DE2101885C - Vorrichtung zur elektrophoretischen Trennung - Google Patents

Description

Dtu Hrllnduiig bet rl ITt eine Vorrichtung zur elektrophorutisehen Ί rciiimng, mit einer die /u trennendun Substanzen enthaltenden SUuIu, mil um oberen und unteren Ende der SiIuIe ungeordneten Elektroden und mit einem am unteren Ende der Siiule ungeordneten Auslaß für diu gelreniUen Substun/un.

Insbesondere betrilTt die Erfindung eine Vorrichtung zur Elution (Spülung, Auswaschung) der Substanzen, diu von einem an diu SiIuIe angelegten elektrischen Feld getrennt worden sind.

Bei einer Vorrichtung der obengenannten Bauart erreichen die getrennten Substanzen den Boden der Siiule schichtweise. Es ist wichtig, daß die Hlulion der getrennten Substanzen in der Weise durchgerührt wird, daß sich die getrennten Schichten nicht miteinander vermischen. Eine solche Elution hat sich jedoch bei Verwendung der herkömmlichen Vorrichtungen als sehr schwierig erwiesen, insbesondere dann, wenn die Säule mit einem Gel gefüllt ist, in dem die Flüssigkeitsströmung gering oder überhaupt nicht ao vorhanden ist. Bei solchen Säulen werden die getrennten Substanzen gewöhnlich mittels einer spe/icllen Elutionsllüssigkeit oder durch den in der unteren Elcktrodenkammcr vorhandenen Elektrolyt ausgewaschen (to clute). Um eine vollständige Elution zu erreichen, ist es jedoch wichtig, daß die Elutions-Ilüssigkeit den gesamten Querschnitt der Säule überstreicht. Um dies zu erreichen, wurde die Elutionsllüssigkeit durch eine Reihe von über den Umfang der Säule verteilten Einlassen zugeführt, so daß die Elutionsllüssigkeit radial nach innen in eine sogenannte Elutionskammer Hießt, die in der Mitte der Säule mit einem Auslaß versehen ist. Die Ergebnisse der Elution waren jedoch nicht ganz zufriedenstellend, und insbesondere am Außenrand der Säule war die Elution unvollständig. Die Radialstrünumg bringt ferner die Gefahr mit sich, daß sich die getrennten Substanzen am Boden der Elutionskammer sammeln. Bei gewissen Anwendungsfällen, beispielsweise, wenn Proteine getrennt werden, kann eine -in solche Ansammlung eine Zersetzung der Substanzen zur Folge haben.

Durch die Erfindung soll daher eine Vorrichtung zur elektrophoretischen Trennung geschalten werden, bei der eine vollständige Elution der getrennten Substanzen über dem gesamten Querschnitt der Säule erreicht wird. Dies wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Untcranspriichen angegeben.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß sie in einfacher Weise abgewandelt werden kann, so daß sie für verschiedene Verfahren der elektrophoretischen Trennung verwendbar ist.

Bei der crfiudungsgemäUen Vorrichtung dient der Elektrolyt als Hlutionsflüssigkeit. Der Elektrolyt Hießt nach oben durch die Eleklrodenkammer, die gesamte Oberfläche der porösen Membran und die Elulionskammer zum Elutionsauslaß, der in der Mitte der Elutionskammer angeordnet ist, wobei die Radialgeschwindigkeit der Strömung vom Außenrand zum Elutionsauslaß zunimmt. Die Strömung in der Elutionskammer ist somit radial nach innen und axial nach oben gerichtet, wodurch verhindert wird, daß sich die getrennten Substanzen in der porösen Membran ansammeln, die ikn Boden der Elutionskammer bildet. Insbesondere wenn das untere linde der Elutionskammer einen größeren Durchmesser als du» obere Ende hut, Überstreicht die Eluttonsli Issigkeit den gesamten Querschnitt der SUuIe einschließlich deren Außenrund. Der Durchmesser des unteren Endes der Elutionskummer ist vorzugsweise um «5 bis 20'¹Ai größer als der Durchmesser des oberen Endes.

