避免在套管內(nèi)產(chǎn)生高壓力引起操作期間玻璃與塑料水套管密封的破壞。此缺點(diǎn)加大了該體系的成本。另一缺點(diǎn)是在接近由板式凝膠電泳進(jìn)行DNA測序伴隨的高電壓處，循環(huán)套管中有水存在。
4、層流空氣冷卻毛細(xì)管電泳W(wǎng)einberger(U.S.專利號(hào)5053115，1991年10月1日公告)描述了一種毛細(xì)管電泳裝置，其中使用層流空氣冷卻套管，或圍繞毛細(xì)管外部配置的多支管來使凝膠溫度保持恒定。該裝置中，加熱元件置于毛細(xì)管一側(cè)，而另一側(cè)有一風(fēng)扇，借助層流氣流，采用感熱元件使跨越毛細(xì)管整個(gè)表面的溫度保持恒定。
Owl Scientific，Cambridge，Massachusetts推向市場一種使用壓縮空氣流的板式凝膠電泳裝置(稱之為“Road RunnerTM”)，例如，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)室臺(tái)上普遍能找到的裝置。電泳期間，借助對流穿過凝膠板而使該凝膠冷卻。來自凝膠板對流熱轉(zhuǎn)移受熱的空氣，從該裝置中排出，使得熱從該體系中消散。帶切口的鋁板也可用來提高由該裝置提供的對流冷卻作用。
本發(fā)明涉及凝膠電泳分離中強(qiáng)制空氣溫度控制的應(yīng)用。具體說來，本發(fā)明涉及強(qiáng)制空氣法及裝置，用于精確控制凝膠板左右，更重要的控制其前后熱梯度，以改善其DNA順序可讀長度。
特別是本發(fā)明公開幾種分流法(split flow method)的應(yīng)用，所述分流法使熱對稱地轉(zhuǎn)移到玻璃凝膠板的兩側(cè)，結(jié)果使凝膠前后梯度降低，并相應(yīng)地改善分離DNA片段的分辨度。
在前后玻璃表面使用分流空氣沖擊可獲得進(jìn)一步的改善。本發(fā)明對于以板式凝膠電泳測DNA順序有用，尤其與現(xiàn)有技術(shù)相比，可讀到DNA順序更長。
本發(fā)明對本技術(shù)領(lǐng)域主要貢獻(xiàn)包括使凝膠中達(dá)到平衡溫度梯度的許多獨(dú)特方法，包括平衡凝膠中前后溫度梯度以增強(qiáng)分離DNA片段的分辨度；平衡凝膠中左右溫度梯度以減低“微笑”狀變形；以及平衡凝膠中上下溫度梯度，實(shí)現(xiàn)可重復(fù)泳動(dòng)次數(shù)。
超過現(xiàn)有技術(shù)裝置的優(yōu)點(diǎn)，包括以高而均勻的溫度在凝膠上電泳的能力，以保持ssDNA變性。本發(fā)明另一優(yōu)點(diǎn)是能使用低離子強(qiáng)度緩沖液提高泳動(dòng)清晰度。本發(fā)明也可使用較高電壓(由此較高能量/瓦)以提高展開泳動(dòng)的速度。本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供凝膠板的對稱空氣湍流，由此使其前后、左右熱梯度降至最小。本發(fā)明其它優(yōu)點(diǎn)包括熱轉(zhuǎn)移系數(shù)高，以及能保持高于或低于室溫的恒定熱狀態(tài)。
本發(fā)明能使凝膠溫度同凝膠中能量消耗無關(guān)，從而達(dá)到最佳狀態(tài)。
附圖的簡單介紹

圖1a-1d描述高電壓電泳之后，凝膠板中由溫度梯度引起的形變；圖1a和1c表示使用常規(guī)方法得到的帶形，而圖1b和1d表示使用本發(fā)明裝置得到的帶形。
圖2a、2b和2c表示板式凝膠電泳期間為降低溫度梯度所用的常規(guī)裝置。
圖3a、3b和3c是空氣冷卻玻璃板之間凝膠層的溫度分布圖曲線。
圖4a和4b表示作用于DNA帶寬的熱程度。
圖5a、5b和5c表示為降低溫度梯度使用強(qiáng)制空氣法的本發(fā)明方案。
圖6a和6b表示有湍流兩側(cè)噴氣沖擊裝置帶有由單電機(jī)驅(qū)動(dòng)供能的兩臺(tái)渦漩形風(fēng)扇的本發(fā)明方案。
圖7a和7b表示帶有單個(gè)鼓風(fēng)機(jī)，有雙側(cè)切向鼓風(fēng)噴氣沖擊體系的本發(fā)明另一方案。
圖8a和8b表示裝置底部帶有單個(gè)風(fēng)扇的，雙側(cè)切向風(fēng)扇體系的本發(fā)明另一方案。
圖9a和9b表明裝置一側(cè)帶有單個(gè)風(fēng)扇的、雙側(cè)空氣沖擊凝膠溫度控制裝置的本發(fā)明另一方案。
圖10a和10b表明裝置頂部帶有單一風(fēng)扇的本發(fā)明另一方案。
圖11表明本發(fā)明中后沖擊板上溫度傳感器的位置。
圖12是本發(fā)明溫度控制體系的示意圖。
圖1a-1d描述高電壓電泳之后凝膠板上因溫度梯度引起的形變。圖1a和1c表示使用常規(guī)方法產(chǎn)生的單鏈DNA片段帶圖形，而圖1b和1d表示采用本發(fā)明裝置，即圖6、7和8所示方案產(chǎn)生的相應(yīng)圖形。
更詳細(xì)說來，圖1a表示由左右高熱梯度所引起的所謂“微笑”狀的單鏈DNA片段帶圖形的嚴(yán)重形變。圖1b表示使用本發(fā)明減低此種左右熱梯度時(shí)同樣DNA片段帶的圖形。
圖1c表示由于前后高熱梯度展開引起的較寬譜帶。圖1d表示使用本發(fā)明降低前后熱梯度后，發(fā)現(xiàn)凝膠中帶寬變薄。將圖1c和1d各自所示譜帶分辨度進(jìn)行比較，表明由前后高熱梯度引起的核苷酸順序清晰度降低。
