DE3046729C2 - Thermostatische Platte für eine Elektrophoreseeinrichtung - Google Patents

Description

parate Labyrinthsysteme soll das Verschleppen der Wärme von einer Kammerseite zur anderen verhindert werden. Der Kühlwassereintritt für die beiden Systeme ist am oberen Plattenende im Bereich der Breitenmitte; der Kühlwasserabfluß befindet sich jeweils an einer der beiden unteren Plauenecken.

Es hat sich herausgestellt, daß es bei der gleichzeitigen Elektrophorese mehrerer Materialproben darauf ankommt daß die Geltemperatur in Richtung senkrecht zur Wanderungsrichtung möglichst völlig konstant ist, damit man in der Gelschicht voneinander gut abgetrennte, geradlinige Wanderungsbänder der einzelnen Materialproben erhält; die Geltemperatur in Wanderungsnchtung darf durchaus in gewissem Ausmaße variieren. Die bekannten Anordnungen erfüllen diese Forderung nur teilweise.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, für eine besonders gleichmäßige TemperatMrvert. Y»ing quer der Wan■ derungsrichtung des zu untersuchenden Materials zu sorgen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Die Leitstreifen sorgen aufgrund ihrer erhöhten Wärmeleitfähigkeit für einen wirksamen Temperaturausgleich quer zur Wanderungsrichtung. Der Temperaturausgleich in Wanderungsrichtung dagegen ist erschwert, da sowohl die Abstandsstreifen und ggf. der Zusatzstreifen als auch die Platten aus Glas bestehen, also is Material mit schlechter Wärmeleitfähigkeit. Die zwangsläufige Erwärmung Hes Kühlwassers längs des Strömungsweges hat also nur zur Folge, daß die in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Leitstreifen steigende Temperatur aufweisen. Jeder Leitstreifen für sich hat über seine Länge jedoch angenähert konstante Temperatur Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt dann, daß eine Durchlichtbeleuchtung der Gelschicht möglich ist, die in vielen Fällen günstiger ist als d;c <\uflichtbeleuchtung. Es können ohne Schwierigkeiten Glasplatten mit äußerst hoher Planizität verwendet werden. Dies ist dann von Bedeutung, wenn an einer der beiden Glasplatten eine sehr dünne Gelschicht anliegt, beispielsweise mit einer Dicke von 0,02—1,5 mm. Und schließlich ist die erfindungsgemäße thermostatische Platte aufgrund ihres geringen Gewichts leicht zu handhaben. Dies ist insbesondere bei wechselnden Versuchsaufbauten von Bedeutung und dann, wenn es günstiger ist zum Auf-

bringen bzw. Ablösen der Gelschicht die thermostatische Platte aus dem Versuchsaufbau herauszunehmen.

Eine einfache Ausführungsform der Erfindung, welche ohne Zusatzstreifen auskommt, ist im Anspruch 2 angegeben.

Die im Ansprach 3 angegebene geringe Dicke der der Gelschicht nächstgelegenen Glasplatte sorgt dafür, daß der thermische Widerstand zwischen dem zirkulierenden Wärmeaunauschermittel und dem Gel gering ist, was einen verbesserten Wärmeübergang und in der Folge eine verbesserte zeitliche und räumliche Konstanz der Giltemperatur zur Folge hat, insbesondere dann, wenn die Gelschicht unmittelbar an der ihr nächstgelegenen Glasplatte anliegt Um auch in diesem Falle die erforderliche mechanische Stabilität der Platte zu erhalten, ist die der Gelschicht fernere Glasplatte mit einer Dicke entsprechend Anspruch 3 auszuführen.

Eine Verklebung der Leitstreifen mit elastischem Kleber gemäß Anspruch 4 erhöht die Stabilität der Anordnung.

