DE2847831C3

DE2847831C3 - Vorrichtung zur Durchführung der Elektrophorese

Info

Publication number: DE2847831C3
Application number: DE2847831A
Authority: DE
Inventors: W. Donner Boston Mass. Denckla
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-11-04
Filing date: 1978-11-03
Publication date: 1981-08-13
Also published as: DE2847831A1; JPS54109496A; GB2008151B; US4194963A; GB2008151A; SE410357B; SE7712499L; DE2847831B2

Description

Vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zur Durchführung der Elektrophorese mit zwei Stirnwänden, die jeweils eine Elektrodeneinrichtung tragen, zwei Seitenwänden, einem gekühlten Boden und mit einem leitfähigen Medium, welches in einer von den Wänden und dein Boden gebildeten Kammer enthalten ist.

Eine der größten Schwierigkeiten, welche man mit Elektrophoresekonfigurationen hat, ist das Bestreben der getrennten Verbindungen sich in nicht paralleler Weise bezüglich der Elektroden auszubreiten. Die Substanzschichten haben daher das Bestreben, im Elektrophoresebehälter sich in Kurvenform, insbesondere in den Rändern des Behälters, anzuordnen. Die Krümmung an den Behälterrändern kann so ausgeprägt sein, daß es äußerste Schwierigkeiten bereitet, die gewünschte Trennung der Verbindungen durchzuführen. Diese Schwierigkeiten treten in gleicher Weise bei allen Elektrophoresemedien (alle leitfähigen Medien, welche bei der Elektrophorese verwendet werden) wie beispielsweise bei flüssigen Lösungen, die in einem Trog enthalten sind oder bei Lösungen, welche in stationären porösen Stoffen, wie beispielsweise Polyacrylamidgelen, Sephadexgelen, Stärke oder dgl. enthalten sind, auf. Die Schwierigkeiten ergeben sich auch bei verschiedenen Systemen für die isoelektrische Fokussierung.

Die im vorstehenden beschriebene Erscheinung beruht darauf, daß an den Rändern der elektrophorelischen Behälter der Kühleffekt geringer ist als in der Mitte des Behälters. Da die meisten ionischen Lösungen bei den in Frage kommenden Temperaturen im Gegensatz zu den meisten Metallen einen Anstieg der Leitfähigkeit bei ansteigender Temperatur aufweisen, erhält man eine positive Rückkopplung. Das bedeutet, daß bei einem Temperaturanstieg im Randbereich des Elektrophoresebehälters gegenüber dem übrigen Teil bzw. gegenüber dem Hauptteil des Behälters aufgrund der verringerten Kühlwirkung die Lösung im Randbereich des Behälters besser leitfähig ist als im übrigen Behälterbereich. Der Leitfähigkeitsanstieg bewirkt einen größeren Stromfluß in diesem Teil des Mediums,

iü woraus weiterhin naturgemäß eine weitere Erhitzung im Randbereich erfolgt In Extremfällen kann dies dazu führen, daß die gesamte, dem Elektrophoresegefäß zugeführte Energie, in zwei schmalen Zonen in der Nähe des Gefäßrandes zerstreut wird. Hieraus resultiert eine starke Krümmung des elektrischen Feldes und somit eine stark gekrümmte Verteilung der Komponenten, die man mit Hilfe der Elektrophorese versucht zu trennen. Dieser Effekt zeigt sich auch bei der isoelektrischen Fokussierung in Acrylamyd, Sephadexgelen, in einfachen Wasserlösungen, in trogartigen Behältern verschiedener Verhältnisse von Länge zu Breite und verschiedenen Dicken. Außerdem tritt diese Erscheinung auf bei der Acrylamidgel-Elektrophorese, bei der herkömmliche Puffersysteme verwendet werden. Temperaturmessungen haben bestätigt, daß in einem Bereich von wenigen mm vom Rand des Gefäßes entfernt, die Temperaturen bis zu 7⁰C gegenüber der Temperatur im Hauptbereich des Gefäßes sieht erhöht haben.

Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung ist es daher, eine Elektrophoreseeinrichtung zu schaffen, bei der die im vorstehenden genannten Kühlprobleme beseitigt sind, so daß gekrümmte Elektrophoresebänder, insbesondere im Randbereich der Elektrophoresebehälter vermieden sind.

Die Erfindung soll anhand der beiliegenden Figuren noch näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Ansicht eine Elektrophoreseeinrichtung, welche ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;

Fig. 2 in schematischer Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig.3 bia 6 schematisch die Wirkungen, welche bei der Erfindung erzielt werden können.

In der Fig. I ist ein Elektrophoresebehälter mit einem gekühlten Boden 1 gezeigt. Die Kühlung wird dadurch erzielt, daß der Boden 1 mit einem Hohlraum versehen ist, durch welchen ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser, hindurchgepumpt wird. Ferner ist das Elektrophoresegefäß mit zwei Seitenwänden 3 und 4 ausgestattet, die aus einem elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Glas oder Kunststoff, bestehen. Diese Seitenwände sind so geformt, daß sie einen keilförmigen Querschnitt aufweisen. Im Elektrophoresegefäß ist ein Elektrophoresemedium 2 angeordnet, in welchem die elektrophoretische Trennung in der Weise durchgeführt wird, daß eine elektrische Spannung an das Medium mit Hilfe von zwei, in der Fig. nicht mehr dargestellten Elektroden, angelegt wird. Die Elektrophoreserichtung ist in der Fig. mit einem Pfeil 5 angegeben.

In der F i g. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Dieses unterscheidet sich von dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß zusätzlich von oben her durch eine Abdeckung 8 eine Kühlwirkung ausgeübt wird. Ferner besitzen die Seitenwände 6 und 7 einen Querschnitt, der ebenfalls eine Keilform aufweist, die jedoch gegenüber den

beiden Kühlflächen symmetrisch ausgebildet ist

Bei den in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen wird durch die Seitenwände, welche einen keilförmigen Querschnitt aufweisen, erzielt, daß der gesamte Stromfluß im Bereich der Seitenwände verringert ist Die Verringerung hängt davon ab, wie stark das Keilprofil der Seitenwände in das Elektrophoresemedium hineinragt Bei Ausführungsbeispielen nach der F i g. 1 haben sich Winkel an der Spitze des Keiles von 45° bis 60° als vorteilhaft erwiesen. Ein bevorzugter Winkel beträgt etwa 45°. Bei Ausführungsbeispielen nach der F i g. 2 sind Winkel an der Keilspitze von 45° bis 60° von Vorteil. Ein bevorzugter Winkel beirägt etwa 60°.

Die Ausführungsbeispiele nach den F i g. 1 und 2 sind bei der Proteintrennung in einem 1 cm dicken Acrylamidgel bei Bedingungen der isoelektrischen Fokussierung untersucht worden. In einigen Fällen hat sich dabei herausgestellt, daß die Keilform der Seitenwände auf die Kühlwirkung im Rand^ereich des Behälters einen derartigen Einfluß ausübt, daß die Proteinbänder bezüglich ihrer Krümmung eine umgekehrte Richtung einnehmen gegenüber den Krümmungen, die sie normalerweise beim Stand der Technik haben. Dies läßt sich jedoch durch Erhöhung des elektrischen Stromflusses kompensieren. Wenn die Krümmung der Bänder durch die keilförmig ausgebildeten Wände sich nicht voll beseitigen läßt, läßt sich die Wirkung der elektrischen Spannung verringern, so daß die Bänder parallel zu den Elektrodenwänden ausgerichtet sind. Dies läßt sich jedoch ohne die Verwendung von keilförmig ausgebildeten Wänden nicht erzielen. Es sei denn, man verringert den Strom derartig, daß die Trennzeit unverhältnismäßig lange andauert Das im vorstehenden beschriebene Verfahren und die vorstehend beschriebenen Wirkungen sind in den F i g. 3 bis 6 veranschaulicht In diesen Figuren ist ein Hämoglobinband (Hgb) bei der Proteintrennung gezeigt Die F i g. 3 zeigt das Hämoglobinband ohne Verwendung keilförraig ausgebildeter Seitenwände. Die Fig.4 zeigt das Hämoglobinband bei Verwendung der keilförmig ausgebildeten Wände, jedoch bei zu geringem Stromfluß. Die F i g. 5 zeigt die gleiche Trennung bei zu hohem Stromfluß und die F i g. 6 zeigt die Trennung mit keilförmig ausgebildeten Wänden und ausgeglichenem Stromfluß.

Durch die Erfindung wird somit eine verbesserte Elektrophoreseeinrichumg geschaffen, die mit keilförmig ausgebildeten Seitenwänden aus nichtleitendem Material versehen ist, wobei die geringste Wandbreite an der gekühlten Fläche bzw. die geringsten Wandbreiten an den gekühlten Flächen und die größte Wandbreite in dem Bereich angeordnet ist, welcher am weitesten von den gekühlten Flächen entfernt ist Auf diese Weise ist es möglich, das Umbiegen der Elektrophoresebänder in den Randbereichen der Elektrophoresebehälter zu vermeiden und Elektrophoresebänder mit geradliniger, insbesondere zu den Elektroden parallel verlaufender Erstreckung, zu erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrophoreseeinrichtung mit zwei Stirnwänden, in denen Elektroden untergebracht sind, zwei Seitenwänden, einem gekühlten Boden und einem leitfähigen Elektrophoresemedium in einer von dem Boden und den Wänden gebildeten Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seitenwände (3, 4) bzw. (6, 7) einen keilförmigen Querschnitt aufweisen und aus elektrisch nichtleitendem Material bestehen und daß der Wandteil jeder Seitenwand mit der geringsten Wandbreite dem gekühlten Boden (1) am nächsten und der Wandteil mit der größten Wandbreite vom gekühlten Boden entfernt liegen.

2. Elektrophoreseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel etwa 45° beträgt.

3. Elektrophoreseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrophoresemedium (2) auch an der oberen Fläche gekühlt ist und daß der Wandteil mit der größten Wandbreite einer jeden Seitenwand (6, 7) in der Mitte zwischen der Bodenfläche und der oberen Fläche des Elektrophoresemediunis (2) liegt.

4. Elektrophoreseeinnchtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel etwa 60° beträgt.

5. Elektrophoreseeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Oberfläche des Elektrophoresemediums durch eine gekühlte Abdeckung (8) gekühlt ist.