圖2a、2b和2c表示板式凝膠電泳期間降低溫度梯度的常規(guī)裝置。圖2a中，裝置1有鋁襯托板2、上緩沖液槽3、下緩沖液槽4、和玻璃凝膠板5。玻璃凝膠板5由前玻璃板6和后玻璃板7(二者基本上相互平行)，以及二板之間所含凝膠8組成。該方案中鋁襯托板2夾于后玻璃板7的背后9處，形成界面10。
圖2b中，裝置11有緩沖液襯板12、上緩沖液槽13、下緩沖液槽14、和玻璃凝膠板15。玻璃凝膠板15由基本上相互平行的前玻璃板16和后玻璃板17，以及二板間所含凝膠18組成。該方案中，緩沖液襯板12夾于后玻璃板17的背后19處，形成界面20。
圖2c中，裝置21有充有循環(huán)水23的循環(huán)水板22、上緩沖液槽24、下緩沖液槽25，和玻璃凝膠板26。玻璃凝膠板26由前玻璃板27和后玻璃板28(相互基本平行)，以及二板間所含凝膠29組成。該方案中，循環(huán)水板22夾于后玻璃板28的背后30，形成界面31。循環(huán)水23由進(jìn)水口32流入，穿過循環(huán)水板22流動(dòng)，并經(jīng)出水口33流出。該方案中，循環(huán)水23從玻璃凝膠板26帶走熱，然后冷卻，經(jīng)常規(guī)方法再循環(huán)(未畫出)。
圖3a、3b和3c是空氣冷卻玻璃板之間，凝膠層的溫度分布圖曲線。更具體地說，圖3a表示近似相等厚度38的前玻璃板36和后玻璃板37之間形成的凝膠35的剖面34；圖3b表示在熱對稱轉(zhuǎn)移至周圍空氣的條件下，凝膠35的溫度分布39；該條件下，凝膠35中的溫度梯度是對稱的，結(jié)果導(dǎo)致出現(xiàn)凝膠35中的最低峰拋物線梯度(ΔT凝膠40)，和最低量的額外帶擴(kuò)展；圖3c表示熱不對稱轉(zhuǎn)移至周圍空氣的條件下，凝膠35的溫度分布41；該條件下，凝膠35中的溫度梯度為非對稱的，凝膠35的一邊比另一邊有更多的熱轉(zhuǎn)移來，結(jié)果導(dǎo)致前后熱溫度梯度(ΔT凝膠42)；這種圖形在有鋁襯托板2(圖2a)的裝置1，有緩沖液襯托板12(圖2b)的裝置11，和有循環(huán)水板22(圖2c)的裝置21的凝膠電泳裝置構(gòu)型中可見。比較圖3b和3c中所示的ΔT凝膠值，看出不對稱條件下凝膠35中的溫度梯度要大得多(約4倍)，結(jié)果引起譜帶擴(kuò)展基本破壞和分辨力喪失。
兩層大致相等厚度玻璃板之間形成200μ薄層凝膠。聚丙烯酰胺凝膠一般以1×TBE緩沖液制成，是電導(dǎo)性的。隨著幾千伏電壓施加于凝膠長度兩端，該凝膠中均勻產(chǎn)生約40瓦能量。
假如熱轉(zhuǎn)移在凝膠兩側(cè)平衡，則溫度梯度對稱，導(dǎo)致凝膠中產(chǎn)生最低峰拋物線溫度梯度(ΔT凝膠)，且產(chǎn)生最低量的額外譜帶擴(kuò)展。對于一般操作條件而言，凝膠中梯度在0.3℃數(shù)量級(jí)，而DNA在凝膠中流動(dòng)性的溫度系數(shù)為2.3％/℃，結(jié)果越過20cm長凝膠，譜帶擴(kuò)展為幾分之一毫米。
一般情況下，比起暴露于熱轉(zhuǎn)移不良的自由空氣的體系另一側(cè)而言，更多的熱導(dǎo)向鋁襯板式緩沖液襯板。最壞的情況下，該體系中所有的熱從后部導(dǎo)出，結(jié)果凝膠中產(chǎn)生大得多的溫度梯度，ΔT凝膠，帶的擴(kuò)展實(shí)質(zhì)上破壞，和分辨力損失。該條件下，凝膠中溫度梯度大4倍，結(jié)果相應(yīng)的分辨率降低4倍。
圖4a和4b表示熱對DNA帶寬的影響程度。具體地說，圖4a表示，相對于各凝膠電場強(qiáng)度45而言，100μ厚凝膠及300μ厚凝膠擴(kuò)散帶寬43和受熱后帶寬44，受到相反的影響。該圖表示，預(yù)期的帶寬是電場(凝膠中的能量消耗)的函數(shù)。電場強(qiáng)度很低時(shí)(低能量水平)，帶寬受凝膠基質(zhì)中慢慢泳動(dòng)的DNA片段擴(kuò)散所限。較高電場(較快泳動(dòng))下，帶寬由凝膠中拋物線形熱分布所決定，因?yàn)樗鹌畏蔷鶆蛴緞?dòng)。較厚的凝膠有較高拋物線熱分布，這樣給定的電場下，帶較寬。該趨勢是較薄的凝膠，有較快高分辨率泳動(dòng)，但較薄的凝膠操作較困難、且加樣容量較低。
圖4b表示在以1×Tris-硼酸鹽-EDTA緩沖液制備的300μ厚凝膠中，最佳情況下(即對稱散熱46)和最差情況下(即不對稱散熱47)的受熱效應(yīng)；兩曲線在電場強(qiáng)度45約為50伏/cm點(diǎn)48處相交。
實(shí)線表示凝膠中具有對稱熱梯度的300μ厚凝膠的熱擴(kuò)散效應(yīng)(玻璃板前后表面熱散失相等)。如果該體系使得前表面熱散失有變化，那么其效能遵循虛線。在某一點(diǎn)，相應(yīng)于虛線與對稱條件實(shí)線相會(huì)之處，前后熱散失精確相抵。假如熱流動(dòng)不平衡，則順虛線之一運(yùn)作，根本上提高了帶寬。常規(guī)的DNA凝膠設(shè)備試圖通過調(diào)節(jié)散熱和能量水平在靠近對稱點(diǎn)操作。然而，該點(diǎn)不穩(wěn)定，且取決于與室內(nèi)空氣的自由對流、襯鋁板的接觸電阻，以及難于預(yù)料和控制的許多其它熱可變性。