Eventuell auftretende unterschiedliche Wärmeausdehnungen werden vom elastischen Kleber kompen siert

Die erfindungsgemäße thermostatische Platte ist besonders für den Einsatz bei der Elektrophorese biologischer Makromoleküle mittels einer an einer der Glasplatten anliegenden Gelschicht einer Dicke zwischen 0,02 und 1,5 mm geeignet Dies liegt unter anderem an der guten Planizität dieser Glasplatte, der mit einfachen Mitteln erzielbaren großen Längsabmessung der Glasplatte, der günstigen Temperaturverteilung über die Fläche der Glasplatte und der leichten Handhabbarkeit der thermostatischen Platte.

Die Erfindung wird im folgenden an zwei Ausführungsbeispielen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfmdungsgemäßen thermostatischen Platte mit teilweise abgebrochener oberer Glasplatte;

F i g. 2 einen Schnitt der Anordnung nach F i g. 1 entlang der Lini. H-II und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform bei abgenommener oberer Glasplatte.

Die in den F i g. 1 und 2 gezeigte erste Ausführungsform einer thermostatischen Platte ist allgemein mit 10 bezeichnet Sie besteht aus zwei Glasplatten, einer in Fig.2 unteren Glasplatte 12 sowie Jner oberen Glasplatte 14, die parallel übereinander angeordnet sind und von einem mehrteiligen Abstandsstreifen 16 in definiertem Abstand voneinander gehalten werden. Die beiden Glasplatten 12 und 14 ^aben gleichen Umriß (siehe Fig. 1). jedoch unterschiedliche Dicke. Die Dicke a der unteren Glasplatte 12 beträgt 3 mm, die Dicke b der oberen Glasplatte beträgt 13 mm. Die außenliegende Oberseite 18 (siehe F i g. 2) der oberen Glasplatte 14 ist aufgrund einer entsprechenden Vorbehandlung gelabstoßend ausgebildet um das Ablösen der an der Oberseite 18 zur Anlage kommenden Gelschichten zu erleichtern. Die beiden Glasplatten bestehen ebenso wie der mehrteilige Abstandsstreifen 16 aus Spiegel-Glas (floated procedure glass), welches mit der geforderten Dimensionsgenauigkeit, insbesondere der Planizität der oberen Glasplatte 14, relativ kostengünstig erhältlich ist Der Abstandsstreifen 16 läuft entlang des rechteckigen Umrisses der Glasplatten 12 und 14. Er besteht aus .zwei in F i g. 1 vpn oben nach unten verlaufenden Längsabschnitten, ¹On denen der linke mit 20 und der rechte mit 22 bezeichnet ist, sowie aus zwei deren Enden verbindenden Querabschnitten, einem in F i g. 1 unteren Querabschnitt 24 sowie einem oberen Querabschnitt 26. Der Abstandsstreifen 16 ist in sich geschlossen und schließt daher einen Innenraum 28 zwischen den Glasplatten 12 und 14 ein. Um durch den Innenraum 18 Wärmeaustauschermittel, z. B. über eine gesonderte Thermostaiheizung erwärmtes Wasser leiten zu können, sind zwei Anschlüsse vorgesehen, ein Zulaufanschluß 30 sowie ein Ablaufanschluß 32. Der Zulaufanschluß 30 ist nahe des unteren Endes des Längsab-Schnitts 22 vorgesehen, wozu der Längsabschnitt 22 unterbrochen ist In den hierdurch gebildeten Zwischenraum 34 ist der Zulaufanschluß 30 eingeklebt unter vollständiger Ausfüllung des übrigen Zwischenraums 34 mit Klebstoff.

In gleicher Weise ist der Ablaufanschluß 32 in einen Zwischenraum 36 eingeklebt der zwischen dem oberen Ende des Längsabschnitts 20 und dem linken Ende des dementsprechend verkürzten Querabschnitts 26 gebildet ist (siehe F i g. 1).

Bei in eme Elektrophoreseeinrich'ung eingebauter thermostatischer Platte 10 liegt an dw Oberseite 18 der oberen Glasplatte 14 eine Gelschicht an, wobei das zu untersuchende Material am in F i g. 1 oberen oder unteren Ende der Gelschicht dieser zugeführt und jnter der Wirkung eines dementsprechend gerichteten elektrischer, Feldes zum jeweils anderen Ende der Gelschicht wandert Die in F i g. 1 eingezeichnete, mit A bezeichnete Wanderungsrichtung verläuft demnach parallel zu den Längsabschnitten 20 und 22. Um voneinander gut getrennte, geradlinige Wandprungsbahnen verschiedener Proben zu erhalten, die an einem Längsende der Gelschicht nebeneinander auf die Gelschicht aufgetragen worden sind, ist es notwendig, daß die Temperatur der Gelschicht, in zur Wanderungsrichtung A senkrechter Richtung B (siehe Fig. 1) möglichst konstant ist Um dies zu erreichen, wird das Wärmeaustauschermittel längs eines angenähert zickzackförmigen oder schlangenförmigen Weges 38 durch den Innenraum 28 geführt. Zwischen den Richtungsumkehrpunk-

ten verläuft die Strömungsrichtung Cangenähert parallel γίγ Richtung B, also senkrecht zur Wanderungsrichtung A. Um diesen Strömungsweg 38 zu erhalten, sind in den Innenraum 28 eine Reihe von Leitstreifen 40 eingesetzt, die parallel zur Richtung B verlaufen uno abwechselnd vom Längsabschnitt 20 und vom Längsabcchnitt 22 ausgehen. Die Länge der Leitstreifen 40 ist kleiner als der lichte Abstand zwischen den Längsabschnitten 20 und 22, so daß man den gewünschten Strömungsweg 38 erhält.

Die Leitstreifen 40 bestehen aus gut wärmeleitendem Metall, z. B. Kupfei, um die Temperaturkonstanz in Richtung ßnoch weiter zu verbessern.

Vor dem Zusammenbau der thermostatischen Platte 10 werden sämtliche Teile sorgfältig und gründlich ger einigt, beispielsweise in Azeton: die metallischen Lötstreifen 40 werden in geeigneter Weise vorbehandelt, z. B. mit einem chemischen Haftvermittler (chemical primer) der Firma TEROSON, Heidelberg. Dann wird der mehrteilige Abstar Jsstreifen 16 auf eine der Glasplatten 12 oder 14 aufgeklebt ebenso wie dit Anschlüsse 30 und 32 und die Leitstreifen 40, Hierbei ist zu beachten, daß die Teile nicht mit allzu hohem Druck zusammengepreßt werden dürfen und daß überschüssiger Kleber entfernt werden muß. Nach dem Hartwerden des KIebers wird die ander« Glasplatte 14 oder 12 aufgelegt und sowohl mit dem Abstandsstreifen 16 als auch mit dem Leitstreifen 40 verklebt Die Zwischenräume 34 und 35 werden um die Anschlüsse 30 und 32 herum

aufgefüllt, so daß der Innenraum 38 nach außen hin bis auf die Anschlüsse 30 und 32 abgedichtet ist.

Vom Kleber wird hohe Elastizität, gute elektrische Isoliereigenschaften, Widerstandsfähigkeit gegen Wasser und Pufferlösungen sowie gute thermische Leitfähigkeit verlangt, jeweils bei Temperaturen bis zu 100° C. Als geeignet hat sich ein Silikonkleber (der Firma TE-ROSON, Heidelberg) herausgestellt. Zur Verklebung der Leitstreifen 40 mit der oberen Glasplatte 14 (die mit der Gelschicht in Berührung steht) kann man jedoch auch einen Zweikomponentenkleber (z. B. von der Firma Henkel) einsetzen, da dieser Kleber noch bessere thermische Leitfähigkeit besitzt.

Die Umfangsabmessungen der Glasplatten 12 und 14 werden entsprechend den Abmessungen der verwendeten Gelschicht festgelegt. Beispielsweise werden Glasplatten 12 und 14 mit folgenden Umfangsabmessungen eingesetzt: 200 mm · 200 mm. 280 mm · 355 mm.

tl/V ItIIII ÜIIU JUU ΓΓΐίΠ

schlangenförmigen Strömungsweg 138 zu erhalten, ist ein Zusatzstreifen 150 in den Innenraum 128 bündig zwischen die beiden Glasplatten eingeklebt Der Zusatzstreifen 150 verläuft in geringem Abstand vom Längsabschnitt 120 parallel zu diesem. Der Zusatzstreifen 150 geht vom Querabschnitt 126 aus, wobei seine Länge geringer ist als der lichte Abstand zwischen den beiden Querabschnitten 124 und 126. Auf diese Weise ist zwischen dem Zusatzstreifen 150 und dem Längsabschnitt 120 ein Kanal 152 ausgebildet, der vom Zulaufanschluß 130 zum entgegengesetzten Ende der Platte 110 führt Von da ab verläuft der Strömungsweg 138 wieder Zickzack- oder schlangenförmig nach oben, in gleicher Weise wie bei der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Platte 10. Dies wird wiederum durch die Leitstreifen 140 erreicht, die in diesem Falle im Bereich zwischen dem in F i g. 3 rechten Längsabschnitt 122 und dem Zusatzstreifen 150 angeordnet sind und abwechselnd vom Zusatz-

900 ΓπΓιΊ. streifen ISO und vorn Lsngsabschr.itt J22 ausgehen.

Eine thermostatische Platte 10 mit den Abmessungen 20 Auch hier ist die Länge der Leitstreifen 140 geringer als

der lichte Abstand zwischen Zusatzstreifen 150 und Längsabschnitt 12Z Als Material für den Zusatzstreifen 150 kommt in erster Linie Glas in Frage, damit die Leitstreifen 140 über ihre jeweilige Länge konstante Temperatur haben; unterschiedliche Leitstreifen !40 dage gen können unterschiedliche Temperaturen haben.

Die im vorstehenden beschriebenen thermostatischen . hatten zeichnen sich unter anderem dadurch aus. daß ihre Herstellungskosten gering sind (etwa 10 bis 20 phorese (pre-eK trophoresis) kann die Wärmeleistung 30 mal geringer als die herkömmlicher Platten), daß sie auch bis zu 100 Watt betragen. Die Platte 10 wurde bei besonders geeignet sind für den Temperaturbereich um Temperaturen im Bereich zwischen 5 und 75° C betrie- 70° C, der für die DNS Sequenzierung besonders geeigben. Hierbei ist zu beachten, daß die Platte 10 nicht net ist und daß die dünne Glasplatte 14 bzw. 114 in schockartig erwärmt oder abgekühlt wird. Um bei- direktem Kontakt mit der zu verwendeten Gelschicht spielsweiseeine Betriebstemperatur von +70°C,ausge- 35 ist bei verbessertem Wärmeübergang und hoher Temperaturkonstanz vor allem in Richtung senkrecht zur Wanderungsrichtung. Da die Glasplatten transparent sind, kann die Gelschicht durch die Glasplatten hindurch beleuchtet und/oder beobachtet werden. Die Zugabe von Probenmaterial sowie deren Wanderung kann daher bequem beobachtet werden. Die Platten 10 bzw. 110 sind leicht zu handhaben und können daher wie gewöhnliche Glasplatten ggf. mehrfach aus- und eingebaut

200 mm · 400 mm wurde erfolgreich in einer Elektrophoreseeinrichtung eingesetzt, bei der an die Gelschicht eine Spannung von 10 000 Volt angelegt wurde. Dabei wurde das Wärmeaustauschermittel durch eine separate Thermostatheizung (FRIGOMIX 1495 der Firma Braun) geleitet. Die Druckdifferenz zwischen dem Zulauf- und dem Ablaufanschluß 30 bzw. 32 betrug 160 bis 240 mbar. die von der Platte 10 abgegebene Wärmeleistung betrug 30 bis 40 Watt. Während der Vorelektro-

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werden. Die Meßanordnung kann horizontal oder verti-

hend von Zimmertemperatur, zu erreichen, wurde die Platte 10 7iierst in drei tOT-Schritten innerhalb von insgesamt 15 bis 20 Minuten auf 50°C erwärmt und dann in vier 5°C-Schritten innerhalb von insgesamt 20 Minuten auf 70° C erwärmt.

Aufgrund der mit der vorstehend beschriebenen Platte 10 erzielbaren guten Planizität der an der Gelschicht anliegenden Oberseite 18 und der sehr guten Temperaturkonstanz in Richtung des Pfeils B, also senkrecht zur Wanderungsrichtung A, ist die Platte 10 besonders für 45 kai sein.

sehr dünne Gelschichten (0,02 bis 1,5 mm Dicke) geeig- Die bei der Elektrophorese notwendige Erwärmung

net. die die Trennung von biologischen Makromolekü- der Gelschicht kann, wie in Standard-Elektrophoreselen mit hoher Meßgenauigkeit erlauben. Als spezielle apparaturen üblich, ausschließlich durch Joulesche ErMeßverfahren kommen vor allem die DNS Sequenzie- wärmung aufgrund des durch die Gelschicht fließenden ning^(DNA sequencing), die SDS-Gel-EIektrophorese 50 Stroms vorgenommen werden. Dabei kann jedoch eine (SDS PAGE) U-. J die isoelektrische Fokussierung (iso- ungleichmäßige örtliche Temperaturverteilung entsteelectric focusing) in Frage. hen, die zu einer thermischen Verzerrung benachbarter

In F i g. 3 ist eine zweite, mit 110 bezeichnete Ausfüh- Makromolekülbänder und sogar zur Beschädigung der rungsform einer thermostatischen Platte dargestellt Glasplatten führen kann. Derartige Beschädigungen Hierbei sind Teile, die Teile in den Fig. 1 und 2 entspre- 55 sind ausgeschlossen, wenn die vorbeschriebenen therchen, mit denselben Bezugsziffern, jeweils vermehrt um mostatischen Platten eingesetzt werden. In Verbindung die Zahl 100 versehen. In Fig. 3 ist die obere Glasplatte mit den angesprochenen dünnen Gelschichten einer der Einfachheit halber weggelassen. Im Unterschied zur Dicke von 0,02 bis 1,5 mm lassen sich höhere Spannunersten Ausführungsform gemäß den F i g. 1 und 2, liegen gen an die Gelschichten anlegen. Man erhält kürzere die Anschlüsse 130 und 132 beide am in Fig.3 oberen 50 Meßzeit, verbesserte Auflösung und verbesserte Tren-Ende der Platte 110, was den Anschluß der Platte 110 an nung der Makromolekülbänder. --

eine nicht dargestellte Wärmeaustauschermittelversor-

gung erleichtert Dabei sind die Anschlüsse 130 und 132 jeweils zwischen eines der Enden des dementsprechend verkürzten Ouerabschnitts 126 und den entsprechenden es Enden der Längsabschnitte 120 bzw. 122 eingeklebt Um auch in dieser Konfiguration den für die gewünschte Temperaturverteilung erforderlichen Zickzack- oder

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Thermostatische Platte für eine Elektrophoreseeinrichtung bei der ein zu untersuchendes Material eine ebene Gelschicht in einer in der Gelschichtebene liegenden Wanderungsrichtung durchläuft, mit einem einen Innenraum aufweisenden Plattengehäuse und mit zumindest zwei am Plattengehäuse ausgebildeten, jeweils mit dem Innenraum verbundenen Anschlüssen zum Leiten eines Wärmeaustauschermittels durch die Platte, bei der das Plattengehäuse durch zwei parallele, mit Abstand voneinander angeordnete ebene, rechteckige Platten und einen zwischen den Platten angeordneten, längs des jeweiligen Umfangs beider Platten verlaufenden, mit den Platten verbundenen, den zwischen den Platten gebildeten innenraum abschließenden Abstandsstreifen mit zur Wanderungsrichtung parallelen Längsab&v ^mitten und diese verbindenden Querabschnitten gebildet ist und bei dsr zur Führung des Wärmeaustauschermittels im wesentlichen in einer zur Wanderungsrichtung senkrechten Strömungsrichtung durch den Innenraum im Innenraum zumindest ein zur Wanderungsrichtung senkrechter Leitstreifen angeordnet ist, welcher von einem der Längsabschnitte oder von einem ggf. in den Innenraum eingesetzten, zur Wanderungsrichtung senkrechten Zusatzstreifen ausgeht und eine Länge aufweist, die geringer ist als der lichte Abstand zwischen dem '-ängsabschnitt bzw. dem Zusatzstreifen und dem in Strömungsrichtung nächstliegenden. vom anderen Längsaoschniti oder vom Zusatzstreifen gebildeten Bausei!, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten vl2, 14; 112), der Abstandsstreifen (16; 116) und ggf. der Zusatzstreifen (150) aus Glas bestehen, und daß der zumindest eine Leitstreifen (40; 140) aus wärmeleitendem Material, vorzugsweise Kupfer, Aluminium oder Edelstahl, besteht.

2. Thermostatische Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlüsse (30, 32) in in Wanderungsrichtung A von einander entfernten Endbereichen der Längsabschnitte (22) bzw. (20) vorgesehen sind, und daß die Leitstreifen (40) über die Länge der Längsabschnitte (20,22) verteilt, abwechselnd von dem einen und dem anderen Längsabschnitt (20) bzw. (22) ausgehen.

3. Thermostatische Platte nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Gelschicht nächstgelegene Glasplatte (14) eine Dicke b von 1—4 mm. vorzugsweise 1.4— 1.8 mm, am besten etwa 1,5 mm und die der Gelschicht ferne Glasplatte (12) eine Dicke a von 2—4 mm, am besten etwa 3 mm aufweist.

4. Thermostatische Platte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Leitstreifen (40; 140) mit beiden Glasplatten (12, 14; 112) mittels elastischem Kleber verklebt ist.

5. Verwendung der thermostatischen Platte nach einem der Ansprüche 1 —4 zur Elektrophorese biologischer Makromoleküle mittels einer an einer der Glasplatten anliegenden dünnen Gelschicht einer Dicke von vorzugsweise 0,02— 1,5 mm.

Die Erfindung betrifft eine thermostatische Platte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige thermostatische Platte ist bekannt (Zeitschrift für analytische Chemie, Band 261 (1972), Seiten 388—391). Das dort beschriebene Elektrophoresegerät weist eine Zwischenkühlplatte auf, in deren Innenraum senkrecht zur Wanderungsrichtung der Kühlflüssigkeit Lötstreifen angeordnet sind. Diese Leitstreifen gehen abwechselnd von einem Längsabschniti des Ab-Standsstreifens und einem Zusatzstreifen aus, welcher es erlaubt, beide Anschlüsse am gleichen Ende der Zwischenkühlplatte anzuordnen. Die Abstandsstreifen, der Zusatzstreifen sowie die Leitstreifen sind offenbar einstückig aus gleichem Material hergestellt

Aus G. I. T. Fachzeitschrift Laboratorium, 15. Jahrgang, Heft 11, Seite 1278 ist es weiter bekannt, daß eine gradientenfreie Kühlung bei der Hochspannungs-Elektrophorese von Bedeutung ist Um dies zu erreichen, wird eine Aluminium-Profilplatte mit zur Wanderungsrichtung parallelen, die Leitstreifen bildenden Stegen