亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：导电金刚石膜作为电极的电泳槽的制作方法
技术领域：
本发明属于生物器械的技术领域。特别涉及电泳槽设计、电极改进及其制备方法。
背景技术：
电泳槽是生物化学以及分子生物学等相关领域的常用设备，主要用于分离、鉴定生物大分子，如核酸、蛋白质等，应用十分广泛，大量用于实验室和生物制品工厂等。其工作结构主要包括，电泳槽体、电极、电解缓冲液以及电极固定装置4个主要部分组成。现有的电极通常是一维的线电极。一般的电泳槽电极使用钼材料制造。钼是一种贵金属，化学稳定性好，导电性好， 与其他金属电极相比具有很大的优势，所以成为电泳槽电极的首先材料。但是钼价格昂贵， 成本高，更为重要的是，在使用过程中，钼丝易发生折断损害，经多次使用后，易吸附凝胶和生物样品，需要清洗，但取放不方便，且清洗过程复杂且电极易折断。另外由于金属丝较细， 使其在电泳中电解液的电场呈不均勻分布，增加了样品泳道位置的设计困难，并在一定程度上影响了测量的准确性和精度。与本发明相关的内容，尚没有相近的文献或专利报道。

发明内容
本发明要解决的技术问题是，使用化学气相沉积(CVD)金刚石膜作为电泳槽电极，提高电极的使用效果和寿命，降低维护费用，并具有制备方法简单、成本低、无污染、耐腐蚀性强、可重复清洗使用，可操作性强的特点。一种使用导电金刚石膜为电极的电泳槽，电极使用CVD金刚石膜材料，取代常用的钼电极，并且由二维面电极取代常用的一维线电极。电极放置设计为易拔易装的插槽，方便安装和拆卸导电金刚石膜电极。导电金刚石膜电极的膜厚度5 2000 μ m。金刚石膜晶粒尺寸可以为纳米级或微米级的，可以是自支撑或是生长在硅及其它基底(硅、碳化硅和各种工业电极材料-钼、铌、 钽、钛、钨、锆和石墨等)上。尺寸根据电泳槽的大小而设计。电极电阻率在10_4 10_2Ω .cm 数量级，满足实验及应用需要。本发明的具体技术方案是一种导电金刚石膜作为电极的电泳槽，结构有电泳槽体1、固定到电泳槽体1两端的两块电极、连接电极和电源的导线4、电极固定装置3 ；所述的电极，是导电金刚石膜电极 2，电阻率在10_4 10_2 Ω · cm数量级。上述的导电金刚石膜电极2，可以是在硅、碳化硅、钼、铌、钽、钛、钨、锆或石墨基底上生长的硼掺杂或氮掺杂的金刚石膜；或是自支撑的硼掺杂或氮掺杂的金刚石膜。上述的导电金刚石膜电极2，可以是方形、圆形，最好选择长方形，导电金刚石膜的厚度一般在5 2000 μ m。本发明的导电金刚石膜作为电极的电泳槽的电极固定装置3，可以是夹子，将电极夹靠在电泳槽体1内的两端面，也可以在电泳槽体1两端面固定有插槽，使用时将导电金刚石膜电极2沿插槽自上而下的插入槽内。电极固定装置3最好是后者，即固定插槽式的。金刚石是一种具有高化学稳定性，耐腐蚀，耐高温，抗氧化等优异性质的新型功能材料，硼掺杂金刚石(BDD)具有金属导电性，可通过改变其掺硼量，来控制其电阻率的大小，可以达到10_4 10_2 Ω cm。BDD具有很宽的电势窗口，很小的背景电流，很高的化学及电化学稳定性，不易发生有机物和生物化合物的吸附。本发明将导电金刚石膜电极代替钼丝电极，应用于电泳槽，可实现二维平面电极的设计需要，使电泳液中的电场的强度以及梯度分布均勻，而且金刚石材料超电压相对较低，抗氧化性强，不钝化。金刚石电极自身没有溶出(相比一些过渡金属氧化物电极如此02、103、51102等)这样对于电泳液自身影响小，同时金刚石膜本身的化学稳定性，耐腐蚀，表面不宜污染，容易清洗，并具有自清洁效果，从而可以反复使用；另一方面，导电金刚石膜电极不需要表面的研磨或抛光等预处理过程，是一种使用方便的电极材料，因此大大增加了电泳槽电极的使用效果、效率和寿命。可以说导电金刚石膜电极很好地解决了现有技术贵金属，过渡金属氧化物以及GC等电极材料在使用中遇到的诸多问题。CVD金刚石电极的生长方法可以是微波等离子体CVD方法，还可以使用热灯丝CVD 方法、直流热阴极CVD方法或直流喷射CVD方法等多种方法。一种导电金刚石膜电极的制备过程和应用于电泳槽的方法，首先制备导电CVD金刚石膜(硼掺杂或氮掺杂的金刚石膜)，之后按照所设计的尺寸及形状进行切割，将切割好的金刚石膜连接上导线。电泳槽工作时，将导电金刚石膜电极固定到电泳槽的两端，接到供电电源上，放入实验缓冲导电溶液以及凝胶板，接通电源开始工作。