圖5a、5b和5c表示為降低溫度梯度，采用強(qiáng)制空氣法的本發(fā)明方案?？諝饬鲃?dòng)以箭頭表示。圖5a中，湍流一側(cè)板裝置49有上緩沖液槽50、下緩沖液槽51，玻璃凝膠板52，由電機(jī)54驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇53。玻璃凝膠板52由前玻璃板55和后玻璃板56(二者基本相互平行)，以及兩板間所含凝膠57組成。風(fēng)扇53的位置要使其面對后玻璃板56的后背58。風(fēng)扇53還有螺旋葉片59。風(fēng)扇53使后玻璃板56背后58處的空氣循環(huán)。這樣，裝置49帶有一個(gè)大型混合流體葉輪扇53，置于后玻璃板56處而構(gòu)建成，由此，湍流空氣主要在玻璃凝膠板52一側(cè)，即后玻璃板56背后58處循環(huán)。該方法如前面所示緩沖液襯板例一樣，在于控制左右梯度。因并未在前后玻璃板兩側(cè)施加循環(huán)高速空氣，因此熱梯度在前后是不對稱的，與其它常規(guī)裝置一樣，會(huì)同樣有分辨率喪失的問題。
圖5b中，層流兩側(cè)板裝置60帶有上緩沖液槽61，下緩沖液槽62，玻璃凝膠板63，和由電機(jī)65驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇64。玻璃凝膠板63由前玻璃板66和后玻璃板67(二者基本相互平行)以及二板間所含凝膠68組成。風(fēng)扇64的位置要使其面對后玻璃板67的背后69。此外，風(fēng)扇64有垂直延伸的葉片70，其位于上緩沖液槽61和下緩沖液槽62之間。借助風(fēng)扇64，使得空氣按層流方式在后玻璃板67的后面69和前玻璃板66的前面71循環(huán)。該裝置由常規(guī)長鼠籠式鼓風(fēng)扇64，安裝于玻璃板66和67的側(cè)面而制成。風(fēng)扇64循環(huán)空氣并使之分流，以使基本上一半流過前玻璃板66的前面71，而另一半流過后玻璃板67的后面69，由此消除大部份前后梯度。用熱電偶所測得玻璃板66和67兩端的前后梯度為0.3-0.5℃，比常規(guī)凝膠裝置要好5倍。當(dāng)空氣越過玻璃板時(shí)，因?yàn)闊嵛斩霈F(xiàn)輕微左右梯度。
圖5c中，兩側(cè)沖擊裝置72有上緩沖液槽73、下緩沖液槽74、玻璃凝膠板75，和由電機(jī)77驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇76。玻璃凝膠板75由前玻璃板78和后玻璃板79(二者基本上相互平行)，以及其間所含凝膠80組成。風(fēng)扇76置于下緩沖液槽74下面。風(fēng)扇76還帶有螺旋葉片81。另外，裝置72帶有面對前玻璃板78前面83的前沖擊板82，和面對后玻璃板79后面85的后沖擊板84。該前沖擊板82和后沖擊板84上均有沖擊孔86。風(fēng)扇76以分流方式使空氣從下緩沖液槽74下面，沿前沖擊板82和后沖擊板84朝上，并流向上緩沖液槽73而循環(huán)。該循環(huán)空氣通過沖擊孔86進(jìn)入，然后向下回流流向下緩沖液槽74。該裝置帶有共用風(fēng)扇76并分流，且?guī)в蟹謩e面向前后玻璃板的前后兩沖擊板，比圖5a和5b樣機(jī)提供更佳效能。該裝置中，空氣通過沖擊孔86流動(dòng)沖擊玻璃板表面，即基本上以直角撞向前面83和后面85，由此在該處產(chǎn)生局部湍流，及產(chǎn)生很高的熱轉(zhuǎn)移系數(shù)。該裝置72沿前面83和后面85整齊排列的沖擊孔86基本上是對稱的；借助對稱設(shè)計(jì)和大型空氣分配室而使氣流平衡。該裝置72有從其底到頂延伸逐漸變細(xì)的壁87。該裝置將玻璃板兩端的前后熱梯度降至0.1℃以下，同時(shí)左右梯度也很低(0.3℃)。由于基本對稱的結(jié)構(gòu)，可保持凝膠80本身對稱溫度梯度而獲得附加效能。
圖6a和6b表示本發(fā)明的另一方案，該方案為帶有前、后室88′和側(cè)室88″的湍流兩側(cè)噴氣沖擊裝置88?？諝饬鲃?dòng)方向以箭頭表示。裝置88有上緩沖液槽89，下緩沖液槽90、玻璃凝膠板91，和由單一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器93供能的兩臺(tái)渦旋風(fēng)扇(scroll fan)92。玻璃凝膠板91由前玻璃板92和后玻璃板93(二者基本上相互平行)，以及其間所含凝膠94組成。風(fēng)扇92置于下緩沖液槽90之下。風(fēng)扇92也有螺旋葉片95。而且該裝置88也有面對前玻璃板92前面97的前沖擊板96，和面對后玻璃板93后面99的后沖擊板98。該兩沖擊板上均有沖擊孔100。空氣通過風(fēng)扇92，從下緩沖液槽90下部，并沿其向上通過室88′，再流向上緩沖液槽89而循環(huán)。通過沖擊孔100，該循環(huán)空氣進(jìn)入內(nèi)部，當(dāng)空氣流入側(cè)室88″后，該空氣從玻璃凝膠板91帶走熱量。然后該空氣通過側(cè)室88″流動(dòng)，并進(jìn)入渦管風(fēng)扇92的進(jìn)氣口101。借助基本上以同玻璃板92和93成直角的方式高速流過沖擊板96和98中的孔100的空氣，而獲得高的熱轉(zhuǎn)移。
