DE2952776A1

DE2952776A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die elektrophorese mit vertikalen gelplatten

Info

Publication number: DE2952776A1
Application number: DE19792952776
Authority: DE
Inventors: Peter E Hoefer; Michael Whitesides
Original assignee: Hoefer Scientific Instruments
Current assignee: Hoefer Scientific Instruments
Priority date: 1979-01-03
Filing date: 1979-12-31
Publication date: 1980-08-28
Also published as: DE2952776C2; JPS6038659B2; US4224134A; FR2445963B1; FR2445963A1; JPS55110945A

Description

2ÜS2776

DEA-14 544 - 4 -

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Elektrophoresevorrichtung mit vertikalen Gelplatten sowie ein Verfahren zur Durchführung der Elektrophorese mit dieser Vorrichtung.

Bei der Durchführung eines Gelelektrophoreseporzesses ist es erforderlich, zunächst die Probeneinheit mit Gel zu füllen und dann eine geeignete Spannung anzulegen, um die elektrophoretische Trennung der Probe in der Gelplatte herbeizuführen.

Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, daß eine Spannung an eine obere und untere leitende Pufferlösung angelegt wird, die jeweils in Kontakt mit den stirnseitigen Schlitzen der Probeneinheit steht. Wegen des Potentials zwischen den Pufferlösungen sind diese nach mehreren verschiedenen Verfahren in isolierte Kammern getrennt. So ist es bekannt, beim Füllen der Probeneinheit eine Kautschukdichtung am unteren Schlitz der Probeneinheit anzuordnen und dann Gel durch den unteren Schlitz mittels einer Subkutanspritze zu injizieren (US-PS 3 9Bo 54o). Dann wird die Dichtung von der Unterseite der Platte durch eine Steuerkurveneinheit entfernt, wobei die Platte ortsfest bleibt und die Dichtung selbst abgesenkt wird, damit der Bodenschlitz gegenüber einer Pufferlösung frei ist.

Dieses zweistufige Verfahren, bei welchem zunächst die Probeneinheit mit Gel gefüllt wird und dann unter Benutzung einer Pufferlösung die Spannung an der Probeneinheit angelegt wird, sowie die damit verbundene erforderliche elektrische Isolierung der Pufferlösung werden zu einer komplizierten Vorrichtung und zu aufwendigen Betriebserfordernissen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine demgegenüber erheblich vereinfachte Vorrichtung für die Elektrophorese mit vertikaler Gelplatte sowie ein vereinfachtes Verfahren zur Durchführung der Elektrolyse mit dieser Vorrichtung zu schaffen.

03003 5/0610

DEA-14 544 - 5 -

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die einen Behälter für eine leitende Pufferlösung und einen Längsdichtungsstreifen aufweist. Eine Probeneinheit hat dabei ein Paar von im Abstand angeordneten Platten für die Aufnahme von Gel, wobei offene obere und untere Schlitze vorgesehen sind. Zum Halten der Probeneinheit in einer Ausrichtung zum Abdichten eines Schlitzes am Streifen und in einer weiteren Ausrichtung, in welcher der Schlitz gegenüber einer Pufferlösung freiliegt, sind entsprechende Einrichtungen vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren für die Durchführung der Elektrophorese mit einer vertikalen Gelplatte verwendet als Probeneinheit ein Paar von im Abstand angeordneten Platten, die mit Gel nach dem Vergußverfahren gefüllt werden, wobei offene obere und untere Schlitze für den Kontakt mit der oberen und unteren Pufferlösung vorgesehen sind, an denen eine separierende Spannung während des Betriebs angelegt wird. Weiterhin sind Halteeinrichtungen vorgesehen, um den unteren Schlitz beim Vergießen abzudichten und um beide Schlitze den Pufferlösungen während des Betriebs auszusetzen. Erfindungsgemäß wird eine leere Probeneinheit in die Halteeinrichtung so eingesetzt, daß der untere Schlitz der Einheit abgedichtet ist. Dann wird Gel in die Einheit durch den offenen oberen Schlitz eingebracht. Danach wird die Einheit von der Halteeinrichtung entfernt und erneut eingeführt, so daß sowohl der obere als auch der untere Schlitz freiliegen. Schließlich werden der obere und untere Schlitz der Einheit, die mit Gel gefüllt ist, in Flüssigkeitskontakt mit den oberen und unteren Pufferlösungen angeordnet.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 perspektivisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Platten verwendenden Elektrophoreseeinheit,

030035/061 0

DEA-14 544 - 6 -

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 perspektivisch einen auf den Kopf gestellten, bei der Ausführungsform der Figuren 1 und 2 verwendeten Innenabschnitt,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 von Fig. 3, und

Fig. 6 im Schnitt den Wärmetauscherabschnitt von Fig. 2.

Fig. 1 zeigt die gesamte erfindungsgemäße Elektrophoreseeinheit mit vertikalen Gelplatten. Sie hat einen unteren Pufferlösungstank oder -behälter 11, der ein Paar von Probeneinheiten 12 und 13 hält, welche Gel enthalten und die gestrichelt dargestellt sind. Der Behälter 11 hat eine Oberseite mit zwei öffnungen für Wärmetauschrohre oder Kühlrohre 16 und 17. Zusätzlich sind Einrichtungen zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die Pufferlösungen vorgesehen, um den Elektrophoreseeffekt zu erzeugen. Diese Einrichtungen bestehen aus einer Klemme 18 an der Oberseite 14 und aus einer zweiten Klemme 19, die durch eine öffnung in der Oberseite hindurchgeht.

Bei dem Vergießen wird Gel unter der Bildung geeigneter Probenschächte in den Probeneinheiten 12 und 13 polymerisiert. In Betrieb wird eine Spannung an die Klemmen 1Θ und 19 angelegt, wodurch ein elektrischen Feld an der Oberseite und Unterseite der jeweiligen Probeneinheiten 12 und 13 anliegt, um die elektrophoretisch^ Trennung herbeizuführen.

Die Arbeitsweise ist am besten aus Fig. 2 zu ersehen. Die Probeneinheiten 12 und 13 enthalten polymerisiertes Gel 21 bzw. 22 zwischen einem Paar von im Abstand angeordneten

030035/061 0

DEA-14 544 - 7 -

rechteckigen Glasplatten 23a, 23b bzw. 24a, 24b. Jedes Paar von Platten 23, 24 hat einen unteren Schlitz 26, 27, der in Flüssigkeitskontakt mit der leitenden Pufferlösung 2Θ in einem teilweise gefüllten Tank 11 kommt, sowie einen oberen Schlitz 29, 3o, der in Flüssigkeitsverbindung mit der leitenden oberen Pufferlösung 32 steht, die sich in dem Behälter 33 befindet.

An der Unterseite 34 des Behälters 33 ist ein Paar von Längsdichtungsstreifen 36, 37 befestigt, die aus einem elastischen Material bestehen. Jeder Streifen hat eine langgestreckte öffnung 38, 39, die bei der Darstellung von Fig. 2 mit den Schlitzen 29 und 3o fluchtet. Die Öffnungen 38 und 39 führen mittels Öffnungen 41 und 42 im Boden 34 in den Behälter 33. Der obere Abschnitt der Öffnungen 41 und 42 ist erweitert, so daß eine zweidimensionale Elektrophorese ausgeführt werden kann, indem ein Tubengel in die erweiterten Abschnitte eingelegt wird. Dies erfolgt natürlich derart, daß die Oberseite 14 abgenommen ist und sich keine obere Pufferflüssigkeit 32 an Ort und Stelle befindet. Man sieht, daß genügend Raum für das Einbringen des Tubengels vorhanden ist.

Die obere Pufferlösung 32 stellt einen elektrischen Kontakt mit der Klemme 18 über die Oberseite 14 her, die an ihrer Verlängerung 14a eine Elektrode trägt, die mit der Klemme verbunden ist, die normalerweise in die Pufferlösung 32 eingetaucht ist.

Wie auch aus Fig. 3 zu ersehen ist, bilden der Behälter 33 und seine sich nach unten erstreckenden Probeneinheiten 12 und 13 einen U-förmigen Aufbau, bei welchem der Behälter von dem oberen Einbuchtungsabschnitt gebildet wird, während die Probeneinheiten 12 und 13 die Schenkel des U sind. Der Einbuchtungsabschnitt wird mittels seines Bodens 34 von dem Wärmetauscher oder der Kühleinheit 43 getragen, die im einzelnen in Fig. 6 gezeigt ist. Der Wärmetauscher 43 hat an

030 0 35/0610

2Ü62776

DEA-14 544 - 8 -

seinem unteren Abschnitt einen schleifenförmigen Kontaktgeber 44, der den elektrischen Kontakt mit der unteren Pufferlösung 28 herstellt und elektrisch mit der Klemme durch eine herkömmliche vertikale Tragsäulenverlängerung 46 des Wärmetauschers 43 verbunden ist.

Der Wärmetauscher 43 (Fig. B) hat einen Serpentinenweg in einer vertikalen Ebene für die Kühlflüssigkeit, wenn sie von dem Eingang 16 zum Ausgang 17 strömt. Dies wird durch die Kombination einer oberen Sammelleitung 51 und einer unteren Sammelleitung 52 erreicht, die durch vertikale Säu len 53 zusammengehalten sind. Die obere Sammelleitung 51 hat drei Kammern 51a, 51b und 51c. Die untere Sammelleitung hat Kammern 52a und 52b. Eine Mittelöffnung kann gewünschtenfalls als magnetischer Rührer verwendet werden. Zur Erzielung der Kühlwirkung verbinden Bündel von drei Rohren 54 die Hauptleitungsabschnitte 51c mit 52b. Das Rohrbündel 56 verbindet 52b mit 51b. Das Rohrbündel 57 verbindet 51b mit 52a. Schließlich verbindet das dreirohrige Bündel 5Θ die Hauptleitung 52a mit 51a und von dort mit dem AuslaB-rohr 17. Durch den Einsatz eines Serpentinenwegs und das Bündel aus drei Rohren ergibt sich eine groBe Kühlfläche für die untere Pufferlösung 2Θ. Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daB die untere Pufferlösung voll in Kontakt mit den beiden Platten 23a, 23b bzw. 24a, 24b steht, so daß eine wirksame Kühlung oder Temperaturregulierung für beide Seiten jeder Probeneinheit erreicht wird.

Der U-förmige Aufbau, wie er in Fig. 2 gezeigt ist und von der Behältereinheit 33 mit den Probeneinheiten 12 und 13 gebildet wird, sitzt auf der Oberseite 59 einer Hauptleitung 51 zwischen dem Einlaßrohr 16 und dem AuslaBrohr 17. Somit kann die Länge der Probeneinheiten in Vertikalrichtung nur durch Verlängerung der Haltesäulen 53 des Wärmetauschers 43 und natürlich auch durch Vertiefen des Tanks 11 erhöht werden.

030035/0610

ÜEA-14 544 - 9 -

In Fig. 3 ist der U-förmige Aufbau von Fig. 2 vom Tank entfernt und _auf den Kopf gestellt. Der Behälter 33 dient nun als Basis für die Probeneinheiten 12 und 13. Dies ist der Fall während des Gießverfahrens, bei welchem das Gel durch den offenen oberen Schlitz 29 im Falle der Probeneinheit 12 und den Schlitz 3o im Falle der Probeneinheit 13 eingefüllt wird. Man sieht, daß die Ausrichtung der Probeneinheiten 12 und 13 beim Eingießen verschoben ist und daß beide Einheiten 18o° um ihre horizontalen Aschen gedreht sind. Das heißt mit anderen Worten, daß, wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, der Schlitz 26 nun an dem Dichtungsstreifen 36 anliegt, während er in Fig. 2 der Pufferlösung 28 ausgesetzt war. Wenn beim Vergießen das Gel in die Probeneinheit eingebracht wird, muß der Boden der Probeneinheit natürlich abgedichtet sein. Wenn danach das Gel polymerisiert ist, kann die Dichtung für den Betrieb entfernt werden, bei welchem beide Enden des Gels einer Spannungsdifferenz ausgesetzt sind, um die Elektrophorese zu bewirken. Erfindungsgemäß wird nun das abgedichtete Vergießen dadurch ausgeführt, daß die Ausrichtung der Probeneinheiten 12 und 13 geändert wird, d. h. daß die Einheiten gekippt werden, und daß die Probeneinheiten eine Mittellinie haben, aus der das Paar von Platten 23a, 23b bzw. 24a, 24b versetzt ist. Dies ermöglicht, daß die Probeneinheiten, wie dies in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, gefüllt werden, während sie entfernt und entweder gekippt oder längs der vertikalen Achse um 18o° gedreht sind und dann wieder eingesetzt werden, so daß sie wieder die in Fig. 2 gezeigte Position einnehmen. In dieser Stellung fluchten die Schlitze 29 und mit den öffnungen 38 und 39 des Bodens 34 des oberen Pufferlösungsbehälters 33.

Wenn keine Probenschächte gewünscht sind, sondern statt dessen eine zweidimensionale Elektrophorese durch Verwendung der erweiterten Abschnitte 41 und 42 des Bodens 34 des Tanks 33 ausgeführt werden soll, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist,

030035/0610

ü b 2 / / b

DEA-14 544 - 1o -

brauchen die Probeneinheiten nur längs ihrer vertikalen Achse um 18o gedreht zu werden, da keine kammförmige Schachtbildungsstruktur \i< "wendet zu werden braucht.

Obwohl es in Fig. 3 nicht speziell dargestellt ist, besteht die übliche Praxis beirr! Vergießen darin, eine kammartige Kunststoffstruktur vorzusehen, die in die Schlitze 29 und 3o während der Polymerisierung des Gels eingesetzt wird, so daß eine Anzahl von vertikalen Probenschächten gebildet wird. Um danach diese Probenschächte mit den richtigen Öffnungen in dem oberen Pufferlösungstank 33 zu positionieren, müssen die Probeneinheiten 12 und 13 um ihre horizontalen Achsen gekippt werden. Dies ist dort erkennbar, wo die Halteschrauben für die Probenplatten in Fig. 2 nach außen und in Fig. 3 nach innen zeigen.

In den Figuren 4 und 5 ist der Aufbau der Probeneinheiten im einzelnen gezeigt. Die Probeneinheit 12 hat ein Paar von vertikalen Führungen 61, 62, die Probeneinheit 13 ein Paar von vertikalen Führungen 63 und 64. Jede Führung hat eine Innennut, beispielsweise die Innennut 66 bei der Führung 61, in welche nacheinander eine Glasplatte 23b, ein Distanzstück 67, welches die Stärke des Gels festlegt, eine Glasplatte 23a und ein abschließendes Distanzstück 68 angeordnet sind, gegen welches eine Schraube 69 drückt. Somit ist unter Bezugnahme auf Fig. 4, wo die Mittellinie mit der Platte 23a zusammenfallend dargestellt ist, die Versetzung der Glasplatten ersichtlich. Diese seitliche Versetzung ermöglicht die Änderung der Ausrichtung der Probeneinheiten, um sowohl das Vergießen als auch den Betrieb der Vorrichtung mit im Prinzip dem gleichen gemeinsamen Aufbau zu ermöglichen.

Die Probeneinheiten 12 und 13 werden, wie aus den Figuren und 5 zu ersehen ist, an Ort und Stelle durch die Kanäle gehalten, die sich vom Behälter 33 aus erstrecken. Am Ende

030035/0610

DEA-14 544 - 11 -

des Kanals 71 sitzt eine Nockeneinheit 72, die einen außermittigen Zapfen 73 hat, der mit einem horizontalen Kanal 74 fluchtet, der am oberen und unteren Abschnitt jeder Führungsschiene 61, 62, 63 und 64 angeordnet ist. Wie aus den Figuren 4 und 5 zu ersehen ist, drückt der Nocken 72, wenn er in die eine Richtung oder in die andere Richtung gedreht wird, das Paar von Glasplatten auf den Dichtungsstreifen 36.

03 0 03 5/0610

Claims

Patentansprüche

Elektrophoresevorrichtung mit vertikalen Gelplatten, gekennzeichnet durch einen Behälter (33) für eine leitende Pufferlösung (32) mit einem Längsdichtungsstreifen (36, 37), durch eine Probeneinheit (12, 13), die ein Paar von im Abstand angeordneten Platten (23a, 23bj 24a, 24b) für die Aufnahme von Gel aufweist, offene obere Schlitze (29, 3o) und untere Schlitze (26, 27) sowie eine vertikale Mittellinie hat, wobei das Paar der im Abstand angeordneten Platten (23a, 23bj 24a, 24b) zu der Mittellinie versetzt ist, durch gemeinsame Einrichtungen (61, 62i 63, 64j 67, 69) zum Halten der Probeneinheit (12, 13) in einer Ausrichtung bezüglich der Mittellinie zum Abdichten eines Schlitzes (29, 3o) gegen den Streifen (36, 37) für das Eingießen des Gels, und in einer weiteren Ausrichtung

Ü3OO35/O6:O

ORIGINAL INSPECTED

2352776

DEA-14 544 - 2 -

bezüglich der Mittellinie, bei welcher der Schlitz (29, 3o) von dem Streifen (36, 37) verschoben und einer Pufferlösung (32) für die Elektrophorese ausgesetzt ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Tank (11) für eine untere leitende Pufferlösung (2B), durch einen Plattenwärmetauscher (43), der sich in der Mitte des Tanks (11) nach unten erstreckt, durch einen U-förmigen Aufbau mit einem Einbuchtungsabschnitt, der von dem Wärmetauscher (43) getragen wird und einen Behälter (33) für eine obere Pufferlösung (32) bildet, wobei die nach unten verlaufenden Schenkel das Paar von Gel enthaltenden Probeneinheiten (12, 13) bilden, von denen jede mit einem unteren Schlitz (26, 27) in Flüssigkeitsverbindung mit der unteren Pufferlösung (28) und mit einem oberen Schlitz (29, 3o) in Fluidverbindung mit der oberen Pufferlösung (32) steht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Paar von Nockeneinrichtungen (72) zum Halten jedes Schenkels (12, 13) an dem Einbuchtungsabschnitt des LJ-förmigen Aufbaus.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daB der Wärmetauscher (43) einen serpentinenartigen Weg in der vertikalen Ebene für die Wärmeaustauschflüssigkeit hat.
5. Verfahren zur Durchführung einer Elektrophorese mit vertikalen Gelplatten, wobei als Probeneinheit ein Paar von im Abstand angeordneten Platten verwendet wird, die mit Gel nach dem VerguBverfahren gefüllt sind und offene obere und untere Schlitze für den Kontakt mit oberen und unteren Pufferlösungen auf-

030035/061 0

DEA-14 544 - 3 -

weisen, an denen eine trennende Spannung in Betrieb angelegt wird, wobei Halteeinrichtungen zum Abdichten des unteren Schlitzes beim Vergießen und zum Freilegen beider Schlitze gegenüber den Lösungen in Betrieb vorgesehen sind, die Halteeinrichtung einen Pufferlösungsbehälter, einen Längsdichtungsstreifen und benachbarte Langlöcher aufweist, die in den Behälter führen, dadurch gekennzeichnet, daß eine leere Einheit in die Halteeinrichtung so eingeführt wird, daß der untere Schlitz der Einheit abdichtend gegen den Dichtungsstreifen anliegt, daß in die Einheit Gel durch ihren offenen oberen Schlitz eingeführt wird, daß danach die Einheit von der Halteeinrichtung entfernt und in die Einheit wieder so eingeführt wird, daß ein Schlitz der Einheit von dem Dichtungsstreifen entfernt und ein Schlitz mit der Öffnung fluchtet, wodurch sowohl der obere als auch der untere Schlitz freiliegen, und der obere und untere Schlitz der Einheit in Flüssigkeitskontakt mit der oberen und unteren Pufferlösung gebracht werden.

030035/061 0