DE10149875A1 - Device for extracting electrically charged molecules, useful e.g. in environmental monitoring or clinical diagnosis, comprises electrodes, containers and a matrix permeable to analyte - Google Patents

Device for extracting electrically charged molecules, useful e.g. in environmental monitoring or clinical diagnosis, comprises electrodes, containers and a matrix permeable to analyte

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DE10149875A1
DE10149875A1 DE2001149875 DE10149875A DE10149875A1 DE 10149875 A1 DE10149875 A1 DE 10149875A1 DE 2001149875 DE2001149875 DE 2001149875 DE 10149875 A DE10149875 A DE 10149875A DE 10149875 A1 DE10149875 A1 DE 10149875A1
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Abstract

Device for extracting electrically charged molecules (A) comprising: (a) a container (2) divided, by a separator (2.2) permeable to (A), into a sample filling space (2.1) and matrix (2.3); (b) an electrode (2.1) that extends into (2); (c) a second container (4) for extracted (A); and (d) a second electrode (4.1) in contact with the contents of (4). An Independent claim is also included for a method for extracting (A) using the new device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Extraktion elektrisch geladener Moleküle. The present invention relates to an electrical extraction device charged molecules.

Es besteht in vielen Bereichen der Analytik ein Bedürfnis nach neuen Vorrichtungen und Verfahren, die eine schnelle Analyse kleiner Probenvolumina ermöglichen. Beispielhaft zu nennen sind hier die medizinische Diagnostik, insbesondere die Identifizierung von Krankheitserregern in der Intensivmedizin, die Analyse von Bodenproben auf Kontaminationen, die Lebensmittelüberwachung und die Identifizierung von Keimen in Wasser, insbesondere bei der Überprüfung von Trinkwasser und Reinstwässern in der pharmazeutischen Industrie. There is a need for new ones in many areas of analytics Devices and methods for rapid analysis of small sample volumes enable. Medical diagnostics are to be mentioned here as examples, in particular the identification of pathogens in intensive care medicine, the analysis of soil samples for contamination that Food monitoring and the identification of germs in water, especially at the Checking drinking water and ultrapure water in the pharmaceutical Industry.

Die herkömmliche Analytik mittels beispielsweise chromatographischer Verfahren erfordert große Probenvolumina und häufig eine aufwendige Vorreinigung des Untersuchungsgutes. Daher läßt sich eine chemische oder biologische Kontamination meist nicht vor Ort nachweisen, z. B. auf der Mülldeponie, in einem möglicherweise von Schimmelpilzen befallenen Haus, direkt am Krankenbett eines Patienten oder in einem Flüchtlingslager, in dem sich eine Seuche auszubreiten droht. Die Proben müssen in ein Labor gebracht, dort untersucht und ausgewertet werden. Es verstreicht wertvolle Zeit, während derer eine Umweltverschmutzung fortschreiten, oder ein Patient im schlimmsten Fall versterben kann, bevor die notwendigen Hilfsmaßnahmen eingeleitet werden können. Conventional analytics using, for example, chromatographic The method requires large sample volumes and often complex pre-cleaning of the specimen. Therefore, a chemical or biological Mostly, contamination cannot be demonstrated on site, e.g. B. at the landfill, in a house that may be infected by mold, right on the Sick bed of a patient or in a refugee camp where there is a plague threatens to spread. The samples must be taken to a laboratory and examined there and be evaluated. Valuable time passes during which one Pollution is progressing, or a patient is at worst can die before the necessary relief measures are initiated can.

Moderne Analysechips ermöglichen allerdings, auch sehr kleine Mengen eines Analyten präzise zu bestimmen, vorausgesetzt, der Analyt wird mit hinreichender Reinheit auf den Chip aufgebracht. Um diese Reinheit zu gewährleisten, muß auf umständliche Reinigungstechniken zurückgegriffen werden, wie Filtration oder chromatographische Auftrennung. Handelt es sich bei dem Analyten um Proteine oder Nukleinsäuren aus Organismen, müssen diese oftmals in Vorkultur genommen werden, um nach einigen Vermehrungszyklen die nötige Menge des Analyten zu gewinnen. However, modern analysis chips allow even very small quantities of one To determine analytes precisely, provided the analyte is included sufficient purity applied to the chip. To ensure this purity, cumbersome cleaning techniques must be used, such as Filtration or chromatographic separation. It is the analyte For proteins or nucleic acids from organisms, they often have to be in Pre-culture should be taken to get the necessary after a few propagation cycles Amount of analyte to be obtained.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine neue Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, Analyten schnell aus Proben zu extrahieren. The present invention is therefore based on the object of a new one To provide a device that allows analytes to be quickly removed from samples extract.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Extraktion elektrisch geladener Moleküle, umfassend

  • a) Einen ersten Behälter (2), der durch eine Trennstruktur (2.2), die für die zu extrahierenden Moleküle permeabel ist, in zwei Kompartimente unterteilt wird, nämlich in
    • 1. einen Probenfüllraum (2.1) und
    • 2. eine Matrix (2.3),
  • b) eine in den Probenfüllraum (2.1) hineinragende erste Elektrode (1.1),
  • c) einen weiteren Behälter (4) zur Aufnahme der extrahierten Moleküle sowie
  • d) eine weitere Elektrode (4.1), die in elektrischem Kontakt mit dem Inhalt des Behälters (4) steht,
The present invention relates to a device for extracting electrically charged molecules, comprising
  • a) A first container ( 2 ) which is divided into two compartments by a separation structure ( 2.2 ) which is permeable to the molecules to be extracted, namely in
    • 1. a sample filling space ( 2.1 ) and
    • 2. a matrix ( 2.3 ),
  • b) a first electrode ( 1.1 ) projecting into the sample filling space ( 2.1 ),
  • c) a further container ( 4 ) for receiving the extracted molecules and
  • d) a further electrode ( 4.1 ) which is in electrical contact with the contents of the container ( 4 ),

Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt den Umstand, daß viele bedeutsame Analyten elektrisch geladene Moleküle sind, die durch Anlegen eines elektrischen Feldes mobilisiert werden und durch eine Filter- oder Trennmatrix geleitet werden können. The device according to the invention takes advantage of the fact that many significant Analytes are electrically charged molecules that are created by applying a electric field and be mobilized by a filter or separation matrix can be directed.

Der Extraktion mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind grundsätzlich alle Moleküle zugänglich, die elektrisch geladen sind und eine Filter- oder Trennmatrix passieren können. Entsprechend zugängliche Moleküle sind beispielsweise elektrisch geladene Makromoleküle, insbesondere Biopolymere wie DNA, RNA, PNA, (als Einzelstränge, Duplexe, Triplex-Strukturen oder Kombinationen hiervon), oder Proteine (z. B. Antikörper, Antigene, Rezeptoren); aber auch Saccharide, Nukleotide, Peptide, und Derivate der kombinatorischen Chemie (z. B. geladene organische Moleküle). Auch Kunststoffe mit polaren Gruppen, wie beispielsweise Polyamine sind der Extraktion mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugänglich. Gleiches gilt für niedermolekulare Verbindungen, wie verschiedene Vitamine, oder chemische Kampfstoffe, z. B. Senfgas, Sarm, Soman, Tabun, oder VX, und auch für Metalle sowie metallorganische Verbindungen wie z. B. Zinn-organische Verbindungen mit z. T. erheblicher Toxizität (CD Römpp Chemie Lexikon - Version 1.0 Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1995). The extraction by means of the device according to the invention are fundamental all molecules accessible that are electrically charged and a filter or Separation matrix can happen. Appropriately accessible molecules are for example electrically charged macromolecules, especially biopolymers such as DNA, RNA, PNA, (as single strands, duplexes, triplex structures or Combinations thereof), or proteins (e.g. antibodies, antigens, receptors); but also saccharides, nucleotides, peptides, and combinatorial derivatives Chemistry (e.g. charged organic molecules). Even plastics with polar Groups, such as polyamines, are used for extraction Accessible device according to the invention. The same applies to low molecular weight Compounds, such as various vitamins, or chemical warfare agents, e.g. B. Mustard gas, Sarm, Soman, Tabun, or VX, and also for metals as well organometallic compounds such. B. organic tin compounds with z. T. considerable toxicity (CD Römpp Chemie Lexikon - Version 1.0 Stuttgart / New York: Georg Thieme Verlag 1995).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgeführt, daß die zu extrahierenden Moleküle in einem zwischen den Elektroden (1.1) und (4.1) angelegten elektrischen Feld aus dem Probenfüllraum (2.1) in den Behälter (4) wandern. Hierzu wird gegebenenfalls, beispielsweise bei einer trockenen Probe, eine geeignete Pufferlösung in den Probenfüllraum gegeben und mit der Probe vermischt. Als Pufferlösung sind übliche Elektrophoresepuffer einsetzbar, die dem Fachmann bekannt sind, beispielsweise E-Puffer (40 mM Tris- HCl, 20 mM NaO-Acetat. 1 mM EDTA, pH 8.3 in Wasser), oder TBE-Puffer (130 mM Tris-HCl, 45 mM Borsäure, 2,5 mM Di-Natrium-EDTA, pH 8,8 in Wasser). The device according to the invention is preferably designed such that the molecules to be extracted migrate from the sample filling space ( 2.1 ) into the container ( 4 ) in an electrical field applied between the electrodes ( 1.1 ) and ( 4.1 ). For this purpose, if necessary, for example in the case of a dry sample, a suitable buffer solution is added to the sample filling space and mixed with the sample. Conventional electrophoresis buffers known to those skilled in the art can be used as the buffer solution, for example E-buffers (40 mM Tris-HCl, 20 mM NaO acetate. 1 mM EDTA, pH 8.3 in water), or TBE buffers (130 mM Tris-HCl , 45 mM boric acid, 2.5 mM disodium EDTA, pH 8.8 in water).

Diese elektroforcierte Extraktion bewirkt eine rasche Anreicherung des Analyten in dem Behälter (4). This electroforced extraction causes the analyte to accumulate rapidly in the container ( 4 ).

Die Elektroden (1.1) und (4.1) können aus demgleichen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Geeignete Elektroden-Materialien sind dem Fachmann bekannt und können je nach Art der zu extrahierenden Moleküle variiert werden. Bei der Auswahl der Elektroden-Materialien muß beachtet werden, daß der Analyt, oder der Puffer nicht mit den Elektroden-Materialien reagieren dürfen. Bevorzugte Materialien sind Edelmetalle, wie Gold oder Platin, aber auch unedle Metalle wie Kupfer, Silber, oder Chrom bzw. metallische Legierungen wie Stahl, oder auch Silizium und Siliziumverbindungen The electrodes ( 1.1 ) and ( 4.1 ) can consist of the same or different materials. Suitable electrode materials are known to the person skilled in the art and can be varied depending on the type of the molecules to be extracted. When selecting the electrode materials, it must be noted that the analyte or the buffer must not react with the electrode materials. Preferred materials are noble metals, such as gold or platinum, but also base metals, such as copper, silver, or chromium, or metallic alloys, such as steel, or else silicon and silicon compounds