圖7a和7b表示本發(fā)明的另一方案，該方案為帶有前，后室102＇和側(cè)室102″的雙側(cè)切向鼓風(fēng)機(jī)噴氣沖擊裝置102?？諝饬鲃?dòng)方向以箭頭表示。裝置102有上緩沖液槽103、下緩沖液槽104、玻璃凝膠板105、和由電機(jī)(未畫出)供能的單個(gè)鼓風(fēng)扇106。玻璃凝膠板105由前玻璃板107和后玻璃板108(二者基本上相互平行)，以及其間所含凝膠109組成。鼓風(fēng)風(fēng)扇106置于下緩沖液槽104之下。并且裝置102也有面對前玻璃板107前面111的前沖擊板110，和面對后玻璃板108后面113的后沖擊板112。前后兩沖擊板上均有沖擊孔(未畫出，但與圖6a和6b所示的沖擊孔相同)。借助鼓風(fēng)扇106，空氣從下緩沖液槽104下面，于出口106＇處并沿其向上通過室102＇，再流向上緩沖液槽103而循環(huán)。該循環(huán)空氣通過沖擊孔進(jìn)入，當(dāng)流入側(cè)室102″時(shí)，空氣從玻璃凝膠板105帶走熱量。然后該空氣流經(jīng)側(cè)室102″，并進(jìn)入鼓風(fēng)扇106進(jìn)氣口106″。借助以基本上同玻璃板107和108成直角的方式高速流過沖擊板110和112中的孔的空氣，而獲得高的熱轉(zhuǎn)移。裝置102有隔板104＇，該板將從出口106＇流出的空氣和再回流入進(jìn)口106″的空氣隔開。該裝置102還有錐形壁114，其上有鉸接的頂置114＇，可以打開使之能探入裝置102的內(nèi)部。裝置102與圖6a和6b所示裝置88相似之處是二者均有切向雙側(cè)裝置，但其不同之處是裝置102有單一切向鼓風(fēng)扇106，而不是裝置88中的兩個(gè)渦旋形風(fēng)扇92。
圖8a和8b表示本發(fā)明的另一方案，該方案為帶有前、后室115＇和側(cè)室115″的空氣沖擊凝膠溫度控制裝置115。空氣流動(dòng)方向以箭頭表示。裝置115帶有上緩沖液槽116、下緩沖液槽117、玻璃凝膠板118，和由單個(gè)電機(jī)120供能的鼓風(fēng)扇119。玻璃凝膠板118由前玻璃板121和后玻璃板122(二者基本上相互平行)，以及其間所含凝膠123組成。鼓風(fēng)扇119置于下緩沖液槽117之下。鼓風(fēng)扇119也有螺旋葉片124。并且裝置115也有面對前玻璃板121前面126的前沖擊板125，和面對后玻璃板122后面128的后沖擊板127。前后二沖擊板上均有沖擊孔129。借助鼓風(fēng)扇119，空氣從下緩沖液槽117下面，向上并通過室115＇，并流向上緩沖液槽116而循環(huán)。該循環(huán)空氣通過沖擊孔129進(jìn)入，然后當(dāng)空氣流進(jìn)側(cè)室115″時(shí)，該空氣從玻璃凝膠板118攜走熱量。隨后空氣流經(jīng)側(cè)室115″并進(jìn)入鼓風(fēng)扇119的進(jìn)氣口130。借助以基本上同玻璃板121和122成直角的方式，高速流過沖擊板125和127上的孔100的空氣，而獲得高熱轉(zhuǎn)移。裝置115帶有隔板117＇，該板將從鼓風(fēng)扇119出口124＇流出的空氣，和回流入鼓風(fēng)扇119進(jìn)口130的空氣隔開。該裝置115還有為固定電機(jī)120用的裝配板124″。
圖9a和9b是本發(fā)明另一方案，該方案系空氣沖擊凝膠溫度控制裝置131?？諝饬鲃?dòng)方向以箭頭表示。裝置131有上緩沖液槽132、移動(dòng)式的下緩沖液槽133、玻璃凝膠板134，和由單個(gè)電機(jī)136供能的鼓風(fēng)扇135。玻璃凝膠板134由前玻璃板137和后玻璃板138(二者基本上相互平行)，以及其間所含的凝膠139組成。移動(dòng)式下緩沖液槽133可以相對于上緩沖液槽132上下移動(dòng)，以便裝配不同長度的玻璃板。圖9b表示移動(dòng)式下緩沖液槽133處于兩種不同位置，即位置133＇和133″。此外，裝置131也有面對前玻璃板137前面141的前沖擊板140，和面對后玻璃板138后面143的后沖擊板142。該前后兩沖擊板上均有沖擊孔144。該裝置131也有分流板145，位于鼓風(fēng)扇135和后沖擊板142之間。借助鼓風(fēng)扇135，空氣圍繞分流板145以分流方式，和圍繞沖擊板140和142循環(huán)。該循環(huán)空氣通過沖擊孔144進(jìn)入，并從玻璃凝膠板134攜出熱量。借助以基本上同玻璃板137和138成直角的方式，高速流過沖擊板140和142上的孔144的空氣，而獲得高熱轉(zhuǎn)移。然后該空氣沿玻璃板137和138流動(dòng)，并回到鼓風(fēng)扇135的進(jìn)口146。這樣，循環(huán)空氣通過沖擊孔144進(jìn)入，然后當(dāng)其流回鼓風(fēng)扇135的進(jìn)口146時(shí)，從玻璃凝膠板134攜走熱量。如圖9b所示，空氣從裝置131的底部和/或頂部回到鼓風(fēng)扇135。該裝置131帶有隔板146＇，該板將從鼓風(fēng)扇135的出口146″流出的空氣和回到鼓風(fēng)扇135進(jìn)口處146的空氣隔開。
