DE2141245C3

DE2141245C3 - Apparatus for carrying out carrier-free continuous electrophoresis and / or magnetophoresis and a method for using this apparatus

Info

Publication number: DE2141245C3
Application number: DE19712141245
Authority: DE
Inventors: Kurt Prof. Dr. 8000 Muenchen Hannig
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1971-08-17
Filing date: 1971-08-17
Publication date: 1981-01-22
Also published as: DE2141245B2; DE2141245A1

Description

1/ =1 / =

ν — Wanderungsgeschwindigkeit in cm/sec
H = Feldstärke in Volt/cm ν - migration speed in cm / sec
H = field strength in volts / cm

Setzt man nach dem Ohm'schen Gesetz fürIf, according to Ohm's law,

TJ _ TJ _

q ■q ■

/ = Stromstärke (Amp.)/ = Current strength (amp.)

q = Querschnitt der Elektrophoresekammer (cm²)
κ = spezifische Leitfähigkeit der Pufferlösung (Ω ') und q = cross section of the electrophoresis chamber (cm ² )
κ = specific conductivity of the buffer solution (Ω ') and

ν = ^(Weg/Zeit)
erhält man ν = ^ (distance / time)
you get

s · cj · y.s · cj · y.

u =u =

t-it-i

oderor

υ = υ =

ti-κti-κ

Diese Gleichungen sind auch für die trägerfreieThese equations are also valid for the carrier-free

1 OA 1 OA

Ablenkungselektrophorese anwendbar. Entsprechend diesem Prinzip wandern die Zonen in einem Winkel zui Pufferlaufrichtung, der sich ergibt ausDeflection electrophoresis applicable. According to this principle, the zones migrate at an angle toi Buffer travel direction, which results from

tg* =tg * =

elektrophoretische Wanderungsgeschwindigkeit ν Strömungsgeschwindigkeit der Pufferlösung vvelectrophoretic migration speed ν flow speed of the buffer solution vv

tg* =tg * =

u ■ ιu ■ ι

q ■ x ■ wq ■ x ■ w

Für die Trennschärfe nach dieser Arbeitsweise gilt dabei folgendes:The following applies to the selectivity according to this working method:

Sie kann definiert werden als das Verhältnis derIt can be defined as the ratio of

Bandbreite der Zonen einheitlicher Komponenten beim Durchwandern der Trennkarnmer zu der quer zur Piifferströmung gerichteten Ablenkung. Während dieBandwidth of the zones of uniform components at Wandering through the separating chamber to the deflection directed transversely to the Piiffer flow. While the

;·, Größe der Ablenkung (ig α) abhängt von der Strö-; ·, The size of the deflection (ig α) depends on the flow

p mungsgeschwindigkeit der Pufferlösung und von derp mation speed of the buffer solution and of the

^T~ Feldstärke, wird die Zonen- oder Bandbreite im ^T ~ field strength, the zone or bandwidth in the

wesentlichen von drei Faktoren bestimmt:essentially determined by three factors:

I) Dem Durchmesser der Probeneingabe an der Injektionsstelle
2) Der reinen ThermodifussionI) The diameter of the sample input at the injection site
2) The pure thermodifussion

3) Den horizontalen und vertikalen Geschwindigkeitsprofilen 3) The horizontal and vertical speed profiles

Davon ist die reine Thermodiffusion meist zu vernachlässigen, insbesondere, wenn die Trennzeiten durch Anwendung hoher Feldstärke und großer Pufferlaufgeschwindigkeiten klein gehalten werden. In erster Näherung gilt für die reine Thermodiffusion die BeziehungOf these, the pure thermal diffusion is mostly negligible, especially when the separation times can be kept small by using high field strength and high buffer running speeds. In For a first approximation, the relationship applies to pure thermal diffusion

D ■D ■

KonstConst

(Longsworth, L G, Am. Soc 74, 4155 [1952]; D= Diffusionskonstante, M= Molekulargewicht Im praktischen Beispiel: Die Verbreiterung der Basisbreite einer Albuminzone (M= 70 000) beträgt in 1 Stunde nur etwa 1 mm.(Longsworth, LG, Am. Soc 74, 4155 [1952]; D = diffusion constant, M = molecular weight In the practical example: The widening of the base width of an albumin zone (M = 70,000) is only about 1 mm in 1 hour.

Der Du^rchmesser oder die Breite der Probeneingabe kann praktisch beliebig klein gehalten werden. Sie hängt weniger ab von der Größe oder der Geometrie der Einspritzdüse als vielmehr von der Injektionsgeschwindigkeit (Dosierrate) im Verhältnis zur Pufferlaufgeschwindigkeit. You are ^r chmesser or the width of the sample input can be kept virtually arbitrarily small. It depends less on the size or the geometry of the injection nozzle and more on the injection speed (dosing rate) in relation to the buffer running speed.

Den wesentlichen Einfluß au' die resultierende Bandbreite einer Zone während des Durchwanderns durch die Trennkammer üben die horizontalen und die vertikalen Geschwindigkeitsprofile aus. Sie sind abhängig 1. von der Art ^.er Kammerwände und ihren Oberflächeneigenschaften und 2. von der Strömungsgeschwindigkeit im Verhältnis zur Dicke der Kammer (Dicke des Pufferfilms) (A. Strickler, Separation Science 2.335 [1967]).The main influence on the resulting Bandwidth of a zone while wandering through the separation chamber practice the horizontal and the vertical speed profiles. They are dependent 1. on the type of chamber walls and their Surface properties and 2. the flow velocity in relation to the thickness of the chamber (thickness of the buffer film) (A. Strickler, Separation Science 2,335 [1967]).

ZuI.ZuI.

Horizontale Geschwindigkeitsprofile können durch elektroosmotische Effekte infolge des Zetapotentials der Kammerwände gegenüber der Pufferlösung aufiri· len. Für die elektroosmotische Strömung v,.„, gilt:Horizontal velocity profiles can be caused by electroosmotic effects due to the zeta potential the walls of the chamber open up towards the buffer solution. For the electroosmotic flow v,. ", The following applies:

^V"" ~ 4 π »ι ^V "" ~ 4 π »ι

D = Dielektrizitätskonstante D = dielectric constant

H = Feldstärke H = field strength

ζ = Zetapotential ζ = zeta potential

ti = Viskositätskoeffizient ti = viscosity coefficient

In geschlossenen Elektrophoresekammern bewirkt diese elektroosmotisch bedingte FlüssigkeitsbewegungIn closed electrophoresis chambers, this causes electroosmotic fluid movement

(5) durch Rückstau an den Begrenzungen der Kammer ίο einen hydrodynamischen Rückfluß aus, der ein Geschwindigkeitsprofil bildet und damit auch die Zonen der getrennten Komponenten verunschärft Bei der kontinuierlichen Arbeitsweise ist allerdings die elektroosmotische Strömung im allgemeinen geringer als die senkrecht zu ihr gerichtete Pufferströmung.(5) by backflow at the boundaries of the chamber ίο a hydrodynamic backflow, which has a speed profile forms and thus also blurs the zones of the separate components. In the continuous mode of operation, however, the electroosmotic Flow generally less than the buffer flow directed perpendicular to it.

Der hydrodynamische Rückfluß wird zum Teil aufgenommen durch die Pufferströraung, und der Effekt der Verunschärfung wird um so geringer je größer das Verhältnis Pufferfilmströmungsgeschv/indigkeil zur elektroosmotischen Strömungsgeschwindigkeit ist. Die Konsequenz ist. möglichst schmale Trennkamrnern mil hohen Durchflußgeschwindigkeiten zur Durchführung des Verfahrens vorzuziehen. Darüber hinaus kann der elektroosmotische Effekt durch Oberflächenüenandlung der Kammerwände in mannigfaltiger Weise beeiniiußt werden. Nach Gleichung (6) wird die elektroosmotische Strömung 0 wenn das Zetapotential 0 wird. ElektrisLh neutrale Oberflächen sind demnach vorteilhaft. Am besten eignet sich dazu z. B. das Silikonisieren von Glasplatten oder Belege aus neutralen Kunststoffen, wie Polystyrene u. ä. Besonders geeignet ist auch das Behandeln von Glasflächen mit Methylcellulose. Eine feine Schicht dieses Materials erhöht gleichzeitig die Viskosität an den Grenzflächen Glas-Pufferlösung innerhalb der sogenannten elektrischen Doppelschicht (Helmholtz-Schich?) und trägt demnach im Sinne der Gleichung (6) auch bezüglich der Erhöhung des Parameters η neben der Erniedrigung des £-Potentials zur Vermeidung einer elektroosmoiischen Strömung bei.The hydrodynamic reflux is partly absorbed by the buffer flow, and the effect of the blurring becomes less the greater the ratio of the buffer film flow rate to the electroosmotic flow rate. The consequence is. As narrow separation chambers as possible with high flow rates are preferred for carrying out the process. In addition, the electroosmotic effect can be influenced in various ways by surface treatment of the chamber walls. According to equation (6), the electroosmotic flow becomes 0 when the zeta potential becomes 0. Electrically neutral surfaces are therefore advantageous. It is best to use z. B. the siliconization of glass plates or covers made of neutral plastics such as polystyrene and the like. The treatment of glass surfaces with methyl cellulose is particularly suitable. A fine layer of this material simultaneously increases the viscosity at the glass-buffer solution interfaces within the so-called electrical double layer (Helmholtz-Schich?) And, in the sense of equation (6), also contributes to the increase in the parameter η in addition to the decrease in the ε-potential to avoid an electroosmotic flow.

Eine weitere Beeinflussung der Bandbreite von Zonen ist durch ein elektrophoretisches ebenfalls horizontal bzw. senkrecht zur Pufferströmung gerichtetes Geschwindigkeitsprofil gegeben. Es wird ausgilöst durch einen nicht vermeidbaren Temperaturgradienten in Richtung Pufferfilmdicke (Abstand der Trennkammerwände). Durch die vom Stromfluß verursachte Joule-'sche Wärmeentwicklung und der Notwendigkeit, diese über die Kammerwände abzuführen stellt sich, je nachdem, ob beide oder nur eine Wand gekühlt wird, ein prabolischer oder ein linearer Temperaturverlauf ein. Im Bereich höherer Temperaturen wandernde Moleküle oder Teilchen weraen elektrophoretisch schneller bewegt, da jedoch in diesen Bereichen auch die Leitfähigkeit erhöht und die Feldstärke demnach erniedrigt ist, wird teilweise eine Kompensation erreicht. Trotzdem begrenzt dieser Effekt die zulässige Trennkammertipfe (Pufferfilmdicke) auch im Hinblick auf die Gefahren der Thermokonvektion. Pufferfilmdikken zwischen 0,5-1.0 mm sind deshalb praktisch als optimal anzusehen.Another influence on the bandwidth of zones is also horizontal by an electrophoretic one or given a velocity profile perpendicular to the buffer flow. It is triggered by an unavoidable temperature gradient in Direction of the buffer film thickness (distance between the separation chamber walls). By the Joule'sche caused by the flow of current Heat generation and the need to dissipate it via the chamber walls arises, depending on the situation depending on whether both or only one wall is cooled prabolic or a linear temperature curve. Molecules migrating in the area of higher temperatures or particles are electrophoretically moved faster, but in these areas also the If the conductivity is increased and the field strength is therefore reduced, compensation is partly used achieved. Nevertheless, this effect limits the permissible separation chamber tips (buffer film thickness) also with regard to this on the dangers of thermal convection. Buffer film thickness between 0.5-1.0 mm are therefore practically optimal.

(6) ZU 2.(6) RE 2.

Die vertikalen Geschwindigkeitsprofile sind nach den bekannten Gesetzen hydrodynamischer laminarer Flüssigkeitsströmung zu bewerten. Die je nach Pufferlaufgeschwindigkeit und Kammerdicke sich ausbildenden Darabolischen Profile brineen es mit sich, daß MoleküleThe vertical velocity profiles are according to the known laws of hydrodynamic laminar fluid flow to rate. Which are formed depending on the buffer speed and the chamber thickness Darabolic profiles involve molecules

oder Teilchen in getrennten Zonen (Banden) eine vom Abstand zu den Begreiizungsflächen der Trennkammer abhängige Verweilzeit im elektrischen Feld aufweisen. Das heißt, eine Verbreiterung der Zöiieri tritt dadurch ein, daß in der Nähe der Wandungen wandernde Teilchen der Zonen elektrophoretisch weiter abgelernt werden können. In der talsächlichen statistischen Verteilung der Teilchen während des Tfennversuchs ist dieser Effekt jedoch nicht so gravierend wie nach den Überlegungen angenommen werden muß. Durch entsprechende Geometrie der Trennkammerausmaße kann man außerdem erreichen, daß sich horizontale und vertikale Geschwindigkeitsprofile bei bestimmten Versuchsbedingungen kompensieren.or particles in separate zones (bands) one at a distance from the boundary surfaces of the separation chamber have a dependent dwell time in the electric field. That is, a broadening of the Zöiieri occurs one that in the vicinity of the walls migrating particles of the zones electrophoretically learned further can be. In the regional statistical distribution of the particles during the separation test is however, this effect is not as serious as after the Considerations must be accepted. Due to the appropriate geometry of the separation chamber dimensions it is also possible to achieve that horizontal and vertical velocity profiles differ under certain test conditions compensate.

Ein weiterer Faktor, der die Trennschärfte beeinflußt. ist die Konstanz der Pufferstromgeschwindigkeit und die Art und Weise, wieweit das elektrische Feld homogen und stabilisiert gehalten werden kann. Wenn die sonstigen Bedingungen bei tleklrophoreseversuchen konstant gehalten werden, nämlich Pufferzusammensetzung, Leitfähigkeit. pH-Wert und die Temperatur· und Strömungsgeschwindigkeit des Pufferfilms ist die Ablenkung tg λ oder die elektrophoretische Beweglichkeit u nach den Gleichungen (J) und (5) nur abhängig von der Größe des Stromflusses. Es ist deshalb im Prinzip gleichgültig, ob der Strom oder die Spannung stabilisiert ist. In der Praxis zeigt sich jedoch, daß es sinnvoller ist, den Strom zu stabilisieren. Es ist leicht einzusehen, daß kleine Änderungen der Temperatur oder der Leitfähigkeit während des Trennversuchs bei Stromstabilisierung kompensiert werden. [Zum Beispiel bei Erhöhung der Temperatur resultiert eine größere Leitfähigkeit, damit erniedrigt sich nach dem Ohm-'schen Gesetz die Spannung bei stabilisiertem Strom. Die Erhöhung der Beweglichkeit mit der Temperatur wird dabei wieder kompensiert durch die geringere Spannung; es gilt Gleichung (3).]Another factor that influences the power of separation. is the constancy of the buffer flow rate and the way in which the electric field can be kept homogeneous and stabilized. If the other conditions are kept constant during the electrophoresis experiments, namely buffer composition, conductivity. The pH value and the temperature and flow velocity of the buffer film is the deflection tg λ or the electrophoretic mobility u according to equations (J) and (5) only dependent on the magnitude of the current flow. It is therefore in principle unimportant whether the current or the voltage is stabilized. In practice, however, it turns out that it makes more sense to stabilize the current. It is easy to see that small changes in temperature or conductivity during the separation attempt are compensated for with current stabilization. [For example, when the temperature is increased, the result is a greater conductivity, so according to Ohm's law, the voltage is reduced when the current is stabilized. The increase in mobility with temperature is again compensated for by the lower voltage; equation (3) applies.]

Dies wäre nicht der Fall, ja sogar das Gegenteil wird erreicht, wenn die Spannung stabilisiert ist. (Zum Beispiel bei Erhöhung der Temperatur herrscht höherer Stromfluß bei gleicher Spannung, keine Kompensation, sondern da«; Gpppntpil ist der Fall \ This would not be the case, in fact the opposite is achieved when the voltage is stabilized. (For example, when the temperature is increased, there is a higher current flow at the same voltage, no compensation, but there «; Gpppntpil is the case \

Aufgrund der geschilderten theoretischen Überlegungen und aus praktischen Erfahrungen bei der Arbeit mit der trägerfreien kontinuierlichen Ablenkungselektrophorese wurde eine entsprechende Trennapparatur entwickelt, die sich auch für die Serienherstellung eignet und leicht auch von wenigen Geübten zu bedienen istBased on the theoretical considerations outlined above and from practical experience working with the carrier-free continuous deflection electrophoresis was a corresponding separation apparatus developed, which is also suitable for series production and is easy to use even by a few experienced

Für die Abführung der im strömenden Pufferfüm entwickelten Joule'schen Wärme wurde dabei das Prinzip der Kühlung durch Peltierelemente gewählt, welches sich wegen der leicht zu beherrschenden Temperaturregelung durch elektrische und elektronische Steuerelemente in anderen Ausführungen (O.S. 1 44 244) bewährt hat Sie kann beidseitig oder einseitig über die planparallel angeordneten Trennkammerwandungen erfolgen. Die Innenflächen der Trennkammer können dabei aus Oberflächenbehandelten Glasplatten bestehen, die über eine Metallplatte in wärmeleitender Verbindung mit den Peltierelementen stehen. An Stelle von Glasscheiben werden wegen der besseren Wärmeleitung auch Quarzscheiben oder Platten aus Beryllium-Oxyd-Keramik mit ihren extrem hohen Wärmedurchgangszahlen verwendet Als günstige Kammerdimension hat sich ein Verhältnis von etwa 5 :1 von Länge zur Breite der wirksamen Trennfläche, bei 0,5— 1,0 mm Dicke, erwiesen. Der in die Trennkammer eintretende Puffer wird zunächst in einer Vorkühlzone. in der noch kein elektrisches Feld angelegt ist, auf eine gewünschte Temperatur vorgekühlt und wird dann im Bereich des elektrischen Feldes ebenfalls auf dieser gewählten Temperatur gehallen; Die Regelung erfolgt dabei über zwei Temperaturfühler im Vorkühlraum und im TrenhbereicruThis was used to dissipate the Joule heat developed in the flowing buffer film Principle of cooling by Peltier elements chosen, which is easy to control because of the Temperature control by electrical and electronic control elements in other versions (O.S. 1 44 244) It can be used on both sides or on one side via the plane-parallel arranged separating chamber walls take place. The inner surfaces of the separation chamber can be made of surface-treated glass plates exist, which are in thermally conductive connection with the Peltier elements via a metal plate. Instead of Because of their better heat conduction, glass panes can also be made of quartz panes or plates made of beryllium oxide ceramic with their extremely high heat transfer coefficients used as a favorable chamber dimension has a ratio of about 5: 1 of length to width of the effective separation surface, at 0.5-1.0 mm Thick, proven. The buffer entering the separation chamber is first placed in a pre-cooling zone. in the still no electric field is applied, pre-cooled to a desired temperature and is then in the area of the electric field also reside at this selected temperature; The regulation takes place via two temperature sensors in the pre-cooling room and in the Trenhbereicru

Weitere Verbesserungen betreffen die Abnahmevorrichtung der Fraktionen und die gleichförmige stoßfreie Förderung des Püfferfiirris. Über did Trehnkafrimerbfeite von beispielsweise 10 cm sind etwa 100 Absaugschläuche im Abstand von etwa I mm angebracht. Bei der mit dieser Trennkammer erreichbaren Zonenbreilen, insbesondere bei Partikeltrennungen (Zellen, Bakterien u. ä.) von weniger als I mm, ergibt sich somit ein Auflösevermogen, welches mit ähnlichen Anordnungen bisher nichl erreicht wird. Elektrophoretische Beweglichkeitsunterschiede von 1% zwischen zwei Komponenten können noch zu ihrer vollständigen Trennung genutzt werden. Diese Genauigkeit erfordert im besonderen Maß die Konstanthaltung aller die Ablenkung betreffenden Parameter. Dabei ist die gleichmäßige Abführung des austretenden Pufferfilms über die etwa 100 Abführschläuche und somit die gleichförmige und konstante Pufferströmung besonders wichtig. Sie erfolgt über eine lOOfach-Schlauchpumpe. die vollkommen stoßfrei arbeitet.Further improvements relate to the device for removing the fractions and the uniform shock-free one Promotion of pepper frost. About did Trehnkafrimerbfeite of 10 cm, for example, about 100 suction hoses are attached at a distance of about 1 mm. at the zone widths that can be achieved with this separation chamber, especially when separating particles (cells, Bacteria and the like) of less than 1 mm, the result is a dissolving power that can be achieved with similar arrangements so far not achieved. Electrophoretic mobility differences of 1% between two Components can still be used to completely separate them. This accuracy requires in particular the keeping constant of all parameters relating to the deflection. Here is the uniform discharge of the emerging buffer film via the approximately 100 discharge hoses and thus the Uniform and constant buffer flow is particularly important. It takes place via a 100-fold peristaltic pump. which works completely bumpless.

An Hand der Zeichnungen wird eine beispielsweise Ausfß.srungsform der Erfindung erläutertAn exemplary embodiment of the invention will be explained with reference to the drawings

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt der Trennkammer;
jo F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt der Trennkammer;Fig. 1 shows a cross section of the separation chamber;
jo F i g. Figure 2 shows a longitudinal section of the separation chamber;

F i g. 3 zeigt die Aufsicht auf die Trennkammer, wobei der linke Teil der Vorderseite weggeschnitten ist;F i g. 3 shows the top view of the separation chamber, wherein the left part of the front is cut away;

F i g. 4 zeigt die Gesamtanordnung der Trennapparatur mit Bedienungstafeln;F i g. 4 shows the overall arrangement of the separation apparatus with control panels;

F i g. 5 zeigt die Anordnung von Magnetspulen vor und hinter der Trennkammer;F i g. 5 shows the arrangement of magnetic coils in front of and behind the separation chamber;

F i g. 6 stellt eine besondere Anordnung der Elektroden dar.F i g. 6 shows a particular arrangement of the electrodes.

Die Trennkammer besteht im wesentlichen aus drei Teilen, dem rückwärtigen Kammerteil, gebildet aus den Hauptelementen 1—6, dem vorderen Kammerteil 1(1—14 unH Ηργ Ahnahmevorrichtung 24. Alle drei Teile können mit Schrauben zu einer geschlossenen Trennkammer vereinigt werden. Der rückwärtige Kammerteil nimmt in dieser Ausführung auch die Kühlelemente auf. Er besteht aus dem in einem Stück gegossenen Kunststoffrahmen (Gehäuse) 1, dessen Profilgebung derart gestaltet ist daß ein Kühlwassermantel 2 zusammen mit der wärmeleitenden Platte 3, vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer, gebildet wird. Die Platte 3 ist an ihren Rändern z. B. dui ch ein vergießbares Dichtungsmittel (Silikonkautschuk) mit dem Kunststoffteil wasserdicht verbunden. Auf der Platte 3 sind die Peltierbatterien 4 mit ihrer Warmseite in wärmeleitender Verbindung aufgebracht Die wärmeleitende Platte 5 bedeckt die Kaltseite der Peltierbatterien 4 und ist mit ihrer anderen Seite von der Platte 6 der rückwärtigen Trennkammerwandung wärmeleitend verklebt Das ganze ist im Kunststoffrahmen 1 elastisch mit einem selbstpolymerisierenden Kunststoff auf Silikonbasis vergossen. Im oberen Teil des Rahmens 1 befinden sich Bohrungen 7 für die Pufferzuführung und Entlüftung der Trennkammer, die auch durch die Platte 6 geführt sind. Die Platte 6 besteht aus Beryllium-Oxyd-Keramik. An der Rückseite des Kunststoffrahmens 1 befindet sich der Zu- 8 und Ablauf 9 für das durch den Kühlmantel fließende Kühlwasser.The separation chamber consists essentially of three parts, the rear chamber part, formed from the Main elements 1-6, the front chamber part 1 (1-14 unH Ηργ Ahnahmevorrichtung 24. All three parts can be combined with screws to form a closed separating chamber. The rear part of the chamber in this version also accommodates the cooling elements. It consists of the one cast in one piece Plastic frame (housing) 1, the profile of which is designed in such a way that a cooling water jacket 2 is formed together with the thermally conductive plate 3, preferably made of aluminum or copper. the Plate 3 is z. B. youi ch a Pourable sealant (silicone rubber) connected to the plastic part in a watertight manner. On the Plate 3 are the Peltier batteries 4 with their warm side Applied in a thermally conductive connection The thermally conductive plate 5 covers the cold side of the Peltier batteries 4 and is thermally conductive with its other side from the plate 6 of the rear wall of the separating chamber The whole thing is resiliently in the plastic frame 1 with a self-polymerizing plastic Potted silicone base. In the upper part of the frame 1 there are holes 7 for the buffer feed and Ventilation of the separation chamber, which are also passed through the plate 6. The plate 6 consists of beryllium oxide ceramic. On the back of the plastic frame 1 is the inlet 8 and outlet 9 for the through Cooling jacket flowing cooling water.

Der vordere Kammerteil wird ebenfalls im wesentli-The front part of the chamber is also essentially

chen aus einem Kunststoffrahmen 10 gebildet, der in einc'rii Stück gegossen werden kann. Er wird nach vorn abgedeckt durch eine Klarsichtscheibe H₁ die zusammen mit der Luftkammer 12 vor Wänneeinslrahlung in die Tfcnnkämmef schützt, Die Platte 13 aus Glas oder kunststoff bildet die zweite Wandung des schmalen Trennkammerraumes. Die Eleklrodenräume 14 mit Pläi/rieiektroden sind in dem Kunststoffrahmen 10 ausgespart. Ein U-fömiiger Rundgummi 15 in einer Nut des Rahmens 10 dient der Abdichtung des Trennkanimerinneriraumes. Die elektrisch leitende Verbindung und hydrodynamische Abdichtung zwischen Elektrodenpuffer und Trennkammerpuffer besorgen die Membranen 16. die genau in einem erweiterten Bett der Elekirodenraumaussparung 14 eingelegt werden. Zweckmäßigerweise werden dabei Membranen aus ionenaustauschbarem Kunststoff bevorzugt. Dabei wird die Anionenaustauschmembran an die Kathodenseite und die Kationenausiauschmembran an die Anodenscite angebracht. Durch die Maßnahme wird ein gerichteter lonentransport ohne wesentliche Widerstandsänderung durch die Membran erzielt. Ein weiterer Vorteil liegt im Prinzip der lonenaustauschermembranen. sie sperren — wie beschrieben verteilt — sowohl anionisch als kathodisch weit abgelenkte Fraktionen und verhindern ihren seitlichen Austritt in die Elektrodenräume. Aufgrund ihrer Eigenschaften erlauben sie demnach auch die Anwendung extrem hoher Feldstärken ohne Elektrolytverarmung in der Trennkammer. Selbstverständlich können insbesondere be. niedrigen Feldstärken auch neutrale, semipermeable Membranen (z. B. Dialysiermembranen) verwendet werden, sie verursachen allerdings wegen ihres vergleichsweise hohen elektrischen Widerstandes einen Spannungsabfall und örtliche Wärmeentwicklung und sperren je nach Porendurchmesser nur höhermolekulare Stoffe.Chen formed from a plastic frame 10 which can be cast in one piece. It is covered at the front by a transparent _{panel H 1} which, together with the air chamber 12, protects against heat radiation into the door panel. The plate 13 made of glass or plastic forms the second wall of the narrow separating chamber space. The electrode spaces 14 with plate electrodes are cut out in the plastic frame 10. A U-shaped round rubber 15 in a groove in the frame 10 is used to seal the interior of the separating channel. The electrically conductive connection and hydrodynamic sealing between the electrode buffer and the separating chamber buffer are provided by the membranes 16, which are inserted precisely in an enlarged bed of the electrode space recess 14. In this case, membranes made of ion-exchangeable plastic are expediently preferred. The anion exchange membrane is attached to the cathode side and the cation exchange membrane to the anode scite. The measure achieves a directed ion transport through the membrane without a significant change in resistance. Another advantage lies in the principle of the ion exchange membranes. they block - distributed as described - both anionically and cathodically widely deflected fractions and prevent them from escaping laterally into the electrode spaces. Due to their properties, they also allow extremely high field strengths to be used without electrolyte depletion in the separation chamber. Of course, be. Neutral, semipermeable membranes (e.g. dialysis membranes) can also be used at low field strengths, but because of their comparatively high electrical resistance they cause a voltage drop and local heat generation and, depending on the pore diameter, only block higher molecular weight substances.

Gleich welche Membranen verwendet werden, ihre Abdichtung erfolgt durch das U-förmige Profil 17, welches die Membranen — mit Ausnahme eines 1-2 mm breiten Streifens, der im Kontakt mit dem Pufferfilm Stehen muß — iihpr dip riirWu/ärtigp Kammerwand in ihr Bett drückt. Das Profil 17 dient gleichzeitig der Abstandhaltung der beiden Kammerwände und bildet somit je nach Dicke die gewünschte Trennkammertiefe bzw. Pufferfilmdicke wahlweise zwischen 0,5 bis 1,5 mm. Trennkammervorderteil und Trennkammerrückteil werden dazu mit den Schrauben 23 dicht verschraubt. Die Elektrodenräume 14 werden durch die Pufferein- und -auslaßnippel mit Pufferlösung durchspült. Der Stromanschluß zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in der Trennkammer erfolgt durch die geerdeten Sicherheitsstecker 20. Die Zuführung des Substanzgemisches geschieht durch die Einlaßöffnung 21, die Temperaturmessung und Regelung der Pufferfilmtemperatur über die NTC-Widerstandsthermometer 22a, b. Den unteren Abschluß der Trennkammer bildet die Absaugleiste 24, deren dünne Schläuche 25 vorzugsweise aus dem unter dem Handelsnamen »Teflon« bekannten Kunststoff etwa '/2 mm tief in den Trennkammerspalt eingeführt und mit einer Gummidichtung entlang des unteren Trennkammerrandes abgedichtet sind. Die inneren Ausmaße der beschriebenen Trennkammer sind 60 cm hoch, 10 cm breit, 03—1,0 mm dick. Dabei liegt das elektrische Feld über die Eiektrodenräume Ϊ4 und Membranen 19 nur über 50 cm der Höhe an, die anderen 10 cm dienen der Puffervorkühlung. Selbstverständlich sind auch andere Kammerausmaße möglich, wobei das Verhältnis Höhe zu Breite ebenfalls differieren kann. Eberiso ist es möglich, was jedoch nicht aus der Zeichnung hefvofgehi, auch die Vorderseite der Trennkammer zu kühlen.Regardless of which membranes are used, they are sealed by the U-shaped profile 17 which, with the exception of a 1-2 mm wide strip which must be in contact with the buffer film, presses the membrane into its bed . The profile 17 also serves to keep the two chamber walls spaced and thus forms the desired separation chamber depth or buffer film thickness between 0.5 and 1.5 mm, depending on the thickness. For this purpose, the front part of the separation chamber and the rear part of the separation chamber are screwed tightly with the screws 23. The electrode spaces 14 are flushed with buffer solution through the buffer inlet and outlet nipples. The power connection for generating an electric field in the separating chamber is made through the grounded safety plug 20. The substance mixture is fed through the inlet opening 21, the temperature measurement and regulation of the buffer film temperature via the NTC resistance thermometer 22a, b. The lower end of the separating chamber is formed by the suction strip 24, the thin tubes 25 of which are preferably made of the plastic known under the trade name "Teflon", inserted about 1/2 mm deep into the separating chamber gap and sealed with a rubber seal along the lower edge of the separating chamber. The inner dimensions of the separation chamber described are 60 cm high, 10 cm wide, 03-1.0 mm thick. The electric field over the electrode spaces Ϊ4 and membranes 19 is only at a height of over 50 cm, the other 10 cm are used for buffer precooling. Of course, other chamber dimensions are also possible, whereby the ratio of height to width can also differ. Eberiso it is possible, but not hefvofgehi from the drawing, to also cool the front of the separation chamber.

Dazu muß lediglich die vordere kammerwand 13 (Glasscheibe öder ähnliches) sd wie die rückwärtige Kammerwand mit der kühleinrichtung bestehend aus den Teilen 2,3,4 und 5 ausgeführt sein.For this purpose, only the front chamber wall 13 (glass pane or something similar) sd like the rear one Chamber wall with the cooling device consisting of the parts 2,3,4 and 5 be executed.

Die gesamte Trerinkanimer ist an einem GehäuseThe entire drinking canister is on one housing

ίο angebracht, welches auch die Bedienungstafeln aufnimmt. Dieses steht wiederum auf einem Unterbau, in dem sich die Stromversorgung — und elektronischen Steuereinheiten sowie eine kühlbare Kammer mit dem Auffanggestell für die Fraktionsgläschen und die .Puffervorratsgefäße sowie Pumpvorrichtung befinden (F ig. 4).ίο attached, which also accommodates the control panels. This in turn stands on a substructure in which the power supply - and electronic Control units as well as a coolable chamber with the collecting frame for the fraction glasses and the .Buffer storage vessels and pumping device are located (Fig. 4).

Im einzelnen bedeutet:In detail means:

27 = elektrischer Hauptschalter,27 = electrical main switch,

28 = Sicherheitstaste.28 = security button.

29 = Taste für Pumpenmotor der Elektrodenspülung29 = Key for pump motor for electrode rinsing

mit Kontrollampe,with control lamp,

30 = Schalter für die Vielfachschlauchpumpe mit30 = switch for the multiple hose pump with

Kontrollampe,Control lamp,

31 = Schalter für die Peltierstromversorgung,31 = switch for the Peltier power supply,

32 = Solltemperaturregler,32 = setpoint temperature controller,

33 = Spannungsanzeige,33 = voltage display,

34 = Stromanzeigeinstrument,34 = current display instrument,

35 = Schalter für Kammerstrom,
^J0 36 = Warnlampe für Fehlerstrom,35 = switch for chamber current,
^J0 36 = warning lamp for fault current,

37 = Spannungs-und Stromregler,37 = voltage and current regulator,

38 = Schalter für die Dosierpumpe zum Zuführen des38 = switch for the dosing pump to feed the

zu trennenden Substanzgemisches,substance mixture to be separated,

39 = Drehzahlregler für die Dosierpumpe,
^J5 40 = Dosierpumpe,39 = speed controller for the dosing pump,
^J5 40 = dosing pump,

41 = Vielfachschlauchpumpe,41 = multiple hose pump,

42 = Kühlkammer,42 = cooling chamber,

43 = Reagensglasgestell mit Fraktionsgläschen,43 = test tube rack with fraction tubes,

44 = Unterbau.44 = substructure.

Zur Betriebssicherheit, zur Konstanthaltung derFor operational safety, to keep the

palilnrpn A\p Hip CirniKp Hpr ΔΜρηΙίπησ beeinflussen.palilnrpn A \ p Hip CirniKp Hpr ΔΜρηΙίπησ influence.

und zum Bedienungskomfort sind verschiedene elektronische Komponenten und entsprechende Maßnahmen vorgesehen: Die Kammerstromversorgung ist stromstabilisiert und so ausgelegt, daß Feldstärken bis zu 150 Volt/cm erreicht werden. Zum Schütze des Benutzers und der Apparatur selbst dient ein Fehlerstromrelais, welches auf Leckströme anspricht. Um solcheand various electronic components and corresponding measures are provided for ease of use: The chamber power supply is stabilized and designed so that field strengths of up to 150 volts / cm are achieved. A fault current relay, which responds to leakage currents, is used to protect the user and the equipment itself. To such

so Leckströme erfassen zu können, wird die Kammerspannung (Klemmenspannung) in zwei Hälften aufgeteilt, deren Mittelanzapfung über die Erregerwicklung des Leckstromreiais an Schutzerde gelegt ist Sobald Strom von einem der Kammerspannungspole nach der Schutzerde fließt (z. B. 2-5 mA) wird ein Selbsthaltekontakt betätigt und über eine Steuerleitung die Triac-Einheit des Gleichrichters ausgeschaltet und zwar so, daß sich die Kondensatorladungen sofort ausgleichen. Die Peltierstromversorgung erfolgt ebenfalls von einem Brückengleichrichter mit Mittelanzapfung. Die Mittelanzapfung der Transformatorwicklung ist mit dem Kondensatormittelpunkt und der Schutzerde verbunden.so that leakage currents can be detected, the chamber voltage (terminal voltage) is divided into two halves, whose center tap is connected to protective earth via the excitation winding of the leakage current relay from one of the chamber voltage poles to the protective earth (e.g. 2-5 mA) becomes a self-holding contact actuated and switched off the triac unit of the rectifier via a control line so that the capacitor charges equalize immediately. The Peltier power supply is also provided by a bridge rectifier with center tap. The center tap of the transformer winding is with connected to the capacitor center point and the protective earth.

Auf austauschbaren Steckkarten sind die elektronisehen Meß- und Regelteile untergebracht Für die Temperaturmessung und Regelung in der Trennkammer sind die beiden Temperaturfühler 22a und 226 vorgesehen. Zur Temperaturmessung wird die Diago-The electronic ones are on exchangeable plug-in cards Measuring and control parts housed For temperature measurement and control in the separating chamber the two temperature sensors 22a and 226 are provided. To measure the temperature, the diagonal

rialspannung einer Wheatstonc'sehcn Brücke benutzt. Über die Brückendigonale liegt das Temperaturmeßinstrüment 26 in Reihe mit dem Potentiometer des Sölltempefaturpotentiometers 32 (F i g. 4). Unterschreitet die Temperatur den Sollwert, so übersteigt die Diagonalspannung die Schleiferspannung und der Komparatorausgang springt auf die negative Sättijjungsspanfpihg von z. B. — !0 V, im umgekehrten Fall auf z. B. -t-iOV. Damit wird der Peltierstrom über ein Relais geschaltet. Beide Temperaturfühler 22a und 22b arbeiten getrennt. Während der mittlere Fühler 22b die Solltemperatur über die Peltierstromversorgung im vom Kamrr.erstrom durchflossenen Teil der Trennkammer regelt, tut dies der Fühler 22a für die Puffervorkühlzone der Trennkammer, der den Peltierstrom von zwei getrennten Kühlbatterien steuert. Gleichzeitig hat der Temperaturfühler 22a die Aufgabe bei eventuellen Puffermangel oder bei Leckwerden der Trennkammer die ganze Anlage abzuschalten. Dazu ist der Betriebsstrom des NTC-Fühlers so bemessen, daß eine entsprechend schnelle Aufheizung des Meßfühlers auf i. B. +25°C erfolgt, wenn er nicht mehr von Pufferlösung umgeben ist und daß durch die damit verbundene Widerstandserhöhung über einen Operationsverstärker eine Sicherheitsschleife der Anlage geschaltet wird. In der gleichen Sicherheitsschleife Hegen noch ein Elektrodenpufferlaufwächter, der den ordnungsgemäßen Durchfluß durch die Elektrodenräume (im Kreislauf mittels einer Pumpe) sowie einen temperaturfühler an der Warmseite der Peltierbatterien gegen unerwünscht hohe Erwärmung (z. B. kühlwassermangel) überwacht. Durch einen Minimal- und Maximalzeiger mit Kontakten am Temperaturmeßmstrument 26 wird bei einer eventuellen Störung ein Einfrieren bzw. ein Überhitzen überwacht und so vermieden.rial tension of a Wheatstone bridge is used. The temperature measuring instrument 26 is located in series with the potentiometer of the Sölltempefaturpotentiometer 32 (FIG. 4) via the bridge digonals. If the temperature falls below the target value, the diagonal voltage exceeds the wiper voltage and the comparator output jumps to the negative Sättijjungsspanfpihg of z. B. -! 0 V, in the opposite case to z. B. -t-iOV. This switches the Peltier current via a relay. Both temperature sensors 22a and 22b work separately. While the middle sensor 22b regulates the setpoint temperature via the Peltier power supply in the part of the separating chamber through which the chamber current flows, this is done by the sensor 22a for the buffer pre-cooling zone of the separating chamber, which controls the Peltier current of two separate cooling batteries. At the same time, the temperature sensor 22a has the task of switching off the entire system in the event of a lack of buffer or if the separating chamber leaks. For this purpose, the operating current of the NTC sensor is dimensioned so that a correspondingly rapid heating of the sensor to i. B. + 25 ° C when it is no longer surrounded by buffer solution and that a safety loop of the system is switched by the associated increase in resistance via an operational amplifier. In the same safety loop there is also an electrode buffer monitor that monitors the correct flow through the electrode chambers (in the circuit by means of a pump) and a temperature sensor on the warm side of the Peltier batteries against undesirably high temperatures (e.g. lack of cooling water). By means of a minimum and maximum pointer with contacts on the temperature measuring instrument 26, freezing or overheating is monitored and thus avoided in the event of a malfunction.

Es ist zweckmäßig die Sicherheitsschleife aufzuteilen in verschieden abschaltbare Gruppen, und zwar:It is advisable to divide the safety loop into different groups that can be switched off, namely:

a) Nur der Kammerstrom wird abgeschaltet, wenn Pufferfilmtemperatur zu hoch wird (über 25° C), die Elektrodenspülung nicht ordnungsgemäß arbeitet, Leckstrom auftritt ader die Trennkammer leerläuft. Er kann vor Behebung des Fehlers nicht wieder eingeschaltet werden.a) Only the chamber current is switched off if the buffer film temperature becomes too high (above 25 ° C), the Electrode rinsing is not working properly, leakage current occurs or the separation chamber is empty. It cannot be switched on again before the error has been rectified.

b) Absaugpumpe und Dosierpumpe werden ebenso wie bei Störungen unter a) beschrieben abgestellt, können aber von Hand wieder eingeschaltet werden, ohne daß die vollen Bedingungen erfüllt sind.b) The suction pump and dosing pump are switched off as described in the event of malfunctions under a), but can be switched on again manually without the full conditions being met are.

c) Peltierkühlung schaltet immer ab, wenn Unterkühlung des Puffers, Überhitzung der Warmseite, Puffermangel oder Leckstrom auftritt Sie kann selbstverständlich durch Bedienung der Sicherheitstaste 28 in Betrieb genommen werden, wenn noch nicht alle Bedingungen erfüllt sind, z. B. beim Vorbereiten des Trennversuches und bei der Bedienung der Kammer.c) Peltier cooling always switches off when subcooling of the buffer, overheating of the hot side, insufficient buffer or leakage current occurs can of course be put into operation by operating the safety button 28, if not all conditions are met, e.g. B. when preparing the separation attempt and in the Operation of the chamber.

Durch die Sicherheitstaste 28 mit Haltekontakt können grundsätzlich alle Funktionen in Gang gesetzt werden, auch wenn die Sicherheitsbedingungen noch nicht erfüllt sind mit Ausnahme der Hochspannung für den Kammerstrom. Die Hochspannung kann nur eingeschaltet werden, wenn alle Sicherheitsbedingungen erfüllt sind, die Sicherheitstaste springt dann selbsttätig heraus (Haltekontakt wird aufgehoben). Durch die Aufteilung der Abschaltung in verschiedene Gruppen wird weiter folgender Vorteil erreicht: BeiIn principle, all functions can be set in motion by the safety button 28 with holding contact even if the safety conditions have not yet been met with the exception of the high voltage for the chamber flow. The high voltage can only be switched on if all safety conditions are met are fulfilled, the safety button then pops out automatically (holding contact is canceled). By dividing the shutdown into different groups, the following advantage is achieved: At

Auftreten lediglich eirrer Unterkühlung wird der Kammerstronv nicht abgeschaltet, somit kann er zum Wiederaufwärmen beitragen. Außerdem kann bei Übertemperalur die Kühlung durch die Sicherheitstaste 28 wieder eingeschaltet werden, um schneller wieder in den richtigen Arbeitsbereich zu kommen.The only occurrence of hypothermia will be Kammerstronv not switched off, so it can contribute to rewarming. In addition, at Overtemperature the cooling can be switched on again by pressing the safety button 28 to get back in more quickly to come to the right work area.

Die Verwendung schmaler Trennkammern mit hohen Dufchströrhungsgeschwiridigkeiten des PufferfÜms hat folgende Vorteile:The use of narrow separating chambers with high flow rates of the buffer film has the following advantages:

1) Die Tfenhbariden sind schärfer und schmäler, die Ablenkwinkel tg <x können bei gicich guter Auflösung klein gehalten werden.1) The Tfenhbariden are sharper and narrower, the deflection angle tg <x can be kept small with equally good resolution.

2) Das zu trennende Substanzgemisch, vor allem z. B. empfindliches Zellmaterial, benötigt nur kurze Trennzeiten (z. B. zwischen 1 -5 Minuten).2) The substance mixture to be separated, especially z. B. sensitive cell material, only needs short Separation times (e.g. between 1 -5 minutes).

3) Die Durchsatzleistung am zu trennenden Substanzgemisch ist höher, insbesondere, da auch die Pufferfilmdicke ohne Verlust an Trennschärfe eriiühi weiden kann (i,0— 1,5 mm).3) The throughput of the substance mixture to be separated is higher, especially since the buffer film thickness without loss of selectivity he can graze (1.0-1.5 mm).

4) Wegen der geringeren Flächenbelastung bezüglich Wattleistung bei vergleichsweise gleicher Feldstärke arbeiten schmälere Trennkammern gegenüber breiten wirtschaftlicher. Das trifft sowohl für die Kammerstromleistung als auch für die Kühlleistung zu.4) Because of the lower surface loading in terms of wattage with comparatively the same field strength narrower chambers work more economically than wider ones. That applies to both Chamber flow rate as well as for the cooling capacity.

5) Die Trennkammern sind handlicher, einfacher in der Konstruktion und Bedienung und weniger störanfällig bezüglich Dichtungsproblemen.5) The separation chambers are more manageable, simpler to construct and operate, and fewer prone to failure with regard to sealing problems.

Ein Nachteil bei Verwendung schmaler Trennkammern kann darin gesehen werden, daß bei der Trennung von Komponenten mit insgesamt hoher elektrophoretischer Beweglichkeit, die Trennkammer wegen der größeren Ablenkwinkel tg α zu schmal ist. Das heißt, die Abnahme der Fraktionen erfolgt nur einseitig in einem begrenzten Bereich der Absaugvorrichtung, oder die am schnellsten wandernden Komponenten werden gar an den Membranen aus ihrer Anlenkung gebremst und wandern ungetrennt entlang der Seitenbegrenzung derA disadvantage when using narrow separating chambers can be seen in the fact that during the separation of components with overall high electrophoretic mobility, the separation chamber because of the larger deflection angle tg α is too narrow. This means that the fractions are only accepted unilaterally limited area of the suction device, or the fastest moving components will even be on the membranes are braked from their articulation and migrate unseparated along the side boundary of the

4ö Trennkammer aus dieser aus. Um diesen Nachteil zu beheben wurde schon vorgeschlagen, eine Art Gegenströmung, die senkrecht auf die Strömungsrichtung der Pufferlösung wirkt, zu überlagern, una zwar derart, daü die Gegenströmung etwa der mittleren elektrophoretisehen Beweglichkeit der zu trennenden Komponenten entspricht Dazu ist es nötig an den seitlichen Begrenzungen der Trennkammer Bohrungen und Schlauchverbindungen vorzusehen, die in Verbindung mit einer zweiten Vielfachschlauchpumpe eine gleichförmige seitliche Förderung ( — der senkrecht zur Pufferströmung — ) des Pufferfilms ermöglichen, und zwar derart, daß die gleiche Menge Flüssigkeit die an der einen Seite des Trennraumes gleichmäßig abgeführt, an der anderen Seite ebenso wieder zugeführt wird.4ö separating chamber from this. To this disadvantage too It has already been proposed to remedy a kind of countercurrent which is perpendicular to the direction of flow of the Buffer solution acts to superimpose, una in such a way that daü the countercurrent, for example, of the mean electrophoretic mobility of the components to be separated To do this, it is necessary to drill holes and on the side boundaries of the separation chamber Provide hose connections which, in conjunction with a second multiple hose pump, provide a uniform enable lateral conveyance (perpendicular to the buffer flow) of the buffer film, and in such a way that the same amount of liquid is discharged evenly on one side of the separation space, is also fed back on the other side.

Diese Maßnahme bedingt allerdings einen hohen technischen Aufwand, und es ist schwer, auf diese Weise die konstanten Strömungsverhältnisse in genügender Genauigkeit zu beherrschen.However, this measure requires a high level of technical effort, and it is difficult to do this in this way to master the constant flow conditions with sufficient accuracy.

Das gleiche Ziel kann auch einfacher auf folgenden Weg erreicht werden:The same goal can also be achieved more easily in the following way:

Wenn die eiektrophoretische Ablenkung der Komponenten in der Trennkammer z. B. nach der Anode überwiegt, wird die Absaugung des Pufferfilms am unteren Ende der Trennkammer so eingestellt, daß über die Breite der Trennkammer in Richtung Kathode eine linear ansteigende Förderleistung der Vielfaehschlauchpumpe erreicht wird. Dies kann in einfacher Weise z. B. dadurch erfolgen, daß die lichte Weite der Schlauch-If the electrophoretic deflection of the components in the separation chamber e.g. B. after the anode predominates, the suction of the buffer film at the lower end of the separation chamber is adjusted so that over the width of the separation chamber in the direction of the cathode results in a linearly increasing delivery rate of the multiple hose pump is achieved. This can be done in a simple manner, for. B. be done in that the clear width of the hose

durchmesser in der Pumpe kontinuierlich ansteigen öder daß der Andruck der Schläuche entsprechend eingestetit wird. Statt einer linearen Zunahme der Schlauchdurchmesser kann auch eine Zunahme nach einer geeigneten Funktion vorgesehen werden.diameter in the pump increase continuously or that the pressure of the hoses accordingly is admitted. Instead of a linear increase in the hose diameter, there can also be an increase after a suitable function.

Die Folge der ungleichmäßigen Absaugung ist eine Strömung in der Trennkammer, die sich von oben nach unten allmählich verstärkend in Richtung Kathode bewegt und dabei auch die getrennten Fraktionen oder Zonen entsprechend ablenkt, so daß ihre gleichmäßige Verteilung über einen großen Bereich der Entnahmevorrichtung erfolgen kann. Die Trennwege der Banden sind dann nicht mehr geradlinig, sondern etwas abgebogen, was allerdings ohne Einfluß auf die Trennschärleisi.The consequence of the uneven suction is a flow in the separation chamber, which is from the top to the top down gradually increasing in the direction of the cathode and thereby also the separated fractions or Zones deflects accordingly, so that their even distribution over a large area of the removal device can be done. The dividing paths of the gangs are then no longer straight, but something bent, which, however, has no effect on the separation system.

Eine weitere Möglichkeit Partikel zu trennen, ist dann gegeben, wenn sie über eine nennenswerte elektrische Eigenleitfähigkeit verfügen. Sie beruht auf einem in der Magnetohydrcdynarr.ik wohlbekannten Effekt. Seine Anwendung wurde unter der Bezeichnung Magnetophorese bi-schrieben von A. Kolin und R.T. Kado, Nature 182, 510(1958), A. Kolin, Science 117, 134 (1953). Ein kurzer Abriß der Theorie wird im folgenden gegeben:Another way of separating particles is when they have a significant electrical Have intrinsic conductivity. It is based on an effect well known in magnetohydrcdynarr.ik. His Application was bi-written under the name Magnetophoresis by A. Kolin and R.T. Kado, Nature 182, 510 (1958), A. Kolin, Science 117, 134 (1953). A brief outline of the theory is given below:

Auf leitfähige Flüssigkeiten in elektrischen und magnetischen Feldern werden Kräfte ausgeübt. In einem allseits geschlossenen Raum bildet sich ein Druckgefälle aus, da auf Materialien kleinerer Leitfähigkeit geringere Kräfte ausgeübt werden, sie bekommen im Druckgefälle einen »Auftrieb«, solche größerer Leitfähigkeit dagegen »sinken«. Das Druckgefälle folgt der »Dreifingerregel«, die bewegung von Partikeln andersartiger Leitfähigkeit, des Auftriebs wegen, nicht immer.Forces are exerted on conductive liquids in electric and magnetic fields. In A pressure gradient forms in a space that is closed on all sides, since materials with a lower conductivity are used lower forces are exerted, they get a "lift" in the pressure gradient, some larger ones Conductivity, on the other hand, »sinks«. The pressure gradient follows the »three-finger rule«, the movement of particles different conductivity, due to buoyancy, not always.

Die Kraft df auf ein Flüssigkeitsvolumenelement dV in einem senkrecht angeordnete elektromagnetischen Feld (el. Feldstärke = E, rrtagn. Induktion = B, elektrische Leitfähigkeit = ?c), ist:The force df on a liquid volume element dV in a vertically arranged electromagnetic field (el. Field strength = E, rrtagn. Induction = B, electrical conductivity =? C) is:

df = B-df= B- E-κ ■ UV df = B-df = B-E-κ ■ UV

Die Kraft auf ein Volumen V infolgedessen das Integral und bei homogenen Feldern (Volumenunabhängig) The force on a volume V is consequently the integral and in the case of homogeneous fields (independent of the volume)

K. = B ■ E,x_t V„ K. = B ■ E, x _t V "

² x, + x. ² x, + x.

Führt man noch das Kugelvolumen ein, so erhält manIf one also introduces the spherical volume, one obtains

_Kp=^^_EsB^
Als Gegenkraft wirkt das Stoke sehe Gesetz: _{Kp =} ^^ _EsB ^
The Stoke Law acts as a counter force:

K_p = 6;η;/ Π' K _p = 6; η; / Π '

so daß sich endlich eine Migrationsgeschwindigkeit vonso that there is finally a migration speed of

= B-E= B-E

(1)(1)

Um den »Auftrieb« zu berechnen, muß das elektrische Feld innerhalb des untersuchten Partikels bekannt sein. Maxwell gibt für kugelförmige Partikel im erzwungenen homogenen äußeren Feld iJjbei äußerer Leitfähigkeit v._% und innerer Leitfähigkeit y._p für die Feldstärke E_p im Teilchen anIn order to calculate the "lift", the electric field within the examined particle must be known. Maxwell gives for spherical particles in the forced homogeneous external field iJj with external conductivity v. _% and internal conductivity y. _p for the field strength E _p in the particle

Das Teilchen erfährt also eine Kraft nach (1)The particle experiences a force according to (1)

Pp = B ■ E_p ■ x_p ■ V_p = B ■ E_s ■ x_s ■ V_p Pp = B ■ E _p ■ x _p ■ V _p = B ■ E _s ■ x _s ■ V _p

Für den »Auftrieb« geht davon die Kraft ab, die auf das verdrängte Flüssigkeitsvolumen wirken würde:For the "buoyancy", the force that would act on the displaced liquid volume is derived from this:

P₁ = B ■ E_sh_s V₉
Die verbleibende Kraft istP ₁ = B ■ E _s h _s V ₉
The remaining power is

2 y._s + y._p 2 y. _s + y. _p

^υ - -ξ ^υ - -ξ

ergibt.results.

Extremfälle
I) Nichtleitende Partikel y._p = 0Extreme cases
I) Non-conductive particles y. _p = 0

2) Hochleitende Partikel y._p ;§> y._s 2) Highly conductive particles y. _p ; §> y. _s

3) Geringer Leitfähigkeitsunterschied.·
y._p — x_s = I κ ·« x_s 3) Little difference in conductivity.
y. _p - x _s = I κ · « x _s

Die Ausnutzung dieses Effektes kann durch eine zusätzliche Maßnahme mit der vorher beschriebenen Apparatur bewerkstelligt werden.This effect can be exploited by taking an additional measure with the one previously described Apparatus are accomplished.

Als zusätzliche Maßnahme benötigt man zur Durchführung des Verfahrens ein möglichst starkes Wagnetfeld, senkrecht zum elektrischen Feld und senkrecht zur Pufferströmung in der Trennkammer. F i g. 5 zeigt die Anordnung der Magnetspulen 44a und 44Zj in HeImholtz'scher Anordnung vor und hinter der Trennkammer. Bei unveränderter Betriebsweise der beschriebenen Elektrophoresekammer entsteht durch das Magnetfeld eine zusätzliche Wanderungskomponente auf zu trennende Partikelsorten parallel oder antiparallel zur Pufferströmung. Je nach dem Leitfähigkeitsunterschied einer Partikelsorte zum Kammerpuffer wird damit die Verweilzeit im elektrischen Feld verlängert oder verkürzt und damit der elektrophoretische Ablenkwinkel tang λ beeinflußt, so daß als dritte Größe (neben Ladung und Durchmesser des Partikels) auch noch seine Leitfähigkeit zum Trenneffekt beiträgtAs an additional measure, a magnetic field as strong as possible is required to carry out the process, perpendicular to the electric field and perpendicular to the buffer flow in the separation chamber. F i g. 5 shows the Arrangement of the magnetic coils 44a and 44Zj in a HeImholtzian arrangement in front of and behind the separating chamber. If the operating mode of the electrophoresis chamber described remains unchanged, the magnetic field arises an additional migration component to the particle types to be separated parallel or antiparallel to Buffer flow. Depending on the difference in conductivity between a particle type and the chamber buffer, the The dwell time in the electric field is extended or shortened, and with it the electrophoretic deflection angle tang λ, so that the third quantity (next to Charge and diameter of the particle), its conductivity also contributes to the separation effect

Bei Vielkomponentengemischen kann es jedoch unerwünschte sich gegenseitig kompensierende Trenneffekte geben, die den Vorteil obiger Anordnung zunichte machen.
In einer anderen Arbeitsweise kann man jedoch die beiden Trennprinzipien zeitlich getrennt durchführen. Nach einer üblichen eiektrophoretischen Auftrennung ohne Magnetfeld, wie im ersten Teil beschrieben, folgt eine zweite Trennune einer einzelnen Fraktion ansIn the case of multicomponent mixtures, however, there may be undesirable, mutually compensating separation effects that negate the advantage of the above arrangement.
In a different way of working, however, the two separation principles can be carried out separately in time. After a usual electrophoretic separation without a magnetic field, as described in the first part, a second separation of an individual fraction follows

dieser elektrophoretischen Trennung mit Hilfe der Magnetophorese. Hierbei verwendet man jedoch vorzugsweise die Trennkammer diesmal mit einem elektrischen Feld in Richtung der Pufferströmung. Hierzu sind rvei besondere Elektrodenanordnungen, ϊ die im Prinzip den angegebenen gleichen, vorgesehen, jedoch am oberen und unteren Ende der Trennkammer angebracht werden.this electrophoretic separation with the help of magnetophoresis. In this case, however, the separation chamber is preferably used this time with an electric field in the direction of the buffer flow. For this purpose, special electrode arrangements are provided, which are basically the same as those specified, but are attached to the upper and lower end of the separation chamber.

In den Fig.6a, 6b sind Elektrodenanordnungen für parallel zum Pufferstrom fließende Feldlinien darge- to stellt Dabei enthalten die untere ElektrodenanordnungIn the Fig.6a, 6b are electrode arrangements for Field lines flowing parallel to the buffer current are shown. They contain the lower electrode arrangement

46 Elektrodenpufferzulauf,46 electrode buffer inlet,

47 Platinelektrode,47 platinum electrode,

48 Absaugröhrchen fürTrennkammer,48 suction tubes for separation chamber,

49 Membran,49 membrane,

50 Dichtungsgummi;50 sealing rubber;

die obere Elektrodenanordnung b:
51 Platinelektroden.the upper electrode arrangement b:
51 platinum electrodes.

Durch diese Maßnahme ist der elektrophoretische Effekt in Richtung der Pufferströmung gelenkt und für alle Partikel gleich groß, da sie, wie beschrieben, aus einer Fraktion einheitlicher Beweglichkeit stammen. In diesem Fall ist eine weitere Auftrennung dieser elektrophoretisch einheitlichen Komponenten möglich, wenn ihre Partikel unterschiedliche Leitfähigkeiten aufweisen. Da der magnetohydrodynamische Effekt das Vorzeichen nicht wechselt, wenn elektrisches und magnetisches Feld gleichzeitig umgepolt werden, kann bei der zuletzt beschriebenen Arbeitsweise auch Wechselstrom zur Erzeugung des elektrischen und magnetischen Feldes verwandt werden, wenn man in Phase arbeitet, wobei dann aber der reine elektrophoretische Effekt eliminiert istBy this measure, the electrophoretic effect is directed in the direction of the buffer flow and for all particles have the same size because, as described, they come from a fraction of uniform mobility. In In this case, a further separation of these electrophoretically uniform components is possible, when their particles have different conductivities. Since the magnetohydrodynamic effect is the Sign does not change if the polarity of the electric and magnetic field can be reversed at the same time in the last-described mode of operation also alternating current to generate the electrical and magnetic field can be used when working in phase, but then the pure electrophoretic field Effect is eliminated

Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings

Claims

91 41 9A5 claims:

1. Apparatus for carrying out carrier-free electrophoresis, characterized in that that at least one of the plates delimiting the separation space is made of an electrically insulating, however good thermally conductive material

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the plate made of beryllium oxide ceramic consists.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the chamber 0.5-1.5 is preferably 0.5-1.0 mm

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the length of the effective The interface is related to its width as 5: 1

5. Apparatus according to one of claims 1 to 4, characterized in that the separation chamber in Direction of flow of the buffer solution through a pre-cooling chamber for the buffer solution is connected upstream.

6. Apparatus according to one of claims 1 to 5, characterized in that the diameter of the Tubes through which the buffer solution and the separated substances are sucked out of the separation space are, from one side of the separation chamber to the other continuously proportional or after one certain function increase.

7. Apparatus according to one of claims 1 to 6, characterized by a permanent magnet or a magnetic coil, the magnetic field of which penetrates the separation chamber.

8. Apparatus nari, Ansp- jch 7, characterized in that the magnet see field lines are perpendicular to the flow direction of the buffer.

9. Apparatus according to claim 7, characterized in that the magnetic field lines in Run in the direction of the buffer flow.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrodes are arranged parallel to the inflow and outflow edge of the separation space and transversely to Run in the direction of the buffer flow.

11. Apparatus according to one of the preceding Claims, characterized in that the chamber containing the separating space consists of a rear chamber Part (1) consists of a cooling water circuit (2, 8, 9), one that closes off the water jacket thermally conductive plate (3), Peltier elements (4), another thermally conductive plate (5) and one from Beryllium oxide existing plate (6) contains, while the front part of the chamber, which has a Frame (10) is screwed to the rear part (1) of the chamber, one of the separating space facing insulating plate (13) and a spaced plate (11) containing a Form air chamber (12).

12. Apparatus according to claim 11, characterized characterized in that grooves for receiving the electrodes are recessed in the frame (10).

13. Apparatus according to claim 11 or 12, characterized * that between the front and the rear KammerteÜ a shape and thickness of the chamber determining profile strip is provided * see « which is clamped between the front and the rear chamber part.

The invention relates to an improved apparatus for carrier-free, preferably vertical, continuous Electrophoresis.

Apparatus for continuous electrophoresis are known and in numerous publications described.

It is also known that the separation performance with increasing electrical power between the Electrodes on both sides of the separation space

ίο The current increases with higher power, however also free more heat, which has to be dissipated by cooling. One difficulty arises in this in that the plates that delimit the separation space must be electrically insulating on the one hand, and on the other hand

"> should, however, have good thermal conductivity.

According to the invention, at least one of these plates is now made of an electrically insulating, however, a material that conducts heat well, preferably made of a beryllium oxide ceramic. Per se Quartz glass, mica or plastics can also be used for such plates, but it has been proven has shown that the best results can be achieved with a beryllium oxide ceramic.

By using such plates, the separation performance is increased and thus new ones open up Possibilities for the formation of such a separation apparatus, in particular it is worthwhile to use a Allow the magnetic field to act on the separation space, this magnetic field preferably by a coil but can also be generated by a permanent magnet.

With continuous deflection electrophoresis, the substance mixture to be separated is in a fine jet continuously supplied to a medium flowing transversely to an electric field. Different charged Molecules or particles are deflected from the direction of flow by an angle that changes as a resultant of the flow velocity and the electrophoretic mobility of the particles results

The mobility u of an electrophoretically migrating particle is understood as the quotient: