DE1289825C2 - Elektrophoretische Vorrichtung - Google Patents

Description

Durch die Veröffentlichung von Hannig in »Hoppe—Seylers Zeitschrift für physiologische Chemie«, 1964, S. 21 Iff., ist eine kontinuierlich und trägerfrei arbeitende elektrophoretische Vorrichtung bekanntgeworden, bei der ein Paar im wesentlichen flacher vertikaler Platten aus elektrisch isolierendem Material durch Abstandhalter im Abstand voneinander gehalten ist. Es ist eine Einrichtung zum Ein- führen eines Elektrolyten in den Zwischenraum zwischen den Platten und darunter ein Probeneinlaßrohr und zum Abführen des laminar den Raum zwischen den Platten durchströmenden Elektrolyten eine Abführeinrichtung mit einer Mehrzahl Ausgangen vorgesehen. Ferner ist eine Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Potentialgradienten an den in dem Zwischenraum zwischen den Platten befindlichen Elektrolyten unter einem Winkel zur Eiektrolytenströmungsrichtung vorgesehen.

Ein älterer Vorschlag der Schutzrechtsinhaberin sieht ferner vor, ein En'nahmerohr für eine Komponente der eingeführten Probe aus dem Zwischenraum stromabwärts des Probeneinlaßrohres anzuordnen.

Die Erfindung löst bei einer derartigen Anordnung die Aufgabe, ein bestimmtes auswählbares Komponcr*ienband in das Probenauslaßrohr hineinzudirigieren, ohne übermäßig die Konstantheit und Gleich förmigkeit der laminaren Strömung des sich bewegenden FlüssigkeitsfiV.nes zwischen den Platten zu stören. Die Erfindung eignet sich auch zur Anwendung bei elektrophonischen Anordnungen, bei denen Probenkomponenten mittels eines Abtasiverfahrens entfernt werden, bei dem es sich beispielsweise darum handelt, eine vermutete Komponente in einer Komponentengruppe festzustellen.

Eine kontinuierlich und trägerfrei arbeitende elektrophoretische Vorrichtung, bestehend aus einem Paar im wesentlichen flacher und durch Abstandhalter zwischen den Flachseiten der Platten im Abstand voneinander gehaltener vertikaler Platten mit einer Einrichtung zum Einführen des Elektrolyten in den Raum zwischen den Platten und einem darunter angeordneten Probeneinlaßrohr zum Injizieren der in ihre Komponenten zu zerlegenden Proben in den Zwischenraum zwischen den Platten und einem Entnahmerohr für eine Komponente der eingeführten Probe aus dem Zwischenraum stromabwärts tk-Probeneinlaßrohres und einer eine Mehrzahl Ausgänge aufweisenden Einrichtung zum Abführen du laminar den Raum zwischen den Platten durcnströmenden Elektiolyten, bei der eine Einrichtuiu· zum Anlegen eines elektrischen Potentia'gradienun 2". den in "diesem Zwischenraum befindlichen Elektrolyten unter einem Winkel zu dessen Strömung; richtung vorgesehen ist, kennzeichnet sich gemäß ck: Erfindung dadurch, daß die abwärts des Proben einiaßrohres Eingänge aufweisende Elektrolytenabiuhreinrichtung eine Mehrzahl je für sich einstellbarer Ausgänge aufweist.

Dadurch, daß die Elektrolytenabführverhältnisv. an den verschiedenen für sich einstellbaren Ausgän gen der Elektrolytenabführvc-richtung steuerb: ■·■ sind, wird eine Beeinflussung der Strömungsverhäi; nisse des Elektrolyten durch den Plattenzwischer,· raum in solcher Weise erreicht, daß die Entnahm einer jeden beliebigen ausgewählten Probenkomponente an der Abführstelle für die Probenkomponente möglich ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Einrichtung für die Abführung der, Elektrolyten aus dem Zwischenraum eine veränderliche Ventileinrichtung aufweist, die mit jedem Ausgang verbunden ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung steht vor, daß die Einrichtung für die Abführung des Elektrolyten aus dem Zwischenraum mit den Ausgängen verbundene Behälter aufweist, deren Höhe einzeln einstellbar ist.

Durch die Erfindung wird der Fortschritt erreicht, daß die Ausrichtung des gewünschten Komponentenbandes auf das Probenauslaßrohr sich unabhängig von der Wahl der zur Anwendung gebrachten Gesamtströmungsgeschwindigkeit des Elektrolyten und des angelegten Ablenkfeldes, die für die Auffächerung der eingeführten Probenströmung sind, treffen läßt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Frontansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

F i g. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 4,

Fig. 4 eine Frontansicht einer alternativen Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist eine erste Ausführungsform einer elektrophoretischen Vorrichtung mit kon- tinuierlichem Betrieb gemäß der Erfindung dargestellt Zwei flache Platten 10 und 12, die in geeigneter Weise durch nicht dargestellte Mittel unterstützf sind, werden im wesentlichen mit ihren Flacliseiten parallel zueinander gehalten und von einer Einsatz- m dichtung bzw. einem Abstandsstück 14 getrennt, das sanciwichartig zwischen den Platten eingeschaltet ist Die Platten 10 und 12 können aus Glas bestehen^ obwohl auch andere Materialien geeignet sind. Das Abstandsstück 14 ist vorzugsweise aus mikroporösem Membranmaterial hergestellt Derartige Materialien liefern eine Trennung von etwa 0,1 mm zwischen den Platten iO und 12. Die Platte 10 ist etwas breiter als die Platte 12, so daß das Abstandsstück 12 sich etwas nach außen über die Ränder der Platte 12 hinaus erstrecken kann. Der Zweck dieser Mrünahme wird weiter unten beschrieben.

Der Abstandhalter 14 besitzt eine zentral angeordnete Öffnung, die zwischen den Platten 10 und 12 einen Zwischenraum 16 bildet, der als Leitung für as der. fließenden Elektrolyten dient. In der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform besitzt c~-τ obere Abschnitt des Zwischenraumes 16 die Γ·.ί-_:-η eines umgedrehten großen Buchstabens V mit chum Scheitel 18. Der Zwischenabschnitt des Zwise-.enraumes hat sich nach unten im wesentlichen p: -.ViIeI zueinander erstreckende Seiten. Der Boden- v.\ vhnitt des Zwischenraumes ist W-förmig und allgc. :in mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Der V/ 'örmige Abschnitt 20 besitzt zwei äußere untere L: den 22 und 24.

In dem Zwischenraum 16 wird der Elektrolyt c.:r.h eire Einlaßöffnung 26 eingebracht, die am Ss-'-.eitel 18 des umgekehrten V angeordnet ist, und ζ·λογ durch ein Rohrelement 28, das durch die Platte U unterstützt ist. Der Elektrolyt fächert sich von dem Scheitel 18 aus aus und fließt in parallelen Linien nach unten in den rechteckförmigen Zwischenfibschnitt des Zwischenraumes 16. In dem Roh»· 28 w ein Ventil 29 vorgesehen, um die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten in den Zwischenraum 16 zu steuere. Alternativ können zu diesem Zweck nicht dargestellte Vorratsbehälter mit konstantem Niveau oder konstantem Druck vorgesehen sein. Sobald die Strömungslinien den W-förmigen Bodenabschnitt des Zwischenraumes 16 erreichen, konvergieren sie in Richtung zu den beiden unteren äußeren Enden 22 und 24. Der Elektrolytfilm wird durch öffnungen 30 und 32 und zugehörige Abführröhren 34 und 36 abgelassen oder abgezogen. Indem man den strömenden Elektrolytfilm an einem einzigen Punkt einführt, wird eine gleichförmige laminare Strömung erhalten. Der W-förmige Abstandhalter am Boden des Zwischenraumes 16 ermöglicht eine Teilung der Strömung unter Beibehaltung der laminaren Strömungsbedingungen. Falls erwünscht, können mehr als zwei Abführpunkte verwendet werden, indem jede beliebige Zahl von V-förmigen Abschnitten quer längs des Bodenabschnittes des Zwischenraumes 16 vorgesehen wird.

Quer zu dem inn^-halb des Zwischenraumes 16 fließenden Elektrolytfilm kann ein elektrischer Potentialgradient angelegt werden. In der dargestellten Ausführungsform kann dieser über den mikroporösen Abstandhalter 14 angelegt werden, der während des Betriebs der Vorrichtung vollständig mit Elektrolyt gesättigt wird. Der Abstandhalter 14 bildet so eine elektrolytische Brücke, so daß eine an ein Elektrodenpaar 38 und 40 angelegte Gleichspannung einen Potentialgradienten quer zum Zwischenraum 16 ergibt. Die Elektroden 38 und 40 sind zwischen den nach außen vorstehenden Abschnitten des Abstandhalters 14 und einem Paar von Filterpapisrstreifen 42 und 44 montiert. Dieser Teil der Vorrichtung, der nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört, wird mehr im einzelnen in der parallellaufenden deutschen Patentanmeldung gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 1 598 113, offengelegt am 1. Oktober 1970, desselben Erfinders behandelt.

Eine zu fraktionierende Probe wird in den Zwischenraum 16 durch eine schmale öffnung 46 über ein von der Platte 12 untersetztes Probeneinlaßi-ohr 48 eingeführt oder injiziert. Eine Pumpe oder eine gravitatorisch arbeitende Strömungseinrichtung (nicht dargestellt) führt die Probe unter gleichförmigem Druck und gleichförmiger Strömungsgeschwindigkeit ζ; Die interessierende Probenkomponente kann an einem Punkt stromabwärts des Ortes der Probeninjektion entfernt werden, z. B. durch ein Loch 50 und eine von der Platte 12 unterstützte Fraktionsentfernungsröhre 52.

Nun wird eine Einrichtung zum seitlichen Verschieben des strömenden Elektrolytfilmes beschrieben. Allgemein wird dies gemäß der Erfindung durch Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des den Zwischenraum verlassenden Elektrolyten an einer Mehrzahl von Punkten vorgenommen.

Die Ausführungsform der F i g. 2 und 3 gibt hierzu einen Weg an. Die Abführrohre 34 und 36 sind jeweils mit einstellbaren öffnungen oder Ventilen 54 und 56 verseben, die individuell so einstellbar sind, daß mehr oder weniger Elektrolyt von einer Seite oder der anderen Seite des fließenden Filmes abgelassen wird. Die Wirkung besteht dabei darin, daß die Strömungslinien des Filmes in Richtung zu den Abführöffnungen verschoben werden, die den geringsten Strömungswiderstand bieten. Um die Strömungsgeschwindigkeit des totalen Elektrolytvolumens auf einem konstanten Niveau zu halten, kann man die Ventile 54 und 56 differentiell betreiben.

Die Arbeitsweise der Ausführungsform der F i g. und 3 ist folgendermaßen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten, der in das Einlaßrohr des Elektrolyten eintritt, wird durch Einstellung des Ventils 29 auf ein gewünschtes Niveau eingestellt. Quer zum Zwischenraum 16 wird ein elektrischer Potentialgradient angelegt, in dem eine nicht dargestellte, mit den Elektroden 38 und 40 verbundene Spannungsquelle eingeschaltet wird. Dann wird mit kontinuierlicher Probeninjizierung über das Einlaßrohr 48 und die öffnung 46 begonnen. Wenn die Probe durch den fließenden Elektrolytfilm in Richtung zum Boden des Zwischenraums mitgenommen bzw. geschwemmt wird, tritt elektrophoretische Trennung auf, und es bildet sich eine Mehrzahl von Zonen oder Bändern in einem fächerartigen Muster, z. B. gemäß den Bändern a, b, c und rf in Fig. 2. Der Weg eines bestimmten Teilchenbandes wird durch eine Anzahl von Faktoren einschließlich der elektrophoretischen Beweglichkeit der Teilchen, der

elektrischen Feldstärke und der Länge der Zeit, in der die Teilchen im Feld verbleiben, bestimmt. Wenn die anderen Faktoren konstant bleiben, werden Teilchen ähnlicher elektrophoretischer Beweglichkeit in einem einzigen Band konzentriert.

Wenn man die Ventile 54 und 56 entweder einzeln oder kombiniert einstellt, kann die Abströmgeschwindigkeit des Elektrolytfilms asymmetrisch bezüglich einer vertikalen zentralen Linie gemacht werden, die sich längs des Zwischenraumes 16 erstreckt. Diese Filmverschiebung, entweder nach links oder nach rechts, bewirkt eine korrespondierende seitliche Verschiebung der Bänder. Man erkennt, daß durch entsprechende Einstellung der Abführventile 54 und 56 jedes bestimmte Band, beispielsweise das Band c in Fig. 2, in eine Registerbeziehung mit dem Entfernungsloch 50 für eine Probenkomponente gebracht werden kann und daß dadurch diese Komponente unter Ausschluß aller anderer Bänder entfernt werden kann.

Um das ganze Teilchenspektrum abzutasten, können die Einstellungswerte der Ventile 54 und 56 kontinuierlich variiert werden. Auf diese Weise kann von allen Bändern eine kontinuierliche Probenentnahme von einem äußeren Ende des Spektrums bis zum anderen vorgenommen werden.

F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein alternativer Weg zum Verschieben des Elektrolytfilms verwendet wird. Der Elektrolyt tritt durch ein Paar flexibler Abführrohre 70 und 72 in zwei Elektrolytbehälter 74 und 76 aus. Das Niveau des Elektrolyten in jedem Behälter wird mittels einer geeigneten, nicht dargestellten Saugpumpe konstant gehalten, die mit einem Saugrohrpaar 78 und 80 verbunden ist. Die Behälter können einzeln gehoben und gesenkt werden, und dabei wird eine Steuerung der Druckhöhe längs des fließenden Elektrölytfilms erreicht. Eine Erhöhung des Niveaus eines bestimmten Behälters verringert die Strömungsgeschwindigkeit zu diesem Behälter; eine Niederführung des Reservoirs hat den umgekehrten Effekt. Um eine im wesentlichen konstante Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten zu erhalten, kann man ein Reservoir um denselben Betrag anheben, um den man das andere erniedrigt. Zum Abnehmen einer Probenkomponente ist ein Entnahmerohr 82 vorgesehen, um wie im ersten Ausführungsbeispiel ein bestimmtes Teilchenband zu entfernen. Um eine Störung des Elektrolytflusses im Zwischenraum Ii

ao minimal zu halten, erfolgt die Entnahme im Rohr 82 vorzugsweise auf einem Niveau 84, das in der Mitte zwischen den Elektrolytspiegeln in den Behältern Ί4 und 76 angeordnet ist. Dieses Entnahmeniveau kann jedoch in Abhängigkeit von den relativen Strömungs-

*S widerstLnden der Rohre 70, 72 und 82 variiert werden. Das ganze Teilchenspektrum kann durch kontinuierliche Variation der Niveaus der Behälter 74 und 76 abgetastet werden. Während dann der Behälter 74 angehoben wird, wird der Behälter 76 erniedrigt un.fi

umgekehrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kontinuierlich und trägerfrei arbeitende elektrophoretische Vorrichtung, bestehend aus einem Paar im wesentlichen flacher und durch Abstandhalter zwischen den Flachseiten der Platten im Abstand voneinander gehaltener vertikaler Pia' η mit einer Einrichtung zum Einführen des Elektrolyten in den Raum zwischen den Platten und einem darunter angeordneten Probeneinlaßrohr zum Injizieren der in ihre Komponenten zu zerlegenden Proben in den Zwischenraum zwischen den Platten und einem Entnahmerohr für eir.e Komponente der eingeführten Probe aus dem Zwischenraum stromabwärts des Probeneinlabrohres und einer eine Mehrzahl Au gänge aufweisenden Einrichtung zum Abführen des laminar den Raum zwischen den Platten durchströmenden Elektrolyten, bei der eine Einrichtung zum Anlegen eines elekirischen Potentialgradienten an den in diesem Zwischenraum befindlichen Elektrolyten unter einem Winkel zu dessen Stiömungsrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die abwärts des Probeneinlaßrohres (46, 48) Eingänge aufweisende Elektrolytenabführeinrichtung eine Mehrzahl je für sich einstellbarer Ausgänge (22, 24; 70, 72) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (34, 36) für die Abführung des Elektrolyten aus dem Zwischenraum (16) eine veränderliche Ventileinrichtung (54, 56) aufweist, die mit jedem Ausgang (22, 24) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Abführung des Elektrolyten aus dem Zwischenraum (16) mit den Ausgängen (70, 72) verbundene Behälter (74, 76) aufweist, deren Höhe einzeln einstellbar ist.