Die Trennstruktur (2.2) dient dem Zweck, grobe Verunreinigungen aus der Probe zurückzuhalten. Der Fachmann kann hierzu jede geeignete Sieb- oder Grobfilterstruktur einsetzen, beispielsweise ein Sieb, einen Filter oder eine Fritte. Besonders geeignete Trennstrukturen sind beispielsweise Stahl- oder Edelmetallsiebe, wie auch Fritten aus Keramik oder gesintertem Glasgranulat. The separation structure ( 2.2 ) serves the purpose of retaining coarse impurities from the sample. The person skilled in the art can use any suitable sieve or coarse filter structure, for example a sieve, a filter or a frit. Particularly suitable separating structures are, for example, steel or precious metal sieves, as well as frits made of ceramic or sintered glass granulate.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode (4.1) durch eine feinporöse Schutzschicht (4.2) von den extrahierten Molekülen in dem Behälter (4) getrennt ist. Diese Schutzschicht verhindert, daß die Moleküle des Analyten in direkten Kontakt mit der Elektrode (4.1) kommen und dadurch möglicherweise elektrochemisch verändert werden. Die Art der eingesetzten feinporösen Schutzschicht kann durch den Fachmann variiert werden. Geeignete Schutzschichten (4.2) sind beispielsweise Zellulosemembranen. In Abhängigkeit von den zu extrahierenden Analyten kann eine Membran mit geeigneter Porengröße gewählt werden. The device according to the invention is preferably characterized in that the further electrode ( 4.1 ) is separated from the extracted molecules in the container ( 4 ) by a fine-porous protective layer ( 4.2 ). This protective layer prevents the molecules of the analyte from coming into direct contact with the electrode ( 4.1 ) and possibly being changed electrochemically. The type of fine-porous protective layer used can be varied by a person skilled in the art. Suitable protective layers ( 4.2 ) are, for example, cellulose membranes. Depending on the analytes to be extracted, a membrane with a suitable pore size can be selected.

Für die elektroforcierte Extraktion von Proteinen oder Nukleinsäuren, insbesondere von DNA, RNA, oder PNA, vorzugsweise von DNA, eignen sich besonders Dialyseschläuche (bzw. Stücke davon) aus Zellulose oder benzoylierter Zellulose, die Moleküle oberhalb eines MWCO (Molecular Weight Cut Off) von 1.200 bis 12.000 zurückhalten können. Solche Schläuche sind beispielsweise von der Firma Sigma-Aldrich (Deisenhofen) unter der Bezeichnung "Dialysis sacks" Katalog "Biochemikalien + Reagenzien 2000/2001", Katalognummer: 250-7U bzw. 250-9U, erhältlich. Gleichfalls geeignet sind Filter auf Zellulosebasis, die Moleküle oberhalb eines MWCO (Molecular Weight Cut Off) von 5.000 bis 100.000 zurückhalten können. Solche Filter sind beispielsweise von der Firma Carl Roth GmbH (Karlsruhe) unter der Bezeichnung ZelluTrans (regenerierte Zellulose, Filterbereiche MWCO 4000 bis 6000, 8000 bis 10000, 12000 bis 14000, 25000), Spectra/Por (Zelluloseester, Filterbereich von MWCO 100 bis zu MWCO 300.000); oder Nadir (Zellulosehydrat, MWCO 10.000 bis 20.000, mittlere Porengröße 25-30 Angstrom) erhältlich. Besonders bevorzugt für die elektroforcierte Extraktion von Proteinen oder Nukleinsäuren, insbesondere von DNA, RNA, oder PNA, vorzugsweise von DNA sind die ZelluTrans-Filter der Firma Carl Roth GmbH (Karlsruhe) mit einem MWCO von 8.000 bis 10.000 oder 12.000 bis 14.000 sowie die Dialyseschläuche, die von der Firma Sigma-Aldrich (Deisenhofen) unter der Bezeichnung "Dialysis sacks" Katalog "Biochemikalien + Reagenzien 2000/2001", Katalognummer: 250-7U bzw. 250-9U, erhältlich sind. For the electroformed extraction of proteins or nucleic acids, DNA, RNA, or PNA, preferably DNA, are particularly suitable especially dialysis tubing (or pieces thereof) made of cellulose or benzoylated cellulose, the molecules above an MWCO (Molecular Weight Cut Off) from 1,200 to 12,000. Such hoses are for example from the company Sigma-Aldrich (Deisenhofen) under the name "Dialysis sacks" catalog "Biochemicals + Reagents 2000/2001", Catalog number: 250-7U or 250-9U, available. Filters on are also suitable Cellulose based, the molecules above a MWCO (Molecular Weight Cut Off) by Can hold back 5,000 to 100,000. Such filters are for example from from Carl Roth GmbH (Karlsruhe) under the name ZelluTrans (regenerated cellulose, filter ranges MWCO 4000 to 6000, 8000 to 10000, 12000 to 14000, 25000), Spectra / Por (cellulose ester, filter range from MWCO 100 up to MWCO 300,000); or nadir (cellulose hydrate, MWCO 10,000 to 20,000, average pore size 25-30 Angstrom) available. Especially preferred for the electroformed extraction of proteins or nucleic acids, especially of DNA, RNA, or PNA, preferably of DNA ZelluTrans filter from Carl Roth GmbH (Karlsruhe) with an MWCO from 8,000 to 10,000 or 12,000 to 14,000 as well as the dialysis tubes made by from Sigma-Aldrich (Deisenhofen) under the name "Dialysis sacks" Catalog "Biochemicals + Reagents 2000/2001", catalog number: 250-7U or 250-9U, are available.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusätzlich eine auf den Behälter (2) aufsteckbare oder aufschraubbare Kappe (1) aufweisen, an oder in der die erste Elektrode (1.1) befestigt ist. Die Kappe kann ihrerseits ein Septum (1.2) aufweisen, dass oft aus Silikon oder Gummi hergestellt wird und sowohl als Überdruckventil, als auch zum sterilen Befüllen des Probenfüllraumes (2.1) Verwendung finden kann. The device according to the invention can additionally have a cap ( 1 ) which can be plugged or screwed onto the container ( 2 ), on or in which the first electrode ( 1.1 ) is fastened. The cap itself can have a septum ( 1.2 ), which is often made of silicone or rubber and can be used both as a pressure relief valve and for sterile filling of the sample filling space ( 2.1 ).

Vorzugsweise ist der Behälter (4) reversibel an dem Behälter (2) befestigt, insbesondere aufgesteckt oder aufgeschraubt, besonders bevorzugt mittels eines Adapters (3), ganz besonders bevorzugt mittels eines LuerLock-Adapters. The container ( 4 ) is preferably reversibly attached to the container ( 2 ), in particular plugged on or screwed on, particularly preferably by means of an adapter ( 3 ), very particularly preferably by means of a LuerLock adapter.

Die Kappe (1), der Behälter (2), der Adapter (3) und der Behälter (4) können aus demgleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Geeignete Materialien sind dem Fachmann bekannt und können je nach Art der zu extrahierenden Moleküle variiert werden. Bei der Auswahl der Materialien muß beachtet werden, daß der Analyt, oder der Puffer nicht mit den Materialien reagieren dürfen. Außerdem dürfen die eingesetzten Materialien nicht leitfähig sein. Bevorzugte Materialien sind Kunststoffe, Glas, Keramik, Porzellan und auch entsprechend beschichtete Metalle oder metallische Werkstoffe, z. B. Stahl mit Kunstoff-Innenbeschichtung. The cap ( 1 ), the container ( 2 ), the adapter ( 3 ) and the container ( 4 ) can consist of the same material or of different materials. Suitable materials are known to the person skilled in the art and can be varied depending on the type of the molecules to be extracted. When selecting the materials, it must be noted that the analyte or the buffer must not react with the materials. In addition, the materials used must not be conductive. Preferred materials are plastics, glass, ceramics, porcelain and also correspondingly coated metals or metallic materials, e.g. B. Steel with plastic inner coating.

Die Matrix (2.3) ist vorzugsweise homogen, d. h. sie besteht durchgehend aus einem Material. Sie kann aber auch heterogen aufgebaut sein, beispielsweise in Schichten aus verschiedenen Materialien. Geeignete Matrix-Materialien sind alle üblichen in der Chromatographie oder Elektrophorese eingesetzten Trennmaterialien, die durch den Fachmann in Abhängigkeit von den zu extrahierenden Analyten ausgewählt werden. Bevorzugte Matrix-Materialien für die elektroforcierte Extraktion von Proteinen oder Nukleinsäuren, insbesondere von DNA, RNA, oder PNA, vorzugsweise von DNA sind ausgewählt unter:

  • a) Gelfiltrations-Matrices, insbesondere unter Agarose-Gelen, Dextran- Gelen, oder gemischten Agarose-Dextran-Gelen, vorzugsweise unter den als Sephadex-, Sephacryl-, PDX-, Sepharose-, Sepharose CL-, Superdex-, Superose- oder Toyopearl HW-Gel bekannten Matrices.
  • b) Ionenaustausch-Matrices, insbesondere unter solchen auf der Basis von Dextran, Agarose, Cellulose oder Polystyrene, vorzugsweise unter solchen mit
    • 1. Anionenaustauschern, die ausgewählt sind unter folgenden Gruppen: Diethylaminoethyl-, "Q" = Trimethylaminoethyl- und "QAE" = Hydroxypropyldiethylaminoethyl
    • 2. Kationenaustauschern, die ausgewählt sind unter folgenden Gruppen: Carboxymethyl-, Sulfomethyl- und Sulfopropyl
  • c) Polyacrylamid-Elektrophorese-Gelen
  • d) Agarose-Elektrophorese-Gelen
The matrix ( 2.3 ) is preferably homogeneous, ie it consists of one material throughout. However, it can also be constructed heterogeneously, for example in layers made of different materials. Suitable matrix materials are all the usual separation materials used in chromatography or electrophoresis, which are selected by the person skilled in the art depending on the analytes to be extracted. Preferred matrix materials for the electroformed extraction of proteins or nucleic acids, in particular of DNA, RNA, or PNA, preferably of DNA, are selected from:
  • a) Gel filtration matrices, especially under agarose gels, dextran gels, or mixed agarose-dextran gels, preferably under those as Sephadex, Sephacryl, PDX, Sepharose, Sepharose CL, Superdex, Superose or Toyopearl HW gel known matrices.
  • b) ion exchange matrices, especially those based on dextran, agarose, cellulose or polystyrene, preferably those containing
    • 1. Anion exchangers, which are selected from the following groups: diethylaminoethyl, "Q" = trimethylaminoethyl and "QAE" = hydroxypropyldiethylaminoethyl
    • 2. Cation exchangers, which are selected from the following groups: carboxymethyl, sulfomethyl and sulfopropyl
  • c) polyacrylamide electrophoresis gels
  • d) agarose electrophoresis gels

Besonders bevorzugte Matrix-Materialien für die elektroforcierte Extraktion von Proteinen oder Nukleinsäuren, insbesondere von DNA, RNA, oder PNA, vorzugsweise von DNA sind ausgewählt unter:

  • a) Gelfiltrations-Matrices mit einem Trennbereich von 0,7 bis 400 × 105 MW, insbesondere unter den als Sepharose 2B oder Sepharose 2B Cross-linked bekannten Matrices, mit einem wet bead diameter von 60 bis 200 µm (erhältlich von Sigma, Deisenhofen, "Biochemikalien + Reagenzien 2000/2001", Cat-No: 2B-300 bzw. CL-2B-300).
  • b) Gelfiltrations-Matrices mit einem Trennbereich von 0.5 bis 50 × 106 MW, insbesondere unter den als Toyopearl HW-75F bekannten Matrices mit einem dry bead diameter von 30 bis 60 µm (erhältlich von Sigma, Deisenhofen, "Biochemikalien + Reagenzien 2000/2001", Cat-No: 8-07469).
  • c) Ionenaustausch-Matrices, insbesondere unter solchen auf der Basis von Agarose mit starken Kationenaustauschern, vorzugsweise unter den als SP-Sepharose bekannten Matrices mit einer wet bead size von 45 bis 165 µm (erhältlich von Sigma, Deisenhofen, "Biochemikalien + Reagenzien 2000/2001", Cat-No: S. 1799 ff).
  • d) Polyacrylamid-Elektrophorese-Gelen mit einer Konzentration von 2 bis 30 Gew-% Polyacrylamid, vorzugsweise 2 bis 10 Gew-% Polyacrylamid.
  • e) Agarose-Elektrophorese-Gelen mit einer Konzentration von 0,2 bis 4 Gew-% Agarose, vorzugsweise 0,3 bis 0,8 Gew-% Agarose.
Particularly preferred matrix materials for the electroformed extraction of proteins or nucleic acids, in particular of DNA, RNA, or PNA, preferably of DNA, are selected from:
  • a) Gel filtration matrices with a separation range of 0.7 to 400 × 10 5 MW, in particular among the matrices known as Sepharose 2 B or Sepharose 2 B cross-linked, with a wet bead diameter of 60 to 200 µm (available from Sigma , Deisenhofen, "Biochemicals + Reagents 2000/2001", Cat-No: 2B-300 or CL-2B-300).
  • b) Gel filtration matrices with a separation range of 0.5 to 50 × 10 6 MW, in particular among the matrices known as Toyopearl HW-75F with a dry bead diameter of 30 to 60 µm (available from Sigma, Deisenhofen, "Biochemicals + Reagents 2000 / 2001 ", Cat-No: 8-07469).
  • c) ion exchange matrices, especially those based on agarose with strong cation exchangers, preferably those known as SP-Sepharose with a wet bead size of 45 to 165 μm (available from Sigma, Deisenhofen, "Biochemicals + Reagents 2000 / 2001 ", Cat-No: p. 1799 ff).
  • d) polyacrylamide electrophoresis gels with a concentration of 2 to 30% by weight of polyacrylamide, preferably 2 to 10% by weight of polyacrylamide.
  • e) agarose electrophoresis gels with a concentration of 0.2 to 4% by weight of agarose, preferably 0.3 to 0.8% by weight of agarose.

Vorzugsweise erstreckt sich die Matrix (2.3) in den Behälter (4). In diesem Fall sind die Materialien der Matrices (2.3) und (4.3) identisch. Die Matrices können jedoch auch voneinander verschieden sein. Es kann auch eine leitende Verbindung durch den verwendeten Elekrtophosepuffer bestehen, wenn sich die Matrix (2.3) nicht in den Behälter (4) erstreckt. Die Matrix (4.3) kann daher auch vollständig fehlen und beispielsweise durch Pufferlösung ersetzt sein. The matrix ( 2.3 ) preferably extends into the container ( 4 ). In this case, the materials of matrices ( 2.3 ) and ( 4.3 ) are identical. However, the matrices can also be different from one another. There can also be a conductive connection through the electrophoresis buffer used if the matrix ( 2.3 ) does not extend into the container ( 4 ). The matrix ( 4.3 ) can therefore also be completely absent and, for example, replaced by a buffer solution.

Die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung extrahierten Analyten können aufgrund ihrer Reinheit und hohen Konzentration direkt in oder auf eine geeignete Analysevorrichtung ein- oder aufgebracht werden, beispielsweis auf einen Analysechip, oder in einen tragbaren Gaschromatographen. The analytes extracted by means of the device according to the invention can due to their purity and high concentration directly in or on one suitable analysis device can be inserted or applied, for example on a Analysis chip, or in a portable gas chromatograph.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Extraktion elektrisch geladenener Moleküle unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Probe in den Probenführaum (2.1) des Behälters (2) einbringt, gegebenenfalls einen geeigneten Puffer zugibt, zwischen den Elektroden (1.1) und (4.1) ein elektrisches Feld erzeugt und die Moleküle so in dem Behälter (4) konzentriert. Another object of the invention is a method for the extraction of electrically charged molecules using a device according to the invention, characterized in that a sample is introduced into the sample guide space ( 2.1 ) of the container ( 2 ), if appropriate a suitable buffer is added, between the electrodes ( 1.1 ) and ( 4.1 ) generates an electric field and the molecules are concentrated in the container ( 4 ).

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Extraktion elektrisch geladenener Moleküle, die ausgewählt sind unter

  • a) elektrisch geladenen Makromolekülen, insbesondere
    • 1. Biopolymeren wie DNA, RNA, PNA, (als Einzelstränge, Duplexe, Triplex-Strukturen oder Kombinationen hiervon), oder Proteinen (z. B. Antikörper, Antigene, Rezeptoren);
    • 2. Kunststoffen mit polaren Gruppen, wie beispielsweise Polyamine,
  • b) niedermolekularen Verbindungen, wie Saccharide, Nukleotide, Peptide, und Derivate der kombinatorischen Chemie (z. B. geladene organische Moleküle), Vitamine, oder chemische Kampfstoffe, z. B. Senfgas, Sarm, Soman, Tabun, oder VX,
  • c) Metallen sowie metallorganischen Verbindungen wie z. B. Zinnorganischen Verbindungen
aus Proben, insbesondere aus Staub-, Luft-, Boden-, Wasser-, Lebensmittel-, oder medizinischen Proben, vorzugsweise aus Proben, die ausgewählt sind unter Blut-, Serum-, Sputum-, Sperma-, Liquor, Stuhl-, oder Urinproben sowie aus Proben von Trachealsekret, Bronchiallavage, Broncho-alveolärelavage. Another object of the invention is the use of a device according to the invention for the extraction of electrically charged molecules, which are selected from
  • a) electrically charged macromolecules, in particular
    • 1. Biopolymers such as DNA, RNA, PNA (as single strands, duplexes, triplex structures or combinations thereof), or proteins (e.g. antibodies, antigens, receptors);
    • 2. plastics with polar groups, such as polyamines,
  • b) low molecular weight compounds, such as saccharides, nucleotides, peptides, and derivatives of combinatorial chemistry (e.g. charged organic molecules), vitamins, or chemical warfare agents, e.g. B. mustard gas, Sarm, Soman, Tabun, or VX,
  • c) metals and organometallic compounds such. B. Organotin compounds
from samples, in particular from dust, air, soil, water, food or medical samples, preferably from samples which are selected from blood, serum, sputum, sperm, liquor, stool, or Urine samples as well as from samples of tracheal secretion, bronchial lavage, broncho-alveolar lavage.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auf dem Gebiet des Umweltschutzes, der Toxikologie, der Diagnostik bei Menschen, Pflanzen oder Tieren, der Lebensmittel- und Trinkwasseruntersuchung, der Qualitätskontrolle von Rohstoffen, Zwischenprodukten und Endprodukten der pharmazeutischen, kosmetischen und der Lebensmittelindustrie sowie der Abwehr terroristischer Angriffe mit biologischen oder chemischen Kampfmitteln. Liste der Bezugszeichen 1 Kappe
1.1 erste Elektrode mit Kontakt
1.2 Septum
2 erster Behälter
2.1 Probenfüllraum
2.2 Trennstruktur
2.3 Matrix
3 Adapter
4 weiterer Behälter
4.1 weitere Elektrode mit Kontaktpunkt
4.2 feinporöse Schutzschicht
4.3 Matrix

Another object of the invention is the use of a device according to the invention in the field of environmental protection, toxicology, diagnostics in humans, plants or animals, food and drinking water analysis, quality control of raw materials, intermediates and end products in the pharmaceutical, cosmetic and food industries and the defense against terrorist attacks with biological or chemical weapons. List of reference numerals 1 cap
1.1 first electrode with contact
1.2 septum
2 first containers
2.1 Sample filling room
2.2 Separation structure
2.3 Matrix
3 adapters
4 additional containers
4.1 additional electrode with contact point
4.2 fine porous protective layer
4.3 Matrix

Die Figuren (Zeichnungen) verdeutlichen die Erfindung, ohne sie jedoch darauf einzuschränken: The figures (drawings) illustrate the invention, but without it limit:

Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 1 shows a possible embodiment of the device according to the invention.

Fig. 2 zeigt in einer detaillierten Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 1 den Behälter (4). FIG. 2 shows the container ( 4 ) in a detailed enlargement from FIG. 1.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Extraktion elektrisch geladener Moleküle, umfassend a) Einen ersten Behälter (2), der durch eine Trennstruktur (2.2), die für die zu extrahierenden Moleküle permeabel ist, in zwei Kompartimente unterteilt wird, nämlich in 1. einen Probenfüllraum (2.1) und 2. eine Matrix (2.3), b) eine in den Probenfüllraum (2.1) hineinragende erste Elektrode (1.1), c) einen weiteren Behälter (4) zur Aufnahme der extrahierten Moleküle sowie d) eine weitere Elektrode (4.1), die in elektrischem Kontakt mit dem Inhalt des Behälters (4) steht, 1. An apparatus for extracting electrically charged molecules, comprising a) A first container ( 2 ) which is divided into two compartments by a separation structure ( 2.2 ) which is permeable to the molecules to be extracted, namely in 1. a sample filling space ( 2.1 ) and 2. a matrix ( 2.3 ), b) a first electrode ( 1.1 ) projecting into the sample filling space ( 2.1 ), c) a further container ( 4 ) for receiving the extracted molecules and d) a further electrode ( 4.1 ) which is in electrical contact with the contents of the container ( 4 ), 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode (4.1) durch eine feinporöse Schutzschicht (4.2) von den extrahierten Molekülen in dem Behälter (4) getrennt ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the further electrode ( 4.1 ) is separated by a fine-porous protective layer ( 4.2 ) from the extracted molecules in the container ( 4 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine auf den Behälter (2) aufsteckbare oder aufschraubbare Kappe (1) aufweist, an oder in der die erste Elektrode (1.1) befestigt ist. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that it additionally has a cap ( 1 ) which can be plugged or screwed onto the container ( 2 ), on or in which the first electrode ( 1.1 ) is fastened. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe ein Septum (1.2) aufweist. 4. The device according to claim 3, characterized in that the cap Septum (1.2). 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (4) reversibel an dem Behälter (2) befestigt ist, vorzugsweise aufgesteckt oder aufgeschraubt, besonders bevorzugt mittels eines Adapters (3), ganz besonders bevorzugt eines LuerLock-Adapters. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the container ( 4 ) is reversibly attached to the container ( 2 ), preferably plugged on or screwed on, particularly preferably by means of an adapter ( 3 ), very particularly preferably a LuerLock adapter. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (2.3) aus einem Material besteht, das ausgewählt ist unter: a) Gelfiltrations-Matrices, insbesondere unter Agarose-Gelen, Dextran- Gelen, oder gemischten Agarose-Dextran-Gelen, vorzugsweise unter den als Sephadex-, Sephacryl-, PDX-, Sepharose-, Sepharose CL-, Superdex-, Superose- oder Toyopearl HW-Gel bekannten Matrices. b) Ionenaustausch-Matrices, insbesondere unter solchen auf der Basis von Dextran, Agarose, Cellulose oder Polystyrene, vorzugsweise unter solchen mit 1. Anionenaustauschern, die ausgewählt sind unter folgenden Gruppen: Diethylaminoethyl-, "Q" = Trimethylaminoethyl- oder "QAE" = Hydroxypropyldiethylaminoethyl 2. Kationenaustauschern, die ausgewählt sind unter folgenden Gruppen: Carboxymethyl-, Sulfomethyl- und Sulfopropyl c) Polyacrylamid-Elektrophorese-Gelen d) Agarose-Elektrophorese-Gelen 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the matrix ( 2.3 ) consists of a material which is selected from: a) Gel filtration matrices, especially under agarose gels, dextran gels, or mixed agarose-dextran gels, preferably under those as Sephadex, Sephacryl, PDX, Sepharose, Sepharose CL, Superdex, Superose or Toyopearl HW gel known matrices. b) ion exchange matrices, especially those based on dextran, agarose, cellulose or polystyrene, preferably those containing 1. Anion exchangers, which are selected from the following groups: diethylaminoethyl, "Q" = trimethylaminoethyl or "QAE" = hydroxypropyldiethylaminoethyl 2. Cation exchangers, which are selected from the following groups: carboxymethyl, sulfomethyl and sulfopropyl c) polyacrylamide electrophoresis gels d) agarose electrophoresis gels 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (2.3) aus einem Material besteht, das ausgewählt ist unter: a) Gelfiltrations-Matrices mit einem Trennbereich von 0,7 bis 400 × 105 MW, insbesondere unter den als Sepharose 2B oder Sepharose 2B Cross-linked bekannten Matrices, mit einem wet bead diameter von 60 bis 200 µm b) Gelfiltrations-Matrices mit einem Trennbereich von 0.5 bis 50 × 106 MW, insbesondere unter den als Toyopearl HW-75F bekannten Matrices mit einem dry bead diameter von 30 bis 60 µm c) Ionenaustausch-Matrices, insbesondere unter solchen auf der Basis von Agarose mit starken Kationenaustauschern, vorzugsweise unter den als SP-Sepharose bekannten Matrices mit einer wet bead size von 45 bis 165 µm. d) Polyacrylamid-Elektrophorese-Gelen mit einer Konzentration von 2 bis 30 Gew-% Polyacrylamid, vorzugsweise 2 bis 10 Gew-% Polyacrylamid. e) Agarose-Elektrophorese-Gelen mit einer Konzentration von 0,2 bis 4 Gew-% Agarose, vorzugsweise 0,3 bis 0,8 Gew-% Agarose. 7. The device according to claim 6, characterized in that the matrix ( 2.3 ) consists of a material which is selected from: a) gel filtration matrices with a separation range of 0.7 to 400 × 10 5 MW, in particular among the matrices known as Sepharose 2 B or Sepharose 2 B cross-linked, with a wet bead diameter of 60 to 200 µm b) gel filtration matrices with a separation range of 0.5 to 50 × 10 6 MW, in particular among the matrices known as Toyopearl HW-75F with a dry bead diameter of 30 to 60 µm c) ion exchange matrices, especially those based on agarose with strong cation exchangers, preferably those known as SP-Sepharose with a wet bead size of 45 to 165 μm. d) polyacrylamide electrophoresis gels with a concentration of 2 to 30% by weight of polyacrylamide, preferably 2 to 10% by weight of polyacrylamide. e) agarose electrophoresis gels with a concentration of 0.2 to 4% by weight of agarose, preferably 0.3 to 0.8% by weight of agarose. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der Matrices (2.3) und (4.3) identisch sind. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the materials of the matrices ( 2.3 ) and ( 4.3 ) are identical. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu extrahierenden elektrisch geladenenen Moleküle ausgewählt sind unter a) elektrisch geladenen Makromolekülen, insbesondere 1. Biopolymeren wie DNA, RNA, PNA, (als Einzelstränge, Duplexe, Triplex-Strukturen oder Kombinationen hiervon), oder Proteinen (z. B. Antikörper, Antigene, Rezeptoren); 2. Kunststoffen mit polaren Gruppen, wie beispielsweise Polyamine, b) niedermolekularen Verbindungen, wie Saccharide, Nukleotide, Peptide, und Derivate der kombinatorischen Chemie (z. B. geladene organische Moleküle), Vitamine, oder chemische Kampfstoffe, z. B. Senfgas, Sarm, Soman, Tabun, oder VX, c) Metallen sowie metallorganischen Verbindungen wie z. B. Zinnorganischen Verbindungen. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically charged molecules to be extracted are selected from a) electrically charged macromolecules, in particular 1. Biopolymers such as DNA, RNA, PNA (as single strands, duplexes, triplex structures or combinations thereof), or proteins (e.g. antibodies, antigens, receptors); 2. plastics with polar groups, such as polyamines, b) low molecular weight compounds, such as saccharides, nucleotides, peptides, and derivatives of combinatorial chemistry (e.g. charged organic molecules), vitamins, or chemical warfare agents, e.g. B. mustard gas, Sarm, Soman, Tabun, or VX, c) metals and organometallic compounds such. B. Organotin compounds. 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktion aus Proben erfolgt, insbesondere aus Proben, die ausgewählt sind unter Staub-, Luft-, Boden-, Wasser-, Lebensmittel-, oder medizinischen Proben, vorzugsweise aus Proben, die ausgewählt sind unter Blut-, Serum-, Sputum-, Sperma-, Liquor, Stuhl-, oder Urinproben sowie aus Proben von Trachealsekret, Bronchiallavage, oder Bronchoalveolärelavage. 10. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the extraction takes place from samples, in particular from samples, which are selected from dust, air, soil, water, food, or medical samples, preferably from samples selected taking blood, serum, sputum, sperm, cerebrospinal fluid, stool or urine samples as well as from samples of tracheal secretion, bronchial lavage, or Bronchoalveolärelavage. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1.1) und (4.1) gleich oder verschieden sind und aus Materialien bestehen, die ausgewählt sind unter Edelmetallen, wie Gold oder Platin, aber auch unedlen Metallen wie Kupfer, Silber, oder Chrom bzw. metallischen Legierungen wie Stahl, oder auch Silizium und Siliziumverbindungen. 11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrodes ( 1.1 ) and ( 4.1 ) are the same or different and consist of materials which are selected from noble metals such as gold or platinum, but also base metals such as copper, silver , or chrome or metallic alloys such as steel, or silicon and silicon compounds. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstruktur (2.2) ausgewählt ist unter Sieb- oder Grobfilterstrukturen, insbesondere Sieben, Filtern oder Fritten, vorzugsweise Stahl- oder Edelmetallsieben, oder Fritten aus Keramik oder gesinterten Glasperlen. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the separating structure ( 2.2 ) is selected from sieve or coarse filter structures, in particular sieves, filters or frits, preferably steel or noble metal sieves, or frits made of ceramic or sintered glass beads. 13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feinporöse Schutzschicht (4.2) eine Zellulosemembran ist. 13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fine-porous protective layer ( 4.2 ) is a cellulose membrane. 14. Verfahren zur Extraktion elektrisch geladenener Moleküle unter Einsatz einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Probe in den Probenfüllraum (2.1) des Behälters (2) einbringt, gegebenenfalls einen geeigneten Puffer zugibt, zwischen den Elektroden (1.1) und (4.1) ein elektrisches Feld erzeugt und die Moleküle so in dem Behälter (4) konzentriert. 14. A method for the extraction of electrically charged molecules using a device according to one of claims 1 to 13, characterized in that a sample is introduced into the sample filling space ( 2.1 ) of the container ( 2 ), optionally adding a suitable buffer, between the electrodes ( 1.1 ) and ( 4.1 ) generates an electric field and the molecules are concentrated in the container ( 4 ). 15. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Extraktion elektrisch geladenener Moleküle, die ausgewählt sind unter a) elektrisch geladenen Makromolekülen, insbesondere 1. Biopolymeren wie DNA, RNA, PNA, (als Einzelstränge, Duplexe, Triplex-Strukturen oder Kombinationen hiervon), oder Proteinen (z. B. Antikörper, Antigene, Rezeptoren); 2. Kunststoffen mit polaren Gruppen, wie beispielsweise Polyamine, b) niedermolekularen Verbindungen, wie Saccharide, Nukleotide, Peptide, und Derivate der kombinatorischen Chemie (z. B. geladene organische Moleküle), Vitamine, oder chemische Kampfstoffe, z. B. Senfgas, Sarm, Soman, Tabun, oder VX, c) Metallen sowie metallorganischen Verbindungen wie z. B. Zinnorganischen Verbindungen. aus Proben, insbesondere aus Staub-, Luft-, Boden-, Wasser-, Lebensmittel-, oder medizinischen Proben, vorzugsweise aus Proben, die ausgewählt sind unter Blut-, Serum-, Sputum-, Sperma-, Liquor, Stuhl-, oder Urinproben sowie aus Proben von Trachealsekret, Bronchiallavage, oder Bronchoalveolärelavage. 15. Use of a device according to one of claims 1 to 13 for the extraction of electrically charged molecules, which are selected from a) electrically charged macromolecules, in particular 1. Biopolymers such as DNA, RNA, PNA (as single strands, duplexes, triplex structures or combinations thereof), or proteins (e.g. antibodies, antigens, receptors); 2. plastics with polar groups, such as polyamines, b) low molecular weight compounds, such as saccharides, nucleotides, peptides, and derivatives of combinatorial chemistry (e.g. charged organic molecules), vitamins, or chemical warfare agents, e.g. B. mustard gas, Sarm, Soman, Tabun, or VX, c) metals and organometallic compounds such. B. Organotin compounds. from samples, in particular from dust, air, soil, water, food or medical samples, preferably from samples which are selected from blood, serum, sputum, sperm, liquor, stool, or Urine samples as well as from samples of tracheal secretion, bronchial lavage, or bronchoalveolar lavage. 16. Verwendung einer einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auf dem Gebiet des Umweltschutzes, der Toxikologie, der Diagnostik bei Menschen, Pflanzen oder Tieren, der Lebensmittel- und Trinkwasseruntersuchung, der Qualitätskontrolle von Rohstoffen, Zwischenprodukten und Endprodukten der pharmazeutischen, kosmetischen und der Lebensmittelindustrie sowie der Abwehr terroristischer Angriffe mit biologischen oder chemischen Kampfmitteln. 16. Use of a device according to one of claims 1 to 13 in the field of environmental protection, toxicology, diagnostics People, plants or animals, the food and Drinking water analysis, quality control of raw materials, intermediate products and Final products of pharmaceutical, cosmetic and Food industry as well as countering terrorist attacks with biological or chemical weapons.
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