專利名稱：一種適用于微量樣品前處理的離心超濾裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離心超濾裝置，尤其適用于微量樣品前處理的離心超濾裝置。
背景技術(shù)：
樣品前處理是分析化學(xué)中最重要的過程之一。通常情況下，每個(gè)樣品前處理所需 時(shí)間占分析全過程的三分之二，而樣品前處理帶來的誤差占分析結(jié)果的三分之一。因此，開 發(fā)研制先進(jìn)的樣品前處理技術(shù)以及樣品前處理裝置是現(xiàn)代分析技術(shù)中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前的樣品前處理，通常包括有制樣和樣品分離富集。隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的進(jìn)步， 色譜、光譜、質(zhì)譜的聯(lián)用已成為分離富集技術(shù)的主要發(fā)展方向。與之相對(duì)應(yīng)的是樣品前處理 體系也隨之向微量化方向發(fā)展。但現(xiàn)有的分離富集方法，通常需要對(duì)處理的樣品進(jìn)行較大 量的稀釋，而不能對(duì)微升單位量的樣品進(jìn)行快速、有效處理。以膜過濾分離技術(shù)為例，研究 人員為了能夠快速、有效地對(duì)分析量的樣品進(jìn)行處理，發(fā)明了超濾離心管。該超濾離心管是 在離心管的端頭設(shè)置一個(gè)回收帽，在回收帽與離心管之間設(shè)有超濾膜。在使用時(shí)，將待處理 的樣品放入離心管中，再蓋上回收帽。當(dāng)離心管經(jīng)離心機(jī)反甩后，樣品在離心力的作用下， 經(jīng)超濾膜過濾流入回收帽。影響膜過濾體積通量的因素除施加壓力、樣品粘度、膜面積、厚 度、孔徑等因素外，還有一個(gè)重要的因素就是濃差極化層(即累積在膜表面的不能透過膜 的物質(zhì))。而克服濃差極化通常所采用的切向流過濾方式，適用于大量樣品的制備和工業(yè) 生產(chǎn)過程中的分離和純化，而不適用于少量或微量分析樣品的制備(生物制藥工藝學(xué)，中 國(guó)醫(yī)藥科技出版社，吳梧桐主編)。因此，這種結(jié)構(gòu)的超濾離心管，在離心超濾過程中，容易 產(chǎn)生濃差極化現(xiàn)象，而間接導(dǎo)致膜滲流量下降和分離效率降低，僅適用于細(xì)胞和大分子的 濃縮和制備。為了解決濃差極化的問題，研究人員將超濾膜傾斜一定角度放置，以期改善濃 差極化現(xiàn)象，但其效果并不明顯。而且在較大離心力的作用下，超濾膜的過濾性還會(huì)發(fā)生改 變，甚至破裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種可快速、有效進(jìn)行微量樣品前處理的離心超濾裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所提供的離心超濾裝置，包括有離心管，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)是在離心管中設(shè)有與 離心管軸心線相平行的中空纖維膜，中空纖維膜的出口端通于離心管外。本發(fā)明所提供的離心超濾裝置，將中空纖維膜垂直放入裝有待過濾純化或處理的 樣品溶液的離心管中，再放入普通離心機(jī)中進(jìn)行離心處理。在離心力的作用下，樣品溶液中 的小分子物質(zhì)通過中空纖維膜膜孔進(jìn)入其內(nèi)腔，大分子物質(zhì)則被濾膜阻留，從而達(dá)到小分 子物質(zhì)和大分子物質(zhì)的分離目的。同時(shí)平行于超濾膜的離心力可消除了膜面外形成的濃差 極化現(xiàn)象，加快了超濾速度，改善了超濾效果。另外，中空纖維膜的管狀結(jié)構(gòu)及由外向內(nèi)的 過濾方式，使得其膜的過濾性能不受離心力的影響；過濾液可以方便的取出，也可以方便的
3制備微升量的樣品。本發(fā)明裝置是通過以下原理來克服濃差極化現(xiàn)象的在離心場(chǎng)中，顆粒在沉降方向上受到離心力(F)，浮力(Ftl)及摩擦力(f)三個(gè)力的 作用F，F(xiàn)tl和f可以表示如下F = m ω 2r(1)F0 = -m0 ω 2r(2)f = 3 π d nv(3)m0為顆粒所排溶劑的質(zhì)量，ω為離心機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度；懸浮液中球形顆粒的直徑 為d，體積為V，顆粒密度為P，質(zhì)量為m;溶劑密度為P C1，溶液粘度系數(shù)為η，顆粒中心和 離心機(jī)轉(zhuǎn)軸中心距離為r，ν為溶液中運(yùn)動(dòng)顆粒的速度。在離心力場(chǎng)中，如顆粒以均勻速度運(yùn)動(dòng)，則三力之和為mco2r則顆粒在離心力場(chǎng)中沉降速度為 當(dāng)ρ > ρ Q時(shí)，顆粒沿離心力方向移動(dòng)；當(dāng)ρ = P ^時(shí)，顆粒處于某一位置，達(dá)到平衡狀態(tài)；當(dāng)P < P。時(shí)，顆粒沿逆離心力方向移動(dòng)。由(4)式還可看出，在特定的溶劑中，顆粒的密度越大移動(dòng)速度越大。在我們的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)樣品液在離心力的作用下由外向內(nèi)濾過中空纖維膜壁膜時(shí)， 在膜外壁有可能形成致密的大分子層，其密度與厚度成反比。 其中ρ為致密大分子層中某一質(zhì)粒的密度，1是某一質(zhì)點(diǎn)到致密大分子層的距 離，k是一個(gè)常數(shù)。在離心力場(chǎng)中，每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)受到的離心力不同。是質(zhì)點(diǎn)P1受到的離心 力，P1是距離膜壁較近的一點(diǎn)設(shè)定其距離為I1其受到的離心力為F1 ;P2是距離膜壁較遠(yuǎn)的 一點(diǎn)設(shè)定其距離為I2，其受到的離心力為F2。據(jù)公式(5)可知·.. I1 < I2P ！ > P2根據(jù)公式(4)V1 > V2結(jié)果表明隨著質(zhì)點(diǎn)與膜壁距離的增加其受到的離心力逐漸減小，距離中空纖維膜 膜壁越近質(zhì)點(diǎn)的沉降速度越大，在離心力的作用下膜壁處的濃差極化被消除。本發(fā)明所述的離心超濾裝置，可廣泛用于微量分析樣品的前處理，也可用于微量 生物樣品的分離、純化、濃縮。其應(yīng)用簡(jiǎn)單、快速、方便；經(jīng)處理的樣品干擾少、靈敏度高；同 時(shí)可有效延長(zhǎng)色譜柱的使用壽命。以下通過附圖及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但其并不對(duì)本發(fā)明進(jìn)行 任何限制。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是四氫呋喃沉淀劑的HPLC色譜圖。其中2A代表采用四氫呋喃沉淀劑對(duì)黃原膠供試品溶液處理后，第1次注入色譜柱 時(shí)的譜圖；2B代表采用四氫呋喃沉淀劑對(duì)黃原膠供試品溶液處理后，第20次注入色譜柱時(shí) 的譜圖；2C代表采用四氫呋喃沉淀劑對(duì)黃原膠供試品溶液處理后，第100次注入色譜柱時(shí) 的譜圖。1代表蔗糖的峰值。圖3是經(jīng)本發(fā)明裝置處理后的黃原膠供試品的HPLC色譜圖。其中3A代表采用本發(fā)明裝置對(duì)黃原膠供試品溶液處理后，第1次注入色譜柱時(shí)的 譜圖；3B代表采用本發(fā)明裝置對(duì)黃原膠供試品溶液處理后，第20次注入色譜柱時(shí)的譜圖； 3C代表采用本發(fā)明裝置對(duì)黃原膠供試品溶液處理后，第100次注入色譜柱時(shí)的譜圖。圖4是生物樣品中的蛋白質(zhì)分析色譜圖。其中4A是空白血漿的HPLC色譜圖；4B是頭孢克洛及內(nèi)標(biāo)對(duì)照液的HPLC色譜圖； 4C是經(jīng)本發(fā)明裝置處理后的血漿樣品的HPLC色譜圖；4D是沉淀劑處理的血漿樣品的HPLC 色譜圖；圖4中的1代表頭孢克洛的峰值；圖4中的2代表內(nèi)標(biāo)(頭孢拉定)的峰值。圖5是羥丙甲纖維素滴眼液中的苯扎溴銨的分離色譜圖。其中的5A是苯扎溴銨對(duì)照的HPLC色譜圖；5B是經(jīng)本發(fā)明裝置處理后的羥丙甲纖 維素滴眼液供試品的HPLC色譜圖；圖中的1代表苯扎溴銨的峰值。圖6靜脈注射用人免疫球蛋白中麥芽糖的分離色譜圖。其中的6A是麥芽糖對(duì)照的HPLC色譜圖；6B是經(jīng)本發(fā)明裝置處理后的靜脈注射用 人免疫球蛋白供試品的HPLC色譜圖；圖6中的1代表麥芽糖的峰值。圖7是本發(fā)明又一具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本發(fā)明所述的離心超濾裝置，其結(jié)構(gòu)可參考圖1所示，包括有離心管1、塞蓋3。離 心管1可采用塑料、玻璃、不銹鋼等材質(zhì)制成的管狀容器。塞蓋3可采用橡膠塞、木塞等。在 離心管1中設(shè)有與離心管軸心線相平行的中空纖維膜2。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可依據(jù)所需處理的 樣品特性選擇適宜截留分子量的中空纖維膜2。中空纖維膜2的出口端通過塞蓋3通于離 心管1外。如此在使用中可將樣品置于離心管1中，而中空纖維膜2浸于其中。當(dāng)離心機(jī) 旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力的作用下，大小合適的分子以及溶劑通過膜孔進(jìn)入中空纖維膜的中心通 道內(nèi)，將積存于中心通道內(nèi)樣品抽出即可注入到色譜、光譜、質(zhì)譜等現(xiàn)代分析儀器中進(jìn)行分 析。中空纖維膜2的出口端可直接通過塞蓋3上的通孔通于離心管1外，也可以通過插接 在塞蓋3上的塑料管通于離心管1外，但最好是在塞蓋3上設(shè)有注射針頭4，該注射針頭4 通過塞蓋3與中空纖維膜2的出口端相連接。這樣更便于抽取處理后的樣品。本發(fā)明所述的離心超濾裝置，其中空纖維膜2可如圖1所示呈U型，其兩端頭中至 少有一個(gè)為出口端(用于抽取處理好的樣品)。這種形式的中空纖維膜2可以是單個(gè)U型 中空纖維膜，也可以是數(shù)個(gè)U型中空纖維膜并排排放(如2個(gè)、4個(gè)或更多)。在離心管1 中所放置的與離心管軸心線相平行的中空纖維膜2的根數(shù)越多，相對(duì)一次處理樣品的量就
5大，反之即較小。本發(fā)明所述的離心超濾裝置，其中空纖維膜2可呈直線型，其下端封閉，上端為出 口端。也就是說一端為封口型，另一端呈開放型。這種形式的中空纖維膜2可成束排放。即 有數(shù)個(gè)直線型中空纖維膜2平行垂放在離心管1內(nèi)。本發(fā)明所述的離心超濾裝置還可以為圖2所示的結(jié)構(gòu)，所說的離心管1為夾層套 管，其由內(nèi)管Ia與外管Ib構(gòu)成，中空纖維膜2置于內(nèi)管Ia中，中空纖維膜2穿過內(nèi)管Ia 的底部與離心管1的夾層相連通。中空纖維膜2最好是通過針頭5與離心管1的夾層6相 連通。這樣可防止中空纖維在離心時(shí)出現(xiàn)變形。這種結(jié)構(gòu)的離心超濾裝置，在使用時(shí)可將樣品放入內(nèi)管Ia中，經(jīng)離心處理，大小 合適的分子以及溶劑通過膜孔進(jìn)入中空纖維膜的中心通道后，隨即流入到離心管的夾層 (6)內(nèi)，這樣中空纖維膜的中心通道即可隨時(shí)處于清空狀態(tài)。由此可有效避免中空纖維膜因 中心通道的濾液增多而影響過濾效果。該結(jié)構(gòu)的裝置還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是可以收集到更多 的濾液，便于再處理。實(shí)施例2對(duì)藥物制劑分析中含有高分子穩(wěn)定劑的樣品處理方法取含有高分子黃原膠的微生態(tài)制劑-“蔗糖凝膠”，精密稱取0. 1克蔗糖置IOmL量 瓶中，加入5mL去離子水溶解，渦旋3min，加水稀釋至刻度。將上述溶液放入離心管，將兩個(gè) 注射用針頭穿過橡膠塞插入已處理好的截留分子量為6000的U型中空纖維膜中，并將其置 入離心管中。于離心機(jī)中離心20min，3500轉(zhuǎn)/分，取出中空纖維膜，用進(jìn)樣器抽出中空纖 維膜內(nèi)的供試品溶液，取IOyL注入色譜柱分析。對(duì)比試驗(yàn)例取一定體積的四氫呋喃加入黃原膠供試品溶液中，于離心機(jī)中離心，取上清液進(jìn) 行HPLC分析。分析結(jié)果表明供試品溶液中無高分子黃原膠的干擾，蔗糖回收率近100%，色譜柱 壽命延長(zhǎng)。如圖2實(shí)施例3體內(nèi)藥物分析中的樣品處理方法精密量取血漿225 μ L于細(xì)徑玻璃離心管(內(nèi)徑約為5mm)中(見圖3)，加入內(nèi)標(biāo) 頭孢拉定溶液25 μ L，渦旋混合lmin，將水中活化好的截留分子量為6000的中空纖維膜彎 成U型置于管中(使中空纖維膜兩端均位于血漿的液面之上)，離心(3500轉(zhuǎn)/分)30min， 取出中空纖維膜，從中抽取溶液20 μ L進(jìn)行HPLC分析，記錄色譜圖。分析色譜圖如圖4所示。分析結(jié)果表明，該裝置能快速的將生物樣品中的蛋白質(zhì)等高分子物質(zhì)與小分子物 質(zhì)分離，免去了繁雜的樣品前處理過程(沉淀蛋白、離心過濾、提取吹干復(fù)溶等操作)。從中 空纖維膜中獲得的濾液可以直接注入液相色譜系統(tǒng)分析，方法簡(jiǎn)單快速且由于濾液沒有進(jìn) 一步的稀釋，靈敏度較高，其回收率大于86. 8%。實(shí)施例4羥丙甲纖維素滴眼液中的苯扎溴銨的分離測(cè)定取羥丙甲纖維素滴眼液適量注入離心管中，將注射用針頭穿過橡膠塞插入已處理好的截留分子量為6000的U型中空纖維膜中，并將其置入離心管中，置離心機(jī)中，轉(zhuǎn)速為 4000轉(zhuǎn)/分，離心15min，取出中空纖維膜，用進(jìn)樣器抽出中空纖維膜內(nèi)的供試品溶液，取 20 μ L注入色譜柱分析。分析結(jié)果詳見圖5。從分析色譜圖的對(duì)比可以看出，經(jīng)本發(fā)明裝置處理的羥丙甲纖維素滴眼液供試 品，其HPLC色譜圖與對(duì)照品的HPLC色譜圖基本相同，其回收率接近100%，。由此表明本發(fā) 明裝置能夠快速、有效地將羥丙甲纖維素滴眼液中的苯扎溴銨的分離出來，并可有效去除 其他干擾因素。實(shí)施例5靜脈注射用人免疫球蛋白中麥芽糖的分離測(cè)定精密量取靜脈注射用人免疫球蛋白1. 5mL置50mL量瓶中，加水稀釋至刻度，作為 樣品溶液。取樣品溶液適量，注入到離心容器中，另將注射用針頭穿過橡膠塞插入已處理好 的截留分子量為6000的U型中空纖維膜中，并將其置入離心管中，置離心機(jī)中，于離心機(jī)中 離心15min，轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/分，取出中空纖維膜，用進(jìn)樣器抽出中空纖維膜內(nèi)的供試品溶 液，取20 μ L注入色譜柱分析。典型的色譜圖見圖6。結(jié)果表明，該裝置能夠很好的將麥芽糖與免疫球蛋白中的大分子分離，其回收率 接近100%，方法準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單、色譜柱壽命高。從分析色譜圖的對(duì)比可以看出，經(jīng)本發(fā)明裝置處理的靜脈注射用人免疫球蛋白供 試品，其中的麥芽糖HPLC色譜圖與對(duì)照品的HPLC色譜圖基本相同，其回收率接近100 %，。 由此表明本發(fā)明裝置能夠快速、有效地將靜脈注射用人免疫球蛋白中麥芽糖的分離出來， 并可有效去除其他干擾因素。
權(quán)利要求
一種適用于微量樣品前處理的離心超濾裝置，包括有離心管(1)，其特征在于離心管(1)中設(shè)有與離心管軸心線相平行的中空纖維膜(2)，中空纖維膜的出口端通于離心管外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述離心超濾裝置，其特征在于所說離心管(1)上設(shè)有塞蓋(3)，塞 蓋(3)上設(shè)有注射針頭(4)，該注射針頭(4)通過塞蓋(3)與中空纖維膜(2)的出口端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述離心超濾裝置，其特征在于所說的中空纖維膜(2)呈U型， 其兩端頭中至少有一個(gè)為出口端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述離心超濾裝置，其特征在于所說的中空纖維膜(2)呈直線 型，其下端封閉，上端為出口端。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述離心超濾裝置，其特征在于所說的中空纖維膜(2)為單個(gè)U型 中空纖維膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述離心超濾裝置，其特征在于所說的中空纖維膜(2)由數(shù)個(gè)U型 中空纖維膜并排排放。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述離心超濾裝置，其特征在于所說的中空纖維膜(2)成束排放。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述離心超濾裝置，其特征在于所說的離心管(1)為夾層套管，其由 內(nèi)管(Ia)與外管(Ib)構(gòu)成，中空纖維膜(2)置于內(nèi)管(Ia)中，中空纖維膜(2)穿過內(nèi)管 (Ia)的底部與離心管(1)的夾層相連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述離心超濾裝置，其特征在于所說中空纖維膜(2)通過針頭(5) 與離心管(1)的夾層(6)相連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于微量樣品前處理的離心超濾裝置，它包括有離心管，其特征在于離心管中設(shè)有與離心管軸心線相平行的中空纖維膜，中空纖維膜的出口端通于離心管外。本發(fā)明所述的離心超濾裝置，可廣泛用于微量分析樣品的前處理，也可用于微量生物樣品的分離、純化、濃縮。其應(yīng)用簡(jiǎn)單、快速、方便；經(jīng)處理的樣品干擾少、靈敏度高；同時(shí)可有效延長(zhǎng)色譜柱的使用壽命。
文檔編號(hào)G01N1/28GK101898088SQ200910074429
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者任淑萌, 孫婷, 安靜, 康麗娟, 李岑, 李珺沬, 蔣曄 申請(qǐng)人:河北醫(yī)科大學(xué)