多次工作之后，若需要清洗，将导电金刚石膜电极取出，放入通常的金刚石清洗液中清洗。待清洗干净，将金刚石电极重新放置到干净的电泳槽中，进行新的实验工作。本发明涉及的导电金刚石电极电泳槽应用实例表明，该电极的电泳核酸以及蛋白质分子结果，与钼丝电极效果相近，甚至优于钼丝电极，并且可方便地取下并可放置于超声仪中反复清洗，不损坏，经反复实验及清洗后，电泳结果无显著变化。本发明的导电金刚石膜电极清洗方便且其化学及物理性质稳定，二次污染小，与生物大分子以及细胞等生物学实验材料的兼容性极佳，无细胞毒性，可多次重复使用。不仅能够满足在生物学实验室，生物制药等生物领域中的应用，而且根据导电金刚石膜的优异电学性质，可用作有毒有机化合物的电化学处理以及高灵敏度有害化合物的探测及分析， 以及生物细胞组织中核酸及微量成分的测量与监控。


图1是本发明电泳槽整体结构示意图。图2是本发明的电极固定装置的插槽结构横剖面示意图。图3是本发明的安装导电金刚石膜电极的电泳槽半剖示意图。
具体实施例方式实施例1 本发明电泳槽整体结构本发明电泳槽整体结构如图1 图3所示。图1 3中，1为电泳槽体；2为导电金刚石膜电极，所示为长方形的电极，厚度约为5μπι 2000μπι;3为电极固定装置(固定插槽式电极固定装置的具体结构参见图2) ；4为导线，连接电源与电极，导线与电，极连接的位置以使导线不接触缓冲导电溶液为准；6为电极固定装置的槽体，两个槽体间的宽度与导电金刚石膜电极2的宽度适应，使导电金刚石膜电极2沿两个槽体6滑下并卡在槽体 6内；5为电极固定装置的下托板，在导电金刚石膜电极2下滑到一定高度时托住导电金刚石膜电极2，使导电金刚石膜电极2固定在合适的位置；7为导线盖，导线安装固定好后，用密封胶密封粘合，密封后可插入导电金刚石膜电极，此结构目的是保护导线和导线与电极的联结点，免受缓冲导电溶液的浸蚀。实施例2 掺硼的导电金刚石膜电极的制作第一步，生长ρ型金刚石，即，生长硼掺杂的ρ型CVD多晶金刚石膜。可以使用微波等离子体化学气相沉积法(MWCVD)、热灯丝化学气相沉积(HFCVD)、直流热阴极CVD或直流喷射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衬底(如硅、碳化硅和各种工业电极材料-钼、铌、钽、钛、钨、锆和石墨等)生长硼掺杂金刚石膜。导电金刚石膜的生长条件参数，列举其中的一种方法-微波等离子体CVD法基底采用P型Si，微波功率300 1000W，压强7 8kPa，氢气流量为200 300sccm，甲烷气体流量为4 6sCCm，硼源使用硼烷或硼酸三甲酯，硼烷或硼酸三甲酯由氢气携带流入反应室，流量为5 lOOsccm，基底温度保持在700 1000°C，薄膜的生长时间为3 M小时， 由此制得的导电金刚石膜电阻率在10_3Ω · cm量级。除此之外，应用热灯丝等CVD方法也成功制备了质量良好的导电金刚石电极。电极工作方式可以是导电金刚石膜与基底共同作为电极，或是自支撑膜导电金刚石膜电极。自支撑导电金刚石膜可以在生长结束时通过控制热应力变化与基底分离，或者通过强酸煮或通过抛磨将基底去除。自支撑导电金刚石膜可以通过提高生长速率和时间， 获得较大的厚度。第二步，将导电金刚石膜按照所设计的尺寸及形状进行切割，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电火花切割。将切割好的金刚石电极接上导线并连于电泳电源上，将导电金刚石膜电极插入到电泳槽两端的固定插槽中，接通电泳电源开始工作。实施例3 掺氮的导电金刚石膜电极的制作本发明使用的基底Si为厚度0.5mm的η型(111)单晶硅片。利用微波等离子体 CVD法沉积，制备导电金刚石膜电极的实验气体为4/(: / ，气体比例为110/10/30SCCm。 输入功率以及反应压强分别为250W和50Τοπ·。沉积时间4h。由此制得的导电金刚石膜电阻率在10_3Ω · cm量级。实施例4 金刚石电极电泳槽的全系核酸电泳工作实例本实施例分为三个部分，分别对11Λ DNA ladder(即用型DNA分子量标准)、21Λ DNA ladder 以及 15kb DNA ladder (购于 TaKaRa Biotechnology (Dalian) Co. ,Ltd.)进行了电泳实验(a). Ikb DNA ladder电泳实验。首先称取Ig琼脂糖，加入50ml IX TAE缓冲液， 于微波炉中加热沸腾3次。然后取出稍冷后加入3 μ 1基因染料(本实验采用溴化乙锭)， 混勻。再将凝胶倒入调平的凝胶板上，插入梳子。最后冷却至胶板凝固完好。
电泳条件2%琼脂糖凝胶电泳，上样量5 μ 1，电流恒定在49mA，电压在70V左右， 电泳时间35min。实验结果11Λ DNA ladder达到了完全清晰的电泳分离效果，分子量分别为 1500bp、IOOObp、900bp、800bp、700bp、600bp、500bp、400bp、300bp、200bp、IOObp 的11个 DNA marker条带在琼脂糖凝胶中，距加样孔由近及远依次分离开；而且每个条带呈现清晰明亮的带状，较同样实验条件下钼丝电极电泳槽效果更优。(b). 2kb DNA ladder电泳实验。实验过程及电泳条件同(a)。实验结果为2kb DNA ladder 中分子量分别为 21Λ、llib、750bp、500bp、250bp、IOObp 的6个DNA marker条带在琼脂糖凝胶中，距加样孔由近及远依次分离开；而且每个条带呈现清晰明亮的带状，较同样实验条件下钼丝电极电泳槽效果更优。(c). 15kb DNA ladder电泳实验。称取琼脂糖量改为0. 35g，即实验条件为0. 75% 琼脂糖凝胶，其他条件与操作过程同(a)。实验结果为15000bp DNA Ladder Marker 中分子量分别为 15000bp、lOOOObp、 7500bp、5000bp、2500bp、1000bp、250bp的7个DNA marker条带在琼脂糖凝胶中，距加样孔
由近及远依次分离开；而且每个条带呈现清晰明亮的带状，较同样实验条件下钼丝电极电泳槽效果更优。实施例5 导电金刚石膜电极电泳槽的蛋白电泳工作实例电泳条件:80V 30min, 120V 50min浓缩胶5%分离胶10%Marker (分子标记)购于北京金式立公司实验结果蛋白marker中的分子量分别为100，80，60，50，40，30，25，12kDa的8个条带在凝胶中，距初始加样位置由近及远依次分离开；而且每个条带呈现清晰的带状，较同样实验条件下钼丝电极电泳槽效果更优。实施例6 导电金刚石膜电极的清洗实验在本发明中电极经多次工作之后表面沾有极少量污物，由于其自清洁作用，污物的含量大大低于钼丝上的含量。若需要清洗，先将金刚石电极从槽中取出，放入乙醇和丙酮清洗液中以500W功率超声30min清洗。待超声清洗干净以后，将金刚石电极重新放置到电泳槽中，即可进行新的实验工作。电极清洗后的实验结果表明，电极的特性基本没有变化，保证了电极的可重复性上百次使用。
权利要求
1.一种导电金刚石膜作为电极的电泳槽，结构有电泳槽体(1)、固定到电泳槽体(1)两端的两块电极、连接电极和电源的导线G)、电极固定装置(3)；其特征是，所述的电极，是导电金刚石膜电极0)，电阻率在10_4 10_2Ω · cm数量级。
2.根据权利要求1所述的导电金刚石膜作为电极的电泳槽，其特征是，所述的导电金刚石膜电极O)，是在基底上生长的硼掺杂或氮掺杂的金刚石膜；或是自支撑的硼掺杂或氮掺杂的金刚石膜。
3.根据权利要求1或2所述的导电金刚石膜作为电极的电泳槽，其特征是，所述的导电金刚石膜电极( ，是长方形的，导电金刚石膜的厚度在5 2000 μ m。
4.根据权利要求1所述的导电金刚石膜作为电极的电泳槽，其特征是，所述的电极固定装置(3)，是固定插槽式的。
全文摘要
本发明的导电金刚石膜作为电极的电泳槽属于生物器械的技术领域。结构有电泳槽体(1)、电极、连接电极和电源的导线(4)、电极固定装置(3)；所述的电极，是导电金刚石膜电极(2)，是利用化学气相沉积方法，在基底上生长的硼或氮掺杂的金刚石膜或是自支撑硼或氮掺杂的金刚石膜，电阻率在10-4～10-2Ω·cm数量级。所述的电极固定装置(3)，是固定插槽式的。本发明的导电金刚石膜电极的电泳核酸以及蛋白质分子结果，与铂丝电极效果相近，甚至优于铂丝电极，并可方便地取下并可反复清洗，不损坏，经多次实验及清洗电泳结果无显著变化；具有使用寿命长，维护费用低，制备方法简单，无污染，耐腐蚀性强等特点。
文档编号G01N27/453GK102288668SQ20111020930
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者何志, 刘钧松, 吕宪义, 崔田, 李红东, 樊凤阳, 邹广田 申请人:吉林大学