專利名稱：導(dǎo)電金剛石膜作為電極的電泳槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物器械的技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及電泳槽設(shè)計(jì)、電極改進(jìn)及其制備方法。
背景技術(shù)：
電泳槽是生物化學(xué)以及分子生物學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的常用設(shè)備，主要用于分離、鑒定生物大分子，如核酸、蛋白質(zhì)等，應(yīng)用十分廣泛，大量用于實(shí)驗(yàn)室和生物制品工廠等。其工作結(jié)構(gòu)主要包括，電泳槽體、電極、電解緩沖液以及電極固定裝置4個(gè)主要部分組成。現(xiàn)有的電極通常是一維的線電極。一般的電泳槽電極使用鉬材料制造。鉬是一種貴金屬，化學(xué)穩(wěn)定性好，導(dǎo)電性好， 與其他金屬電極相比具有很大的優(yōu)勢(shì)，所以成為電泳槽電極的首先材料。但是鉬價(jià)格昂貴， 成本高，更為重要的是，在使用過(guò)程中，鉬絲易發(fā)生折斷損害，經(jīng)多次使用后，易吸附凝膠和生物樣品，需要清洗，但取放不方便，且清洗過(guò)程復(fù)雜且電極易折斷。另外由于金屬絲較細(xì)， 使其在電泳中電解液的電場(chǎng)呈不均勻分布，增加了樣品泳道位置的設(shè)計(jì)困難，并在一定程度上影響了測(cè)量的準(zhǔn)確性和精度。與本發(fā)明相關(guān)的內(nèi)容，尚沒有相近的文獻(xiàn)或?qū)＠麍?bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，使用化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石膜作為電泳槽電極，提高電極的使用效果和壽命，降低維護(hù)費(fèi)用，并具有制備方法簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)污染、耐腐蝕性強(qiáng)、可重復(fù)清洗使用，可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。一種使用導(dǎo)電金剛石膜為電極的電泳槽，電極使用CVD金剛石膜材料，取代常用的鉬電極，并且由二維面電極取代常用的一維線電極。電極放置設(shè)計(jì)為易拔易裝的插槽，方便安裝和拆卸導(dǎo)電金剛石膜電極。導(dǎo)電金剛石膜電極的膜厚度5 2000 μ m。金剛石膜晶粒尺寸可以為納米級(jí)或微米級(jí)的，可以是自支撐或是生長(zhǎng)在硅及其它基底(硅、碳化硅和各種工業(yè)電極材料-鉬、鈮、 鉭、鈦、鎢、鋯和石墨等)上。尺寸根據(jù)電泳槽的大小而設(shè)計(jì)。電極電阻率在10_4 10_2Ω .cm 數(shù)量級(jí)，滿足實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用需要。本發(fā)明的具體技術(shù)方案是一種導(dǎo)電金剛石膜作為電極的電泳槽，結(jié)構(gòu)有電泳槽體1、固定到電泳槽體1兩端的兩塊電極、連接電極和電源的導(dǎo)線4、電極固定裝置3 ；所述的電極，是導(dǎo)電金剛石膜電極 2，電阻率在10_4 10_2 Ω · cm數(shù)量級(jí)。上述的導(dǎo)電金剛石膜電極2，可以是在硅、碳化硅、鉬、鈮、鉭、鈦、鎢、鋯或石墨基底上生長(zhǎng)的硼摻雜或氮摻雜的金剛石膜；或是自支撐的硼摻雜或氮摻雜的金剛石膜。上述的導(dǎo)電金剛石膜電極2，可以是方形、圓形，最好選擇長(zhǎng)方形，導(dǎo)電金剛石膜的厚度一般在5 2000 μ m。本發(fā)明的導(dǎo)電金剛石膜作為電極的電泳槽的電極固定裝置3，可以是夾子，將電極夾靠在電泳槽體1內(nèi)的兩端面，也可以在電泳槽體1兩端面固定有插槽，使用時(shí)將導(dǎo)電金剛石膜電極2沿插槽自上而下的插入槽內(nèi)。電極固定裝置3最好是后者，即固定插槽式的。金剛石是一種具有高化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕，耐高溫，抗氧化等優(yōu)異性質(zhì)的新型功能材料，硼摻雜金剛石(BDD)具有金屬導(dǎo)電性，可通過(guò)改變其摻硼量，來(lái)控制其電阻率的大小，可以達(dá)到10_4 10_2 Ω cm。BDD具有很寬的電勢(shì)窗口，很小的背景電流，很高的化學(xué)及電化學(xué)穩(wěn)定性，不易發(fā)生有機(jī)物和生物化合物的吸附。本發(fā)明將導(dǎo)電金剛石膜電極代替鉬絲電極，應(yīng)用于電泳槽，可實(shí)現(xiàn)二維平面電極的設(shè)計(jì)需要，使電泳液中的電場(chǎng)的強(qiáng)度以及梯度分布均勻，而且金剛石材料超電壓相對(duì)較低，抗氧化性強(qiáng)，不鈍化。金剛石電極自身沒有溶出(相比一些過(guò)渡金屬氧化物電極如此02、103、51102等)這樣對(duì)于電泳液自身影響小，同時(shí)金剛石膜本身的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕，表面不宜污染，容易清洗，并具有自清潔效果，從而可以反復(fù)使用；另一方面，導(dǎo)電金剛石膜電極不需要表面的研磨或拋光等預(yù)處理過(guò)程，是一種使用方便的電極材料，因此大大增加了電泳槽電極的使用效果、效率和壽命?？梢哉f(shuō)導(dǎo)電金剛石膜電極很好地解決了現(xiàn)有技術(shù)貴金屬，過(guò)渡金屬氧化物以及GC等電極材料在使用中遇到的諸多問題。CVD金剛石電極的生長(zhǎng)方法可以是微波等離子體CVD方法，還可以使用熱燈絲CVD 方法、直流熱陰極CVD方法或直流噴射CVD方法等多種方法。一種導(dǎo)電金剛石膜電極的制備過(guò)程和應(yīng)用于電泳槽的方法，首先制備導(dǎo)電CVD金剛石膜(硼摻雜或氮摻雜的金剛石膜)，之后按照所設(shè)計(jì)的尺寸及形狀進(jìn)行切割，將切割好的金剛石膜連接上導(dǎo)線。電泳槽工作時(shí)，將導(dǎo)電金剛石膜電極固定到電泳槽的兩端，接到供電電源上，放入實(shí)驗(yàn)緩沖導(dǎo)電溶液以及凝膠板，接通電源開始工作。多次工作之后，若需要清洗，將導(dǎo)電金剛石膜電極取出，放入通常的金剛石清洗液中清洗。待清洗干凈，將金剛石電極重新放置到干凈的電泳槽中，進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)工作。本發(fā)明涉及的導(dǎo)電金剛石電極電泳槽應(yīng)用實(shí)例表明，該電極的電泳核酸以及蛋白質(zhì)分子結(jié)果，與鉬絲電極效果相近，甚至優(yōu)于鉬絲電極，并且可方便地取下并可放置于超聲儀中反復(fù)清洗，不損壞，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)及清洗后，電泳結(jié)果無(wú)顯著變化。本發(fā)明的導(dǎo)電金剛石膜電極清洗方便且其化學(xué)及物理性質(zhì)穩(wěn)定，二次污染小，與生物大分子以及細(xì)胞等生物學(xué)實(shí)驗(yàn)材料的兼容性極佳，無(wú)細(xì)胞毒性，可多次重復(fù)使用。不僅能夠滿足在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，生物制藥等生物領(lǐng)域中的應(yīng)用，而且根據(jù)導(dǎo)電金剛石膜的優(yōu)異電學(xué)性質(zhì)，可用作有毒有機(jī)化合物的電化學(xué)處理以及高靈敏度有害化合物的探測(cè)及分析， 以及生物細(xì)胞組織中核酸及微量成分的測(cè)量與監(jiān)控。


圖1是本發(fā)明電泳槽整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的電極固定裝置的插槽結(jié)構(gòu)橫剖面示意圖。圖3是本發(fā)明的安裝導(dǎo)電金剛石膜電極的電泳槽半剖示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 本發(fā)明電泳槽整體結(jié)構(gòu)本發(fā)明電泳槽整體結(jié)構(gòu)如圖1 圖3所示。圖1 3中，1為電泳槽體；2為導(dǎo)電金剛石膜電極，所示為長(zhǎng)方形的電極，厚度約為5μπι 2000μπι;3為電極固定裝置(固定插槽式電極固定裝置的具體結(jié)構(gòu)參見圖2) ；4為導(dǎo)線，連接電源與電極，導(dǎo)線與電，極連接的位置以使導(dǎo)線不接觸緩沖導(dǎo)電溶液為準(zhǔn)；6為電極固定裝置的槽體，兩個(gè)槽體間的寬度與導(dǎo)電金剛石膜電極2的寬度適應(yīng)，使導(dǎo)電金剛石膜電極2沿兩個(gè)槽體6滑下并卡在槽體 6內(nèi)；5為電極固定裝置的下托板，在導(dǎo)電金剛石膜電極2下滑到一定高度時(shí)托住導(dǎo)電金剛石膜電極2，使導(dǎo)電金剛石膜電極2固定在合適的位置；7為導(dǎo)線蓋，導(dǎo)線安裝固定好后，用密封膠密封粘合，密封后可插入導(dǎo)電金剛石膜電極，此結(jié)構(gòu)目的是保護(hù)導(dǎo)線和導(dǎo)線與電極的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，免受緩沖導(dǎo)電溶液的浸蝕。實(shí)施例2 摻硼的導(dǎo)電金剛石膜電極的制作第一步，生長(zhǎng)ρ型金剛石，即，生長(zhǎng)硼摻雜的ρ型CVD多晶金剛石膜?？梢允褂梦⒉ǖ入x子體化學(xué)氣相沉積法(MWCVD)、熱燈絲化學(xué)氣相沉積(HFCVD)、直流熱陰極CVD或直流噴射CVD方法，使用硼烷或硼酸三甲酯作硼源；按不同的需求可在不同的襯底(如硅、碳化硅和各種工業(yè)電極材料-鉬、鈮、鉭、鈦、鎢、鋯和石墨等)生長(zhǎng)硼摻雜金剛石膜。導(dǎo)電金剛石膜的生長(zhǎng)條件參數(shù)，列舉其中的一種方法-微波等離子體CVD法基底采用P型Si，微波功率300 1000W，壓強(qiáng)7 8kPa，氫氣流量為200 300sccm，甲烷氣體流量為4 6sCCm，硼源使用硼烷或硼酸三甲酯，硼烷或硼酸三甲酯由氫氣攜帶流入反應(yīng)室，流量為5 lOOsccm，基底溫度保持在700 1000°C，薄膜的生長(zhǎng)時(shí)間為3 M小時(shí)， 由此制得的導(dǎo)電金剛石膜電阻率在10_3Ω · cm量級(jí)。除此之外，應(yīng)用熱燈絲等CVD方法也成功制備了質(zhì)量良好的導(dǎo)電金剛石電極。電極工作方式可以是導(dǎo)電金剛石膜與基底共同作為電極，或是自支撐膜導(dǎo)電金剛石膜電極。自支撐導(dǎo)電金剛石膜可以在生長(zhǎng)結(jié)束時(shí)通過(guò)控制熱應(yīng)力變化與基底分離，或者通過(guò)強(qiáng)酸煮或通過(guò)拋磨將基底去除。自支撐導(dǎo)電金剛石膜可以通過(guò)提高生長(zhǎng)速率和時(shí)間， 獲得較大的厚度。第二步，將導(dǎo)電金剛石膜按照所設(shè)計(jì)的尺寸及形狀進(jìn)行切割，可切割成0.5 5X0. 5 5cm的矩形(比如0. 5 X 2cm)。切割方法可使用激光切割或電火花切割。將切割好的金剛石電極接上導(dǎo)線并連于電泳電源上，將導(dǎo)電金剛石膜電極插入到電泳槽兩端的固定插槽中，接通電泳電源開始工作。實(shí)施例3 摻氮的導(dǎo)電金剛石膜電極的制作本發(fā)明使用的基底Si為厚度0.5mm的η型(111)單晶硅片。利用微波等離子體 CVD法沉積，制備導(dǎo)電金剛石膜電極的實(shí)驗(yàn)氣體為4/(: / ，氣體比例為110/10/30SCCm。 輸入功率以及反應(yīng)壓強(qiáng)分別為250W和50Τοπ·。沉積時(shí)間4h。由此制得的導(dǎo)電金剛石膜電阻率在10_3Ω · cm量級(jí)。實(shí)施例4 金剛石電極電泳槽的全系核酸電泳工作實(shí)例本實(shí)施例分為三個(gè)部分，分別對(duì)11Λ DNA ladder(即用型DNA分子量標(biāo)準(zhǔn))、21Λ DNA ladder 以及 15kb DNA ladder (購(gòu)于 TaKaRa Biotechnology (Dalian) Co. ,Ltd.)進(jìn)行了電泳實(shí)驗(yàn)(a). Ikb DNA ladder電泳實(shí)驗(yàn)。首先稱取Ig瓊脂糖，加入50ml IX TAE緩沖液， 于微波爐中加熱沸騰3次。然后取出稍冷后加入3 μ 1基因染料(本實(shí)驗(yàn)采用溴化乙錠)， 混勻。再將凝膠倒入調(diào)平的凝膠板上，插入梳子。最后冷卻至膠板凝固完好。
電泳條件2%瓊脂糖凝膠電泳，上樣量5 μ 1，電流恒定在49mA，電壓在70V左右， 電泳時(shí)間35min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果11Λ DNA ladder達(dá)到了完全清晰的電泳分離效果，分子量分別為 1500bp、IOOObp、900bp、800bp、700bp、600bp、500bp、400bp、300bp、200bp、IOObp 的11個(gè) DNA marker條帶在瓊脂糖凝膠中，距加樣孔由近及遠(yuǎn)依次分離開；而且每個(gè)條帶呈現(xiàn)清晰明亮的帶狀，較同樣實(shí)驗(yàn)條件下鉬絲電極電泳槽效果更優(yōu)。(b). 2kb DNA ladder電泳實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程及電泳條件同(a)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為2kb DNA ladder 中分子量分別為 21Λ、llib、750bp、500bp、250bp、IOObp 的6個(gè)DNA marker條帶在瓊脂糖凝膠中，距加樣孔由近及遠(yuǎn)依次分離開；而且每個(gè)條帶呈現(xiàn)清晰明亮的帶狀，較同樣實(shí)驗(yàn)條件下鉬絲電極電泳槽效果更優(yōu)。(c). 15kb DNA ladder電泳實(shí)驗(yàn)。稱取瓊脂糖量改為0. 35g，即實(shí)驗(yàn)條件為0. 75% 瓊脂糖凝膠，其他條件與操作過(guò)程同(a)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為15000bp DNA Ladder Marker 中分子量分別為 15000bp、lOOOObp、 7500bp、5000bp、2500bp、1000bp、250bp的7個(gè)DNA marker條帶在瓊脂糖凝膠中，距加樣孔
由近及遠(yuǎn)依次分離開；而且每個(gè)條帶呈現(xiàn)清晰明亮的帶狀，較同樣實(shí)驗(yàn)條件下鉬絲電極電泳槽效果更優(yōu)。實(shí)施例5 導(dǎo)電金剛石膜電極電泳槽的蛋白電泳工作實(shí)例電泳條件:80V 30min, 120V 50min濃縮膠5%分離膠10%Marker (分子標(biāo)記)購(gòu)于北京金式立公司實(shí)驗(yàn)結(jié)果蛋白marker中的分子量分別為100，80，60，50，40，30，25，12kDa的8個(gè)條帶在凝膠中，距初始加樣位置由近及遠(yuǎn)依次分離開；而且每個(gè)條帶呈現(xiàn)清晰的帶狀，較同樣實(shí)驗(yàn)條件下鉬絲電極電泳槽效果更優(yōu)。實(shí)施例6 導(dǎo)電金剛石膜電極的清洗實(shí)驗(yàn)在本發(fā)明中電極經(jīng)多次工作之后表面沾有極少量污物，由于其自清潔作用，污物的含量大大低于鉬絲上的含量。若需要清洗，先將金剛石電極從槽中取出，放入乙醇和丙酮清洗液中以500W功率超聲30min清洗。待超聲清洗干凈以后，將金剛石電極重新放置到電泳槽中，即可進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)工作。電極清洗后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電極的特性基本沒有變化，保證了電極的可重復(fù)性上百次使用。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電金剛石膜作為電極的電泳槽，結(jié)構(gòu)有電泳槽體(1)、固定到電泳槽體(1)兩端的兩塊電極、連接電極和電源的導(dǎo)線G)、電極固定裝置(3)；其特征是，所述的電極，是導(dǎo)電金剛石膜電極0)，電阻率在10_4 10_2Ω · cm數(shù)量級(jí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電金剛石膜作為電極的電泳槽，其特征是，所述的導(dǎo)電金剛石膜電極O)，是在基底上生長(zhǎng)的硼摻雜或氮摻雜的金剛石膜；或是自支撐的硼摻雜或氮摻雜的金剛石膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)電金剛石膜作為電極的電泳槽，其特征是，所述的導(dǎo)電金剛石膜電極( ，是長(zhǎng)方形的，導(dǎo)電金剛石膜的厚度在5 2000 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電金剛石膜作為電極的電泳槽，其特征是，所述的電極固定裝置(3)，是固定插槽式的。
全文摘要
本發(fā)明的導(dǎo)電金剛石膜作為電極的電泳槽屬于生物器械的技術(shù)領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)有電泳槽體(1)、電極、連接電極和電源的導(dǎo)線(4)、電極固定裝置(3)；所述的電極，是導(dǎo)電金剛石膜電極(2)，是利用化學(xué)氣相沉積方法，在基底上生長(zhǎng)的硼或氮摻雜的金剛石膜或是自支撐硼或氮摻雜的金剛石膜，電阻率在10-4～10-2Ω·cm數(shù)量級(jí)。所述的電極固定裝置(3)，是固定插槽式的。本發(fā)明的導(dǎo)電金剛石膜電極的電泳核酸以及蛋白質(zhì)分子結(jié)果，與鉑絲電極效果相近，甚至優(yōu)于鉑絲電極，并可方便地取下并可反復(fù)清洗，不損壞，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)及清洗電泳結(jié)果無(wú)顯著變化；具有使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用低，制備方法簡(jiǎn)單，無(wú)污染，耐腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N27/453GK102288668SQ20111020930
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者何志, 劉鈞松, 呂憲義, 崔田, 李紅東, 樊鳳陽(yáng), 鄒廣田 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)