[发明专利]使用非对称流场流分馏方法优化小粒子分离的方法和装置

说明书

背景技术

对分离诸如高分子、病毒样颗粒、细菌或胶体的小粒子的需 要已经成为确定它们质量或大小方面特征和确定其分布之前的重要任 务。近年来，最成功的可分离这些粒子的一种途径是通过非对称流场 流分馏装置，即AsFFFF，或简称A4F。该装置是由J.Calvin Giddings 在他的1993 Science paper260卷1456-1465页中详细描述的早期横向流 FFF装置的一种变体。A4F的变体被它的发明者Carl-Gustav Wahlund 与J.Calvin Giddings在前者1987的论文“Properties of an asymmetrical flow field-flow fractionation channel having one permeable wall”， Analytical Chemistry 59，1332-39中描述。

A4F装置包括下述元件和将这些元件结合在一起的装置：1) 支撑可渗透液体的熔块的底部组件结构，通常该底部组件结构由烧结 的无缝钢粒子制造而成，2)位于熔块之上的可渗透薄膜，3)具有空 腔的厚度约为75到800μm的垫片，以及4)顶部组件结构，该结构 一般支撑由诸如或玻璃的材料构成的透明板。生成的夹层借助 螺栓或其他手段被结合起来。垫片内的蹄形空腔作为通道来使用，分 离就发生在该通道中。所述顶部组件结构包括三个孔，这些孔穿过大 体透明的板，被称为口，这些口位于所述通道上部中心并且允许配件 附在其中。这些口是：1)靠近所述通道起点的流动相入口，而且称为 流动相的载体液体通过该入口被泵送。2)试样口，非常靠近且处在所 述入口的下游，被分离的等份试样通过试样口被引导到所述通道，以 及3)出口，所述已分馏的等份试样通过该出口离开所述通道。

A4F通道被用于分离上述不同种类的粒子且粒子大小从几纳 米到几十微米。由这种粒子组成的等份试样的分离依次取决于所述蹄 形空腔的长度、宽度和厚度。此外，该分离取决于所述通道流速、横 向流相对于通道流的比例、液体粘性、pH、电离度、所述粒子本身的 物理构成以及位于所述熔块上的可渗透薄膜种类。通过适当地设定随 时间变化的通道流-横向流比例，不同种类的粒子分离可被明显改善， 而且存在于被注入的等份试样中的一系列大小的粒子可在同一进程中 被分离。的确，对于每一种将被分离的粒子，通过经验性地改变可得 到的变量，最优分离可被开发。对于传统通道，唯一不能改变的变量 是通道长度。

以往，所述A4F的通道长度大约为25到30cm，其中通道最 大宽度约为1到3cm而且沿长度逐渐减小且在末端与出口宽度差不多 宽。最近的研究认为较短长度的通道可提供一定好处，而且在此基础 上，一种全新的结构被开发且被集成到更短的A4F装置。然而选择单 通道的情况下，除非上述所有影响变量可被测试，否则为特定种类的 粒子提供更好分离的可能性不可能被彻底研究。因此流速对所述每一 种粒子分离的影响可通过固定通道方便地测试到，但是当前通道设计 传统不允许改变长度。当前通道设计传统允许在三个口位置相同的情 况下改变通道宽度和薄膜厚度。如果仅仅单通道长度可利用，几个问 题会出现：是否存在产生的分离比任一可用的固定长度装置产生的分 离更好的长度？是否存在最优长度，该最优长度会产生等同的分离但 却需要更小的等份试样大小？可否将从针对相同试样的几种不同长度 得到的结果合并起来产生更好的被检测试样特性？每一种试样的最优 分离是否具有相关的最优通道长度？

本发明的基本目标是给出装置和方法，通过装置和方法这些 问题可被回答。分离取决于许多参数，其中一些被软件和系统操作员 控制。然而，在本发明之前，一个参数即所述通道长度不能被改变。 因此本发明的进一步目标是通过在相同通道结构内提供不同通道长度 值来提供更大的分离灵活性，凭借分离灵活性，试样可被更详尽地表 示特征。

发明内容