圖10a和10b表示本發(fā)明的另一方案，該方案是帶有前、后室147＇和側(cè)室147″的空氣沖擊凝膠溫度控制裝置147?？諝饬鲃?dòng)方向以箭頭表示。裝置147有上緩沖液槽148、下緩沖液槽149、玻璃凝膠板150、和鼓風(fēng)扇151。玻璃凝膠板150由前玻璃板152和后玻璃板153(二者基本上相互平行)，以及其間所含凝膠154組成。鼓風(fēng)扇151置于上緩沖液槽148上面。另外，裝置147還有面對前玻璃板152前面156的前沖擊板155，和面對后玻璃板153后面158的后沖擊板157。兩沖擊板上均有沖擊孔(未畫出，但與圖6a和6b中所示沖擊孔100相同)。裝置147也有在上緩沖液槽148附近安置的分流板159。借助鼓風(fēng)扇151，空氣圍繞分流板159外表面160，和圍繞沖擊板155和157循環(huán)。該循環(huán)空氣通過沖擊孔進(jìn)入，然后當(dāng)空氣移向側(cè)室147″時(shí)，該空氣從玻璃凝膠板150攜走熱量。而后空氣流經(jīng)側(cè)室147″，到達(dá)鼓風(fēng)扇151進(jìn)氣口161。借助基本上與玻璃板152和153成直角的方式，通過沖擊板155和157上的沖擊孔的高速流動(dòng)的空氣，而獲得高效熱轉(zhuǎn)移。分流板159將從鼓風(fēng)扇151出口162流出的空氣，和流回鼓風(fēng)扇151進(jìn)口161的空氣隔開。
本發(fā)明前述各方案證明，相對于裝置的其余部位來說，鼓風(fēng)風(fēng)扇(本文中有時(shí)稱為鼓風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇)可置于不同位置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到鼓風(fēng)扇的位置，是涉及安全性和平衡性諸考慮因素的設(shè)計(jì)選擇要點(diǎn)。但考慮所有因素而言，確信示于圖9a和9b之方案系優(yōu)選構(gòu)造。
圖11表示本發(fā)明后沖擊板142上的溫度探測器200的位置。溫度探測器200可置于前述各方案的后沖擊板或者前沖擊板上。在優(yōu)選方案中，溫度探測器200置于圖9a和9b后沖擊板142上和靠近底部的地方。
圖12是本發(fā)明溫度控制系統(tǒng)201的示意圖。溫度控制系統(tǒng)201是閉合回路的溫度控制系統(tǒng)。溫度探測器200是精密的熱敏電阻，其0℃-70℃間的精確度在0.2℃之內(nèi)。溫度探測器200與固定電阻器202結(jié)合，形成分壓器，該分區(qū)器將電阻的改變轉(zhuǎn)化成電壓之變化。溫度探測器200處于分壓器高壓一側(cè)，而固定電阻器202處于其低壓一側(cè)。這使得溫度對電壓的曲線比溫度探測器本身更趨于線性關(guān)系。
然后通過12位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)204將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。參考電壓203給分壓器提供電壓。這使得ADC讀出按比例的變量，即參比電壓的改變并不影響讀數(shù)。讀數(shù)誤差由溫度探測器200的容差，電阻器202的容差、ADC 204的偏移，以及ADC 204的線性誤差組成。
微控制器205每秒鐘讀ADC 204一次。使用帶有約0.1℃增量和線性內(nèi)推值的查閱表計(jì)算溫度。所讀溫度從預(yù)測值中減去，便是溫度誤差。溫度誤差反饋到微控制器205中，其輸出值通過脈沖寬度調(diào)節(jié)(PWM)控制加熱器207。微控制器205使用61Hz實(shí)時(shí)鐘控制1Hz的PWM周期。通過固態(tài)繼電器(SSR)開關(guān)206，按1/61增量控制加熱器207。
加熱器207由AC線電壓供能，因其為450W相當(dāng)高的能量水平。由固態(tài)繼電器開關(guān)206可將加熱器207打開和關(guān)閉。只在AC電壓的零點(diǎn)交叉時(shí)，該繼電器開關(guān)206才打開或并閉。PWM的頻率選擇為1Hz。在1秒鐘的循環(huán)期間，AC線電壓有120(50Hz時(shí)為100)次零點(diǎn)交叉。加熱器207可以以1/120(或1/100)的增量從全閉到全開而受到控制，使其分辨能力優(yōu)于實(shí)時(shí)鐘。因此其分辨能力可達(dá)1/61，對于特定控制來說已足夠精細(xì)。在優(yōu)選方案中，電泳期間溫度維持在約50℃-60℃范圍內(nèi)，其中容差約為±0.5℃。
總的來說，前面已對本發(fā)明作出詳細(xì)介紹，并涉及到幾個(gè)優(yōu)選方案。本文中所述許多優(yōu)選裝置和方法，可以在不偏離下述權(quán)利要求及其等同文件所表明的本發(fā)明精神和范圍的情況下，由本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員加以改變。
權(quán)利要求
1.一種凝膠電泳分離裝置，包括下述組合氣體熱交換介質(zhì)，氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，和沖擊設(shè)備，由此，氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)使氣體熱交換介質(zhì)穿過沖擊設(shè)備，以在凝膠板表面提供氣體熱交換介質(zhì)流，從而，借助穿過沖擊設(shè)備的氣體熱交換介質(zhì)的流通而產(chǎn)生的該氣流，通過強(qiáng)制對流方式，將凝膠中的溫度梯度降至最小。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括鼓風(fēng)機(jī)。
3.權(quán)利要求1的裝置，其中氣體熱交換介質(zhì)是空氣，而氣體冷卻劑驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括風(fēng)扇。
4.凝膠電泳分離裝置的改進(jìn)，所述改進(jìn)包括溫度控制部件，包括大量氣體熱交換介質(zhì)，安裝來限定氣體熱交換介質(zhì)體積的氣體熱交換介質(zhì)容限設(shè)備，氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，和沖擊設(shè)備，由此，氣體熱交換介質(zhì)在氣體熱交換介質(zhì)容限體積之內(nèi)，由氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，并通過沖擊設(shè)備，引起凝膠中及與凝膠相鄰處的氣體熱交換介質(zhì)流動(dòng)，借助穿過沖擊設(shè)備的氣體熱交換介質(zhì)的流通產(chǎn)生的該氣流，通過對流作用，使凝膠中溫度梯度降至最小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的凝膠電泳分離裝置的改進(jìn)，其中沖擊設(shè)備包括第一沖擊板和第二沖擊板；兩沖擊板大約相等大小，大體上為長方形，各板有內(nèi)表面和外表面，以及許多穿孔；各沖擊板面取向大致相互平行；穿孔按大體垂直于沖擊板面的方式排列，由此限定沖擊通道；而第一沖擊板位于凝膠電泳分離裝置的第一凝膠板相鄰處，且其裝配方式要使之基本上復(fù)蓋該凝膠板，并限定凝膠板與沖擊板之間的空間；第二沖擊板位于凝膠電泳分離裝置的第二凝膠板相鄰處，且其裝配方式要使之基本上復(fù)蓋該凝膠板，并限定凝膠板和沖擊板之間的空間，其中所述第一和第二凝膠板限定其間的含凝膠區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的凝膠電泳分離裝置的改進(jìn)，其中沖擊板和凝膠板均有大致相等的長方形剖面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的凝膠電泳分離裝置的改進(jìn)，其中氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括鼓風(fēng)機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的凝膠電泳分離裝置的改進(jìn)，其中氣體熱交換介質(zhì)是空氣，而氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括風(fēng)扇。
9.凝膠電泳分離裝置的改進(jìn)，所述改進(jìn)包括溫度控制部件，包括大量氣體熱交換介質(zhì)，安裝來限定氣體熱交換介質(zhì)體積，帶有外周邊的氣體熱交換介質(zhì)容限室，第一氣體熱交換介質(zhì)容納區(qū)、遠(yuǎn)離第一區(qū)，并由中心氣體熱交換介質(zhì)容納區(qū)與第一區(qū)隔開的第二氣體熱交換介質(zhì)容納區(qū)；在氣體熱交換介質(zhì)容限體積內(nèi)驅(qū)動(dòng)氣體熱交換介質(zhì)的設(shè)備，其中氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備靠近第二氣體熱交換介質(zhì)容納區(qū)安裝；引導(dǎo)氣體熱交換介質(zhì)沿氣體熱交換介質(zhì)容限體積外周邊流動(dòng)的設(shè)備；以及第一和第二沖擊板；兩沖擊板大小近似相等，且大致為長方形，各板有外表面和內(nèi)表面及許多穿孔，各沖擊板面取向大致相互平行，穿孔以近似垂直于沖擊板面的方式配置，由此限定沖擊通道；第一沖擊板位于凝膠電泳分離裝置的第一凝膠板附近，并以基本上復(fù)蓋該凝膠板的方式安裝，并限定凝膠板和沖擊板間的空間；第二沖擊板與該凝膠電泳分離裝置第二凝膠板相鄰，并以基本上將其復(fù)蓋的方式安裝，并限定該凝膠板和該沖擊板之間的空間，其中第一和第二凝膠板限定位于其間的含凝膠區(qū)域；氣體熱交換介質(zhì)由氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，在氣體熱交換介質(zhì)容限體積內(nèi)，沿周邊朝遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)設(shè)備的第一區(qū)域驅(qū)動(dòng)，并由此流經(jīng)中心區(qū)域，并與沖擊板外表面接觸，從而該氣體熱交換介質(zhì)與各沖擊板上的眾多穿孔溝通，在凝膠板和沖擊板間空間產(chǎn)生氣體熱交換介質(zhì)流，并穿過其間，由此再移向靠近氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的第二區(qū)域；由通過沖擊板穿孔的氣體熱交換介質(zhì)的流通產(chǎn)生的氣流，借助熱交換介質(zhì)和第一、第二凝膠板外表面之間的對流熱轉(zhuǎn)移作用，而將兩凝膠板之間含凝膠的空間中的溫度梯度降至最小。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的凝膠電泳分離裝置，其中沖擊板和凝膠板均為大致相等的長方形剖面。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的凝膠電泳分離裝置，其中沖擊板尺寸近似相等。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的凝膠電泳分離裝置，其中凝膠板大致置于氣體熱交換介質(zhì)容限室的中心，從而將氣體熱交換介質(zhì)容限體積分成二等分。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的凝膠電泳分離裝置，其中，氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括鼓風(fēng)機(jī)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的凝膠電泳分離裝置，其中，引導(dǎo)氣體熱交換介質(zhì)沿氣體熱交換介質(zhì)容限體積外周邊流動(dòng)的設(shè)備包括一個(gè)帽形罩蓋。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的凝膠電泳分離裝置，其中帽形罩蓋位于氣體熱交換介質(zhì)容限區(qū)靠近氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備處。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的凝膠電泳分離裝置，其中，氣體熱交換介質(zhì)是空氣，而氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括風(fēng)扇。
17.一種凝膠電泳分離裝置，為下述部件之結(jié)合第一凝膠板、第二凝膠板、第一緩沖液槽、第二緩沖液槽，和溫度控制部件；第一凝膠板和第二凝膠板大小近似相等，且大致為長方型，該二凝膠板按基本上相互平行的方式取向，并限定含凝膠區(qū)域，各凝膠板有與凝膠接觸的內(nèi)表面和外表面，第一邊緣、一對側(cè)邊緣，以及第二邊緣，其中，含凝膠區(qū)域進(jìn)一步由基本上沿各側(cè)邊緣位于第一和第二板之間的一對隔片限定；第一緩沖液槽與第一邊緣相鄰，且與含凝膠區(qū)域相通；第二緩沖液槽與第二邊緣相鄰，并與含凝膠區(qū)域相通；溫度控制部件還帶有用于限定氣體熱交換介質(zhì)體積的氣體熱交換介質(zhì)容限室，該室具有外周邊，第一氣體熱交換介質(zhì)容納區(qū)，和遠(yuǎn)離該第一區(qū)，并由中心氣體熱交換介質(zhì)容納區(qū)將其與第一區(qū)隔開的第二氣體熱交換介質(zhì)容納區(qū)，以及大量氣體熱交換介質(zhì)；溫度控制部件還包括驅(qū)動(dòng)在氣體熱交換介質(zhì)容限體積內(nèi)氣體熱交換介質(zhì)的設(shè)備，其中該氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備靠近第二氣體熱交換介質(zhì)容納區(qū)安裝；還包括引導(dǎo)氣體熱交換介質(zhì)沿氣體熱交換介質(zhì)容限體積外周邊流動(dòng)的設(shè)備；以及包括第一沖擊板和第二沖擊板；該兩沖擊板大小近似相等，基本上為長方形，各板有內(nèi)表面和外表面及許多穿孔，各沖擊板面以大體相互平行的方式取向；所述穿孔以大致垂直于沖擊板面之方式配置，由此限定沖擊通道；第一沖擊板與第一凝膠板相鄰，且按基本上將其復(fù)蓋的方式安裝，并限定凝膠板和沖擊板之間的空間；第二沖擊板與第二凝膠板相鄰，并按基本上將其復(fù)蓋的方式安裝，限定凝膠板和沖擊板間之空間；由此，氣體熱交換介質(zhì)在氣體熱交換介質(zhì)容限體積內(nèi)，由氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，沿氣體熱交換介質(zhì)容限室周邊，流向遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)設(shè)備的第一區(qū)，并流經(jīng)中心區(qū)、與沖擊板外表面接觸，從而氣體熱交換介質(zhì)與各沖擊板上諸孔相通，引起氣體熱交換介質(zhì)在凝膠板和沖擊板之間的空間流動(dòng)，并穿過該空間，由此再移向靠近氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的第二區(qū)；由氣體熱交換介質(zhì)通過沖擊板穿孔流通所誘導(dǎo)的氣流，借助熱交換介質(zhì)和第一、第二凝膠板外表面間的對流熱轉(zhuǎn)移作用，而使二凝膠板間含凝膠空間內(nèi)的溫度梯度降至最小。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的凝膠電泳分離裝置，其中，沖擊板和凝膠板均為大體相等的長方形剖面。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的凝膠電泳分離裝置，其中，沖擊板尺寸近似相同。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的凝膠電泳分離裝置，其中，凝膠板置于氣體熱交換介質(zhì)容限室的大致中央位置，從而將氣體熱交換介質(zhì)容限體積分成二等分。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的凝膠電泳分離裝置，其中，氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括鼓風(fēng)機(jī)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的凝膠電泳分離裝置，其中，鼓風(fēng)機(jī)位于接近凝膠板第一或第二邊緣處。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的凝膠電泳分離裝置，其中，引導(dǎo)氣體熱交換介質(zhì)沿氣體熱交換介質(zhì)容限體積外周邊流動(dòng)的設(shè)備包括一個(gè)帽形罩蓋。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的凝膠電泳分離裝置，其中，帽形罩蓋位于氣體熱交換介質(zhì)容納區(qū)內(nèi)接近氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備處。
25.根據(jù)權(quán)利要求17的凝膠電泳分離裝置，其中，氣體熱交換介質(zhì)是空氣，而氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括風(fēng)扇。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的凝膠電泳分離裝置，其中，風(fēng)扇靠近凝膠板的第一，或第二邊緣。
27.根據(jù)權(quán)利要求17的凝膠電泳分離裝置，其中，氣體熱交換介質(zhì)容限室包括有一定長度并由一定距離隔開的側(cè)板，其中該側(cè)板的放置要使得側(cè)板之間的距離沿側(cè)板長度逐漸增大，側(cè)板的放置使側(cè)板間成一角度，所述角度約為10°-約90°，因而由容限室限定的體積之剖面來看，其第一氣體熱交換介質(zhì)容納區(qū)要小于第二氣體熱交換介質(zhì)容納區(qū)。
28.根據(jù)權(quán)利要求17的凝膠電泳分離裝置，其中，氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，以基本上垂直于凝膠板的第一邊緣或第二邊緣的方式取向。
29.根據(jù)權(quán)利要求17的凝膠電泳分離裝置，其中，第一和第二緩沖液槽與氣體熱交換介質(zhì)容限體積物理分離開。
30.根據(jù)權(quán)利要求17的凝膠電泳分離裝置，其中，凝膠電泳分離在高于室溫的溫度下進(jìn)行。
31.一種板式凝膠電泳分離裝置中，電泳在封閉的環(huán)境控制舵內(nèi)的第一、第二板間的板狀凝膠中進(jìn)行，所述環(huán)境控制艙分別有與第一和第二凝膠板相對的第一和第二壁，其改進(jìn)包括第一沖擊設(shè)備位于第一凝膠板和第一壁之間，而第二沖擊設(shè)備位于第二凝膠板和第二壁之間，其中各沖擊設(shè)備限定許多開口，同第一、第二沖擊設(shè)備與第一、第二壁之間產(chǎn)生氣體熱交換介質(zhì)流的設(shè)備相結(jié)合；其中，氣體熱交換介質(zhì)通過第一和第二沖擊設(shè)備上的開口使該氣體熱交換介質(zhì)垂直地沖擊第一和第二凝膠板，從而電泳期間提供板式凝膠中的均勻溫度。
32.權(quán)利要求1的裝置，其中，氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，在電泳期間，保持氣體熱交換介質(zhì)之溫度在約50℃-60℃范圍內(nèi)。
33.權(quán)利要求32的設(shè)備，其中，氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備保持氣體熱交換介質(zhì)之溫度在±0.5℃的容差范圍。
34.電泳分離期間，保持玻璃板上電泳凝膠溫度的方法，包括(a)提供一個(gè)封閉艙，該艙帶有具許多開口的沖擊板，驅(qū)動(dòng)氣體熱交換介質(zhì)通過這些開口的設(shè)備，和將玻璃板間凝膠固定在艙內(nèi)的板間以便氣體熱交換介質(zhì)通過開口沖擊玻璃板的設(shè)備，(b)將艙內(nèi)玻璃板間的凝膠放于用于固定玻璃板間凝膠的設(shè)備之上，和(c)驅(qū)動(dòng)氣體熱交換介質(zhì)通過沖擊板中開口，均勻加熱電泳凝膠。
35.權(quán)利要求34的方法，其中，電泳分離期間，氣體熱交換介質(zhì)的溫度保持在約50℃-60℃范圍內(nèi)。
36.權(quán)利要求35的方法，其中，氣體熱交換介質(zhì)的溫度保持在±0.5℃的容差范圍內(nèi)。
全文摘要
一種凝膠電泳分離裝置，包括下述部件之結(jié)合；氣體熱交換介質(zhì)、氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備、和沖擊設(shè)備。由此，氣體熱交換介質(zhì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)使氣體熱交換介質(zhì)穿過沖擊設(shè)備，提供氣體熱交換介質(zhì)在凝膠板表面上流動(dòng)。從而，由氣體熱交換介質(zhì)穿過沖擊設(shè)備流通誘導(dǎo)的氣流，借助強(qiáng)制對流作用，將凝膠中的溫度梯度降至最小。
文檔編號(hào)G01N27/447GK1150476SQ95193409
公開日1997年5月21日 申請日期1995年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月4日
發(fā)明者道格拉斯·H·史密斯, 布賴恩·J·米夫薩德, 迪安·S·伯吉, 托馬斯·E·戴維斯, 史蒂文·M·馮哈伊斯蒂 申請人:杰諾米克斯公司