An Hand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausfllhrungsformen der Erfindung nUlicr erlliutert. Es zeigt

Fig. I einen Querschnitt durch eine erfindungsgemliße Vorrichtung mit einer Elutionskammer, die für den Fall gedacht ist, daß die Siiule ein Gel cnt-IUiIl,

Fig. 2 eine Detuilansicht der in Fig. I gezeigten Vorrichtung in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine etwas andere Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, mit einer Elutionskammer, die für den Fall gedacht ist, daß die Siiule ein Pulver enthält,

Fig. 4 eine Detailansicht der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung in vergrößertem Maßstab,

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der in F i g. I gezeigten Vorrichtung, mit einer Elutionskammer, die für den Fall gedacht ist, daß die Säule eine Flüssigkeit mit einem Dichtegradienlen enthält,

Fig.fi eine Detailansicht der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung in vergrößertem Maßstab.

Am unteren Ende einer Säule 1 (Fig. I) sind drei Bauteile la, Ib und Ic vorgesehen, die durch .Schrauben 3 miteinander verbunden sind. In dem Bauteil 2 b ist eine Elektrodenkammer 4 angeordnet. Die Elektrodenkammer 4 ist mit einer kreisförmigen Elektrode 7 versehen, die über eine Leitung 8 mit einer Stromquelle verbunden ist. Der Elektrodcnka..„mer kann durch einen Einlaß 6 ein Elektrolyt zugeführt werden, und die Elektrodenkammer wird durch einen Auslaß 5 entleert. Die Elektrodenkammer 4 enthält ferner eine vertikale Trennwand 27, über deren oberen Rand der Elektrolyt strömt. Durch diese Trennwand wird eine gute Zirkulation in der Elektrodenkammer erreicht.

Ein Flansch 9 des Bauteils 2c bildet einen Sitz für die untere Stirnlläche der Säule 1, wobei die Säule an dem Flansch anliegt, wenn sie in das Bauteil eingesetzt ist. Der innere Durchmesser des Flansches 9 ist im wesentlichen gleich dem inneren Durchmesser der Säule 1, und dieser Durchmesser ist kleiner als der Durchmesser der Elektrodenkammer 4. Dei Flansch 9 ist mit einem Kanal 10 versehen, der mil einem Rohr Il in Verbindung steht.

Durch den Boden des Bauteils 2 Λ erstreckt sich ein Rohr 12, dessen oberes Ende mit einem in dei Elektrodenkammer angeordneten Kopf 13 verseher ist. Der Kopf 13 wird durch eine Mutter 14 fixiert Ein dünneres Rohr 15 kann vom oberen Ende de: Rohres 12 eingesetzt werden. Das Rohr 15 ist mi einem Flansch 16 versehen, der an der Oberseite de: Kopfes 13 anliegt. Das Rohr 15 wird durch eini Hülse (nicht gezeigt) festgehalten.

Die Betriebsweise der in den F i g. 1 und 2 ge zeigten Vorrichtung ist wie folgt: Das Bauteil 2 b is mit einem Ring 17 versehen, dessen Innendurch messer gleich dem Durchmesser der Elektroden kammer 4 ist. Auf dem Ring 17 ist eine poröse Mem bran (beispielsweise eine Zelluloseazetat-Membran angeordnet. Das Rohr 15 wird dann durch eine mitl lere Bohrung der porösen Membran eingesetzt un

uehnltert. Indem der mittlere Teil der porösen Membran zwischen dem Flansch 16 und dem Kopf 13 festgeklemmt wird. Dus Bauteil 2c wird dünn nur dus Hauteil lh unbesetzt, und eine poröse Membran 19 (beispielsweise eine Zelluloseazetat Membran) wird S auf dem Flansch 9 angebracht. Die SlUiIe 1, die ein Gel enthüll, wird dann durch ein Gewinde 1« an dem Bauteil 2« befestigt. Die Membran 19 trügt dann die GcI-SiUiIe. Ein Q-Ring 26 dichtet die SlUiIe 1 gegen das Bauteil Iv ab. Die Elektrodenkummer 4 wird durch den Einlaß 6 mit einem Elektrolyten gelullt. Der Elektrolyt fließt durch die poröse Membran IK nach oben und füllt die Elutionskammer 20, die zwischen den Membranen IK und 19 gebildet ist. Die in der Elulionskammer 20 enthaltene Luft entweicht durch den Kanal 10 und das Rohr U, das dann mittels eines Ventils (nicht gezeigt) verschlossen wird. An die untere Elektrode 7 und die obere Elektrode (nicht gezeigt) wird dann eine elektrische Spannung angelegt, wodurch der Trennvorgang eingeleitet wird.

Die Elektrodenkammer 4 wird einem etwas größereu Druck als die Elutionskammer 20 ausgesetzt, entweder dadurch, daß der in der Elektrodenkammer umlaufende Elektrolyt mit Druck beaufschlagt wird, oder dadurch, daß das untere Ende des Rohres 15 an eine Vakuumpumpe angeschlossen wird, die in der Elutionskammer 20 einen Unterdruck aufrechterhält. Auf Grund der Druckdifferenz Hießt der Elektrolyt von der Elektrodenkammer 4 durch die Membran 18 in die Elutionskammer 20 (wie durch die Pfeile angedeutet), d. h. in der Elulionskammer nach oben und radial nach innen zum oberen Ende des als Auslaßkanal dienenden Rohres 15, und die r-hitionsflüssigkeit verläßt dann die Vorrichtung durch das Rohr 15. Die Radialströmung in der Hlutionskammer bewirkt eine vollständige Elution über der gesamten Fläche der porösen Membran 19, und die getrennten Substanzen, die die Elutionskammer 20 aus der Säule I schichtweise erreichen, werden durch den Auslaßkanal 15 vollständig und einwandfrei eluiert.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung. Das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführiingsbeispiel kann insbesondere dann verwendet werden, wenn die Säule ein Pulver enthält. Entsprechende Teile wurden mit den gleichen Be-/ugszcichen wie in den Fig. 1 und 2 versehen. Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ring 17 ist durch einen Ring 22 ersetzt worden, der einen Innenabschnitt 22 α aufweist. Die Oberseite des Innenabschnitts 22« liegt an der Unterseite des Flansches 9 an, und die Innenfläche des Innenabschnitts 22a hat den gleichen Durchmesser wie der Flansch 9. Der Innenabschnitt 22a verschließt den Kanal 10. Der Innenabschnitt 22 a des Rings 22 ist mit einer semipermeablcn Membran 21, vorzugsweise einer Dialysemembran, versehen, deren Mittelabschnitt — in der gleichen Weise wie in Fi g. I — am Kopf 13 befestigt ist. Da der Ring 22 sich weiter nach oben als der Ring 17 in den Fig. 1, 2 erstreckt, ist die Höhe der Elutionskammer20 kleiner als im Fall der Fig. 1, 2. Der Kopf 13 ist durch einen Distanzring 23, der unter dem Kopf 13 sitzt, entsprechend angehoben. Während der elektrophoretischen Trennung gelangt kein Elektrolyt von der Elektrodenkammer 4 durch die Membran 21 nach oben in die Elutionskammer 20; die Elution der verschiedenen Schichten der getrennten Substanzen erfolgt jedoch mit Hilfe der Flüssigkeit, die von der SlIuIe 1 durch die poröse. Membrun 19 und die Blutionskummer 20 zum Auslaßkanal 15 strömt,

