DE3717211C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung und Reinigung von Molekülen aus einer Lösung durch Adsorption der Moleküle an eine in der Vorrichtung angeordneten Matrix sowie die Verwendung dieser Vorrichtung.The invention relates to a device for the separation and purification of molecules from a Solution by adsorbing the molecules onto one in the Device arranged matrix and the use of this device.
Zur Probenaufbereitung in chemisch, biochemisch und molekularbiologisch orientierten Laboratorien werden Chromatographiematerialien unterschiedlichster Art seit langem in bewährter Weise verwendet. Häufig fallen da bei die Proben in Mikromaßstab an, insbesondere im bio chemischen und molekularbiologischen, aber auch im ana lytisch-chemischen Laboratorium. Die chromatographi schen Materialien werden auch zur Extraktion von be stimmten Bestandteilen aus den Proben eingesetzt. Die als Festphasenextraktion zu bezeichnende Verfahrenswei se kann man sich auch zur Reinigung und Trennung von Substanzgemischen in Lösung zunutze machen. Bislang wurden neben den Chromatographiesäulen, insbesondere in der Hochdruckflüssigkeitschromatographie, auch Kartu schen, Einwegspritzen oder kleine Plastikchromatogra phiesäulen, die jeweils mit dem gewünschten Chromato graphiematerial gefüllt sind, verwendet.For sample preparation in chemical, biochemical and molecular biology-oriented laboratories Chromatography materials of all kinds long used in a proven manner. Often fall there for the samples on a micro scale, especially in the bio chemical and molecular biological, but also in ana lytic-chemical laboratory. The chromatographi materials are also used for the extraction of be agreed components from the samples. The Procedure to be referred to as solid phase extraction You can also use it to clean and separate Use substance mixtures in solution. So far were used in addition to the chromatography columns, especially in high pressure liquid chromatography, also Kartu disposable syringes or small plastic chromatographs phy pillars, each with the desired chromato graphic material are used.
Diese Hilfsmittel, die im Niederdruckbereich Verwendung finden, zeichnen sich unvorteilhaft dadurch aus, daß sie nicht mit etablierten Laboratoriumsgerätschaften kompatibel sind. Ein weiterer Nachteil dieser Hilfsmit tel besteht darin, daß sie nur eine Flußrichtung der die zu trennenden und reinigenden Moleküle enthaltenden Lösung zulassen. Man muß also bei der Verfahrensweise gemäß dem Stand der Technik die Probe zunächst in ein Vorratsgefäß, beispielsweise eine Einwegspritze, brin gen, um sie dann durch das Flußmittel, insbesondere Kartuschen oder Extraktionssäulen, zu drücken. These aids that are used in the low pressure range find, are disadvantageously characterized in that not with established laboratory equipment are compatible. Another disadvantage of this aid tel is that it is only one direction of flow of the the molecules to be separated and cleaned Allow solution. So you have to go with the procedure according to the prior art, the sample is first placed in a Storage vessel, for example a disposable syringe, brin conditions to them by the flux, in particular Cartridges or extraction columns.
Daher bedient man sich in der Praxis dieser Hilfsmittel überwiegend dann, wenn man die unerwünschten Produkte adsorbieren will. Ansonsten muß man das Vorratsgefäß, beispielsweise die Einwegspritze, entfernen, mit einer die adsorbierte Substanz eluierenden Lösung erneut be schicken und anschließend durch das Hilfsmittel drücken, um die gewünschten Produkte zu erhalten. Durch das Ab nehmen und Aufsetzen eines Vorratsgefäßes besteht je doch eine Kontaminationsgefahr für den Mitarbeiter, die Umwelt und die Probe selbst. Die Gefahr besteht gerade im medizinisch-technischen Bereich, wenn insbesondere mit infektiösem Material gearbeitet wird, oder auch in biochemisch-molekularbiologischen Laboratorien, wenn insbesondere mit radioaktiven Substanzen hantiert wird.This is why these tools are used in practice mostly when you get the unwanted products wants to adsorb. Otherwise you have to use the storage container, for example, remove the disposable syringe with a the adsorbed substance eluting solution again send and then push through the tool, to get the products you want. By the Ab take and put on a storage vessel each but a risk of contamination for the employee who Environment and the sample itself. The danger is just now in the medical-technical field, if in particular working with infectious material, or in biochemical-molecular biological laboratories, if especially handling radioactive substances.
In der Praxis besteht ein erheblicher Bedarf an einer Vorrichtung, die es in einfacher Weise ermöglicht, ein Verfahren zur Reinigung und Trennung von Molekülen aus einer Lösung durchzuführen.In practice there is a considerable need for one Device that allows a simple Process for the purification and separation of molecules to carry out a solution.
Aufgabe der Erfindung ist es also, eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht,The object of the invention is therefore a device to provide, which enables
- - Moleküle aus einer Lösung zu extrahieren,- extract molecules from a solution,
- - keine bevorzugte Extraktions- oder Elutionsrichtung zu verlangen,- No preferred extraction or elution direction to demand,
- - eine Abtrennung und Wiederhinzufügung eines Vorrats gefäßes zu vermeiden,- a separation and re-addition of a supply to avoid vessel
- - die Trennungs- und Reinigungsoperationen in einem geschlossenen System durchzuführen,- the separation and cleaning operations in one closed system,
- - die Kontaminationsgefahr für Personal, Umwelt und Probe zu vermeiden, und- the risk of contamination for personnel, the environment and Avoid sample and
- - gleichzeitig die Arbeitsweise insgesamt zu erleich tern.- At the same time to facilitate the overall working method tern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vor richtung gemäß Anspruch 1. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The object is achieved by a pre direction according to claim 1. Describe the subclaims preferred embodiments of the invention Contraption.
Die DE-A 32 11 309 betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung chromatographischer Trennungen, die in zylindrischen Hohlkörpern ablaufen. Bei dieser sogenannten Säulenchromatographie ist es für eine vernünftige Trennleistung erforderlich, die Fließgeschwindigkeit des Elutionsmittels möglichst konstant zu halten. Durch die spitz zulaufende Endung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dies jedoch nicht möglich. Des weiteren ist es ein essentielles Erfordernis, das Totvolumen in der Säule so klein wie nur möglich zu halten. Auf keinen Fall aber ist es möglich, nur 5 bis 50% der Chromatographiesäule mit der zur Trennung bestimmten Matrix zu füllen. Weiterhin ist es in der Säulenchromatographie nicht bekannt, Pipetten an die Säulen anzuschließen.DE-A 32 11 309 relates to a device for carrying out chromatographic separations in cylindrical Hollow bodies run off. With this so-called Column chromatography is there for a reasonable separation performance required the flow rate of the To keep eluent as constant as possible. Through the pointed end of the device according to the invention however, this is not possible. Furthermore, it is an essential requirement, the dead volume in the Keep the pillar as small as possible. No way In the event, however, it is possible to use only 5 to 50% of the chromatography column with the matrix intended for separation to fill. Furthermore, it is in column chromatography not known to connect pipettes to the columns.
Die Druckschrift Beythien/Diemair, Laboratoriumsbuch der Lebensmittelchemiker, 8. Auflage (1963), S. 62-64, beschreibt die Säulenchromatographie (Säulenfiltration) (s. Abb. 14, Seite 64). Das zur DE-A 32 11 309 Ausgeführte gilt sinngemäß, da es auch hier zur Trennung notwendig ist, konstante Fließbedingungen des Elutionsmittels zu gewährleisten.Beythien / Diemair, laboratory book der Lebensmittelchemiker, 8th edition (1963), pp. 62-64, describes column chromatography (column filtration) (see Fig. 14, page 64). That made for DE-A 32 11 309 applies mutatis mutandis, since it is also necessary for separation here is constant flow conditions of the eluent to guarantee.
Dem Katalog "Technische Spezialitäten, Apparate, Instrumente und Präparate für Labor und Betrieb", Fa. Reichelt Chemietechnik GmbH & Co. (1979), S. 91-93 ist zwar eine Vielzahl von chromatographischem Zubehör entnehmbar, jedoch ausnahmslos zur Verwendung bei der Säulenchromatographie. Die dort angebotenen Gegenstände können die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile nicht beseitigen. The catalog "Technical specialties, apparatus, instruments and preparations for laboratory and operation ", Fa. Reichelt Chemietechnik GmbH & