一种微球分离装置及其分离方法

摘要

本发明提供一种分离精度高、收率高、适于规模化应用的微球分离装置及分离方法，包括桶体、以及设于所述桶体下方的底座，所述桶体侧壁开有微球出孔、抽检微球出孔以及标有控制标识线，所述微球出孔和抽检微球出孔分别设有相对所述桶体向外伸出的第一支管和第二支管。利用沉降梯度法结合本发明的装置，分离纯化得到粒径高度均匀的聚合物微球，可适用于任何规模大小的微球分离；且分离精度高、收率高；设有微球出孔和抽检微球出孔，便于分离过程的跟踪以及分离结束的收集。

权利要求

1.一种微球分离装置，包括桶体，所述桶体具有桶底、桶体侧壁以及桶口，其特征在于：所述桶体侧壁分别开设有微球出孔和抽检微球出孔，所述抽检微球出孔设置在所述微球出孔的上侧并且二者均设置有阀门，所述桶体侧壁还设有控制标识线，所述控制标识线的高度h3可通过如下公式得到：其中，x为装载上限高度，RD和RL分别为目标微球的半径和较大微球的半径，ρm、ρD和ρL分别为沉降液、目标微球和较大微球的表观密度，k为分离系数，数值在0.5-1之间。

2.根据权利要求1所述的微球分离装置，其特征在于：所述微球出孔和抽检微球出孔分别设有相对所述桶体侧壁向外伸出的第一支管和第二支管。

3.根据权利要求1所述的微球分离装置，其特征在于：所述桶口处设有与其匹配的防尘盖。

4.根据权利要求3所述的微球分离装置，其特征在于：所述防尘盖与所述桶口接触处设有密封机构。

5.根据权利要求4所述的微球分离装置，其特征在于：所述密封机构为设于所述防尘盖内侧和所述桶口外侧的磨砂玻璃。

6.根据权利要求1所述的微球分离装置，其特征在于：所述桶体直径d与桶体高度h比例为d:h＝1:0.5-50。

7.根据权利要求1所述的微球分离装置，其特征在于：所述微球出孔到所述桶底的距离h1与抽检微球出孔到所述桶底的距离h2的比例为h1:h2＝1:1.5-2，且h2在桶体高度h的1/10-

1/3之间。

8.根据权利要求1所述的微球分离装置，其特征在于：所述桶体侧壁设有装载上限标识线、装载下限标识线以及控制标识线。

9.根据权利要求1所述的微球分离装置，其特征在于：所述控制标识线高度h3高于h2，且可设若干条。

10.利用如权利要求1至9任一所述的微球分离装置分离微球的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将微球和沉降液混匀后置于所述桶体中，静置；

(2)当目标微球的沉降界面低于微球出孔后，打开微球出孔的阀门，排出较小粒径的微球，加入沉降液，重复3-20次，当目标微球的沉降界面到达控制标识线时，从抽检微球出孔抽检跟踪检测，直至小粒径微球在所排出微球中的占比低于1％；

(3)加入沉降液，当目标微球的沉降界面到达控制标识线时，从抽检微球出孔4抽检跟踪检测，同时从微球出孔排出目标微球，加入沉降液，重复3-10次，抽检最终一次所分离的微球中较小和较大微球占比不高于1％。

说明书

一种微球分离装置及其分离方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种分离装置，尤其涉及一种微球分离装置及其方法。

背景技术

[0002] 单分散聚合物微球已被广泛应用生物分析、高通量检测、免疫分析和微全分析系统等多个领域。聚合物微球的粒径均匀程度对其性能有很大影响，多数研究者通过改进方法，控制工艺参数，可以得到粒径分布比较均匀的微球，常用的制备单分散微球方法有分散聚合，种子聚合和乳液聚合等，但实际上，聚合物微球在制备过程中，由于聚合反应总是在相界面上进行，体系中虽以一种机理为主，但同时存在许多副聚合方式，而且聚合过程中总是不可避免的存在温度变化和单体吸收过程，这些都会导致最终合成的微球粒径分布变宽。

[0003] 特别的，对于种子聚合，合成的微球总是含有一些粒径较小的微球(次核级)和一些粒径较大的微球，这严重影响了微球的分散度，限制了微球的应用，因此需要多次分离以除去体系中不需要的粒径组分。常用的离心分离方法，基于不同粒径微球在离心力场中的沉降时间不同进行分离，由于难以选择核实的离心速度和时间，只能初步去除体系中过大和非常小的微粒，很难得到粒径高度均匀的聚合物微球；连续离心法可以连续的分离提纯聚合物微球，但是其分离精度不高，为提高微球级分的均匀程度，往往需要多次重复分离，导致微球的收率很低，另外由于这个方法需要的微球规模很大，难以实现小规模应用；Yoon D H等在芯片中采用旋转流道分离法实现了微球的分离提纯，但限于芯片的分离规模和成本，不适用于规模化应用。且在所有的现有技术中，微球的分离过程无法抽检取样，不利于分离过程的跟踪。

[0004] 有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种微球分离装置，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

[0005] 为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种分离精度高、收率高、适于规模化应用的微球分离装置。

[0006] 本发明的微球分离装置，包括桶体，所述桶体具有桶底、桶体侧壁以及桶口，所述桶体侧壁分别开设有微球出孔和抽检微球出孔，所述抽检微球出孔设置在所述微球出孔的上侧并且二者均设置有阀门，所述桶体的容量为1mL-10L，所述桶体侧壁还设有控制标识线，所述控制标识线的高度h3可通过如下公式得到：

[0007]

[0008] 其中，x为装载上限高度，RD和RL分别为目标微球的半径和较大微球的半径，ρm、ρD和ρL分别为沉降液、目标微球和较大微球的表观密度，k为分离系数，数值在0.5-1之间，其中k值的选择取决于分离要求：若为得到高度均一的微球，k值可设定为0.5；若为提高分离效率，k值可设定为1。

[0009] 进一步的，所述微球出孔和抽检微球出孔分别设有相对所述桶体侧壁向外伸出的第一支管和第二支管，所述阀门设于所述第一支管和第二支管内。

[0010] 进一步的，所述桶口处设有与其匹配的防尘盖。

[0011] 更进一步的，所述防尘盖与所述桶口接触处设有密封机构。

[0012] 进一步的，所述密封机构为设于所述防尘盖内侧和所述桶口外侧的磨砂玻璃。

[0013] 进一步的，所述桶体直径d与桶体高度h比例为d:h＝1:0.5-50，优选为d:h＝2。

[0014] 进一步的，所述微球出孔到所述桶底的距离h1与抽检微球出孔到所述桶底的距离h2的比例为h1:h2＝1:1.5-2，优选为h1:h2＝1:1.5，且h2在桶体高度h的1/10-1/3之间，优选1/4-1/3。

[0015] 进一步的，所述桶体侧壁设有装载上限标识线、装载下限标识线以及控制标识线，所述桶体内装载量在装载上限标识线和装载下限标识线之间，优选60-80％的额定容积。

[0016] 进一步的，所述控制标识线高度h3高于h2，且可设若干条，桶体标记能够替换的控制线贴纸，贴纸上同时标记的1-20条控制线，各条控制线分别位于不同高度。

[0017] 本发明的利用所述微球分离装置分离微球的方法，包括以下步骤：

[0018] (1)将微球和沉降液混匀后置于所述桶体中，静置；

[0019] (2)当目标微球的沉降界面低于微球出孔后，打开微球出孔的阀门，排出较小粒径的微球，加入沉降液，重复3-20次，当目标微球的沉降界面到达控制标识线时，从抽检微球出孔抽检跟踪检测，直至小粒径微球在所排出微球中的占比低于1％；

[0020] (3)加入沉降液，当目标微球的沉降界面到达控制标识线时，从抽检微球出孔4抽检跟踪检测，同时从微球出孔排出目标微球，加入沉降液，重复3-10次，抽检最终一次所分离的微球中较小和较大微球占比不高于1％。

[0021] 首先研究了微球在液态中的运动，推导了微球在液相悬浮时，处于恒定重力场中的运动速度公式，参考天津大学2010年张琦的博士论文“单分散功能聚合物微球的研究”，其中第四章明确表示，发现微球的运动速度和它本身的密度、直径、所受的加速度以及溶液的性质相关；在精确测量甘油水溶液密度和粘度的基础上，发明了一种毫克量级测定聚合物微球密度的方法；继而研究了溶液性质对流式细胞以检测中微球信号的影响。在微球液态悬浮运动的基础上，发展了沉降梯度法。

[0022] 借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

[0023] 沉降梯度法结合本发明的装置，分离纯化得到粒径高度均匀的聚合物微球。利用本发明装置结合沉降梯度法，可用于毫克级量子点编码荧光微球的分离纯化，提高荧光微球的分析精度。

[0024] 本发明的微球分离装置可适用于任何规模大小的微球分离；且分离精度高、收率高；设有微球出孔和抽检微球出孔和控制线，便于分离过程的跟踪以及分离结束的收集。

[0025] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

[0026] 图1是本发明装置一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。参见图1，本发明的一种微球分离装置，包括桶体，所述桶体具有桶底2、桶体侧壁1以及桶口13，所述桶体侧壁1分别开设有微球出孔3和抽检微球出孔4，所述抽检微球出孔4设置在所述微球出孔3的上侧并且二者均设置有阀门7，所述桶体的容量为1mL-10L，所述桶体侧壁1还设有控制标识线12，所述控制标识线12的高度h3可通过如下公式得到：

[0028]

[0029] 其中，x为装载上限高度，RD和RL分别为目标微球的半径和较大微球的半径，ρm、ρD和ρL分别为沉降液、目标微球和较大微球的表观密度，k值的选择取决于分离要求：若k值设定为0.5，分离的效率约为最高分离效率的40-50％，所得微球的CV(相对标准偏差)低于3％；若k值设定的更低(低于0.5)，所得微球的CV可进一步提高，但分离的效率会极大降低；
若k值设定为1，分离的效率约为最高分离效率的80-95％，所得微球的CV低于8％；若k值设定为0.5-1之间，则分离的效率和微球的CV介于上述数值之间；特别的，k值设定为0.7，分离次数8次，所得分离效率约为最高分离效率的65％，所得微球的CV低于4％，微球的收率为
22-32％；最高分离效率为本分离装置所能达到的分离最高值，在该状态下，微球的收率为
35-50％。

[0030] 为方便抽检微球样品和收集分离所得的微球，且不扰乱分层，所述微球出孔3和抽检微球出孔4分别设有相对所述桶体侧壁2向外伸出的第一支管5和第二支管6，所述阀门7设于所述第一支管5和第二支管6内。

[0031] 为了防止异物进入桶体内，且防止桶体内溶剂挥发，所述桶口13处设有与其匹配的防尘盖8。

[0032] 为了更好的防止桶体内溶剂挥发，所述防尘盖8与所述桶口13接触处设有密封机构。

[0033] 优选的，所述密封机构为设于所述防尘盖8内侧和所述桶口13外侧的磨砂玻璃9。

[0034] 依据流体力学，过大直径会扰动液体，影响分离效果，降低收率，所述桶体直径d与桶体高度h比例为d:h＝1:0.5-50，优选为d:h＝2。

[0035] 所述微球出孔3到所述桶底2的距离h1与抽检微球出孔4到所述桶底2的距离h2的比例为h1:h2＝1:1.5-2，优选为h1:h2＝1:1.5，且h2在桶体高度h的1/10-1/3之间，最佳高度约为1/4-1/3，合理的设计可优化分离效率。

[0036] 优选的，所述桶体侧壁设有装载上限标识线10、装载下限标识线11以及控制标识线12，所述桶体内装载量在装载上限标识线10和装载下限标识线11之间，优选60-80％的额定容积。

[0037] 控制标识线12位置主要由沉降液密度和目标微球大小决定，过高或过低，均会降低收率，所述控制线12高度h3高于h2，参考天津大学2010年张琦的博士论文“单分散功能聚合物微球的研究”中的第四章中的公式推导得出控制标识线具体位置。

[0038] 在使用本发明装置分离微球时，桶体标记可替换的控制线半透明贴纸，根据粒径大小不同，设置不同目标微球的控制线，若待分离目标微球为2.5μm的分散聚合所得微球，控制线设置在桶体的2/5处(k值约为0.9)，分离效率为45％；若待分离目标微球为10μm的种子聚合所得微球，控制线设置在桶体的1/4处(k值约为0.7)，分离效率为22％；首先，将微球与沉降液混匀后置于本发明装置的桶体中，盖上防尘盖8，静置，当目标微球的沉降界面低于微球出孔3后，打开阀门7，排出较小粒径的微球，加入沉降液，重复该过程3-20次，当目标微球的沉降界面到达控制标识线12时，从抽检微球出孔4抽检跟踪检测，直至小粒径微球在所排出微球中的占比低于1％；然后，加入沉降液，当目标微球的沉降界面到达控制标识线12时，从抽检微球出孔4抽检跟踪检测，同时从微球出孔3排出目标微球，加入沉降液，重复该过程3-10次；抽检最终一次所分离的微球中，较小和较大微球占比不高于1％；具体方法参考天津大学2010年张琦的博士论文“单分散功能聚合物微球的研究”中的第四章。

[0039] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。