Die Flg. S und 6 zeigen eine weitere AiiKfUhruugsform der Erfindung, die insbesondere in Verbindung mit einer SUuIe verwendbar 1st, die eine Flüssigkeit mit einem Dichtegradienten enthalt. Die enlsprechenden Teile wurden mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren verschen. Hei dem in den Fig. 5, 6 gezeigten Ausführiingsbeispiel wird der gleiche Ring 17 wie in Fig. I verwendet. An diesem Ring ist eine semipermeable Dialysemembran 24 befestigt, deren mittlerer Abschnitt — wie oben beschrieben — am Kopf 13 befestigt ist. Der Auslaßkanal ist durch ein Rohr 25 nach oben verlängert, das im oberen Teil des Rohres 15 eine Länge von I bis 2 cm besitzt. Die Membran 19 der F i g. 1 bis 4 ist bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 5, 6 nicht vorhanden. Während des elektrophoretischen Trennvorganges ist die Säule 1 mit einer Lösung gefüllt, die einen Dichtegiadientcn besitzt, die Dichte nimmt in der Säule nach unten zu. Eine Lösung, deren Dichte größer als die Dichte der in der Säule enthaltenen Lösung maximaler Konzentration ist, wird dem Boden der Säule durch das Rohr U und den Kanal 10 zugeführt. Das untere linde des Rohres 15 ist an einer Saugpumpe angeschlossen, die Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit absaugt, die fünf- bis zehnmal größer als die Geschwindigkeit ist, mit der die Flüssigkeit durch den Kanal 10 zugeführt wird. Als Folge hiervon bildet sich am oberen Ende des Rohres 25 eine horizontale Flüssigkeilsschicht, wobei die Flüssigkeit von der Säule in dieser Schicht mit der von unten zugeführten schwereren Flüssigkeit in Berührung gelangt. In der stabilen FRWsigkeitsschicht strömt die Flüssigkeit radial nach innen und verläßt die Vorrichtung durch die Rohre 25 und 15, wobei sie die getrennten Schichten der verschiedenen Substanzen mitnimmt.

Die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Vorrichtung kann verwendet werden, wenn die Elution in einem elektrischen Feld stattfindet. Eine Elution von Dichtegradienten ohne elektrisches Feld kann ausgefüllt t werden, wenn der Elektrolyt aus der Elektrodenkammer entfernt ist.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   I. Vorrichtung zur elektrophoretischen Trennung, mit einer die zu trennenden Substanzen enthaltenden Säule, mit am oberen und unteren Ende der Säule angeordneten Elektroden und mit einem am unteren Ende der Säule angeordneten Auslaß für die getrennten Substanzen, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende der Säule eine Elektrodenkammer (4) gebildet ist, die die untere Elektrode (7) enthält und mit einem Einlaß (6) und einem Auslaß (5) für einen Elektrolyten versehen ist, daß oberhalb der F.lektroderikammer eine Elutionskaminer (20) angeordnet ist, die von der Elektrodenkammer durch eine poröse Membran (18) getrennt und deren Mitte mit dem Elutionsauslaß (15) verbunden ist, und daß das obere Ende der Elutionskammer

   (20) im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Säule (1) oberhalb der Elutionskammer aufweist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Membran (18) begrenzte untere Ende der Elutionskammer einen größeren Durchmesser als das obere Ende der Elutionskammer aufv/eist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte der Elckirodenkammer ein rohrförmiger Kopf (17) angeordnet ist, daß sich ein mit einem Flansch (16) versehenes Rohr (15) durch eine mittlere Bohrung der Membran (18) und durch den rohrförmigen Kopf (13) erstreckt, derart, daß der mittlere Teil der Membran (18) zwischen dem Flansch (16) und dem Kopf (13) eingeklemmt ist, und daß das Rohr (15) den Elutionsauslaß der Elutionskammer bildet.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge-

   kennzeichnet, daß die untere Elektrode (17) als Ring ausgebildet ist, der sich um den Kopf (13) erstreckt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des oberen Teils der Elulionskammer (20) mil einem radial nach innen verlaufenden Flansch (9) verseilen ist, dessen Oberseite einen Sitz für das untere Ende der Säule (1) bildet.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 -oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand dei Elutionskammer ein Entlüflungskanal (10) angeordnet ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der obere Teil der Wand de Elektrodenkammer (4) von einem auswechselte befestigten Ring (17) gebildet ist, der durch einci Ring (22) ersetzbar ist, der an der Unterseil) des Flansches (9) anliegt und den gleichen Innen durchmesser wie der Flansch aufweist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen