Экспериментальная установка для проточного фракционирования в асимметричном электроосмотическом потоке

Описана конструкция экспериментальной установки для проточного фракционирования частиц в асимметричном электроосмотическом потоке.

Для реализации проточного фракционирования (ПФ) необходимо выполнение двух условий: во-первых, поперечное поле должно быть достаточно интенсивным для того, чтобы привести к неравномерному распределению концентрации фракционируемых частиц в поперечном сечении канала, и во-вторых, профиль скорости продольного потока жидкости в канале ПФ должен быть неоднородным, то есть скорость жидкости должна зависеть от поперечной координаты. В классическом ПФ [1] продольный поток жидкости создается перепадом давления и профиль скорости течения жидкости является Пуазейлевским. В работе [2] было показано, что ПФ возможно и в случае, если продольный поток жидкости — электроосмотический. Однако для обеспечения необходимой степени его неоднородности требуется, чтобы дзета-потенциалы стенок канала были не равны между собой. Особенно перспективным для повышения разрешающей способности ПФ является комбинация асимметричного электроосмотического потока и Пуазейлевского потока. Необходимость создать комбинацию указанных потоков и порождает нижеописанные особенности в конструкции установки. В установке реализован наиболее экономичный вариант проточного фракционирования — гравитационное ПФ, при котором в качестве поперечного поля используется поле силы тяжести. Соответственно, объекты разделения при этом виде ПФ достаточно крупные, а именно, частицы субмикронного и микронного рамеров, в первую очередь латексы, частицы сорбента, клетки.

Установка представляет собой платформу, на которой расположен канал проточного фракционирования; платформа расположена внутри непрозрачного корпуса с вынесенными наружу высоковольтным блоком и блоком преобразования сигнала детектора.

Установка состоит из трех подсистем (рис. 1).

• 1.    Гидродинамической — предназначенной для формирования продольного потока жидкости в

системе и собственно для фракционирования частиц, которая включает в себя:

• а)    лентообразный канал прямоугольного сечения длиной 38 см, шириной 5–10 мм; канал вырезан в майларовой прокладке толщиной 100 мкм, помещенной между двумя стенками, одна из которых выполнена из стекла, а другая из оргстекла; верхняя стенка имеет два отверстия диаметром 1 мм и отверстие с подводящим кварцевым капилляром внутренним диаметром 320 мкм для ввода пробы;

• б)    две цилиндрической формы емкости для буферной жидкости диаметром 15 мм и высотой 3 см непосредственно на входе и выходе канала;

• в)    устройство ввода пробы;

• г)    шприцевой насос.

• 2.    Высоковольтной части — необходимой для создания электроосмотического потока и состоящей из:

• а)    высоковольтного блока 3–10 кВ;

• б)    съемных платиновых электродов, выведенных в буферные емкости, и емкость с пробой.

• 3.    Контрольно-измерительной системы, состоящей из:

• а)    диафрагмируемого источника параллельного светового потока — лазерного светодиода со схемой стабилизации свечения — длина волны 670 нм;

• б)    приемника, состоящего из 4 фотодиодов, расположенных по окружности таким образом, чтобы регистрировать малоугловое светорассеяние на анализируемых частицах микронных и субмикронных размеров, двигающихся в канале под детектором;

• в)    схемы усиления–выделения полезного сигнала;

• г)    блока обработки данных в виде платы аналогоцифрового преобразования в составе персонального компьютера.

Такая конструкция установки обусловлена необходимостью исключить различные негативные

Рис 1. Cхема установки: 1 — платформа, 2 — верхняя поджимная пластин,. 3 — нижняя оргстеклянная стенка канала, 4 — майларовая прокладка, 5 — верхняя стеклянная стенка канала, 6 — гибкий кварцевый капилляр, 7 — буферная емкость с электродом, 8 — крышка буферной емкости, 9 — лазерный светодиод, 10 — фотодиоды детектора, 11 — штатив для крепления детектора, 12 — поджимные винты, 13 — пробирка с пробой и электродом

эффекты при создании встречных пуазейлевского и электроосмотического потоков в канале, что позволяет получить выигрыш [2] в разрешении пиков пробы по сравнению с обычным гравитационным проточным фракционированием. Так, емкости для буферной жидкости расположены непосредственно над каналом — это позволило исключить подводящие капилляры, а следовательно, исключить размывание пробы вторичными Пуазей-левскими потоками, которые могли бы возникнуть при различии в дзета-потециалах стенок канала и подводящих капилляров. Исключение выходного капилляра не позволяло более использовать ультрафиолетовый детектор на выходе из канала, таким образом, детектор был перенесен непосредственно на канал. В силу большого поглощения УФ излучения стеклянными стенками канала был осуществлен переход на длину волны 670 нм. Из-за малой длины оптического пути (толщина канала 100 мкм) с целью увеличения соотношения сигнал/шум перешли от измерения поглощения прямопрошедшего света к измерению интенсивности светорассеяния на малых углах (5-8°), что позволило получить полезный сигнал приемлемой интенсивности при фракционировании частиц субмикронных и микронных размеров.

Устройство ввода пробы, расположенное в 2 см от начала канала и в 34 см от детектора, представляет собой гибкий кварцевый капилляр, что позволяет осуществлять как электрокинетический, так и гидростатический ввод пробы в канал методом стандартным для капиллярного электрофореза. Объем буферных емкостей выбирался так, чтобы обеспечить малость изменения уровня жидкости и рН среды в течение эксперимента. Постоянство толщины канала обеспечивается равномерным поджатием 18 винтов, расположенных по обе его стороны. Детектор может перемещаться по штативу в вертикальном направлении для достижения оптимума амплитуды полезного сигнала. В блоке преобразования идет двухкаскадное усиление сигнала с промежуточным вычитанием базового сигнала засветки и фильтрация шумов. Для аналогоцифрового преобразования используется 24-битный АЦП, данные с которого поступают на персональный компьютер. Общий вид установки представлен на рис. 2.

Рис. 2. Общий вид установки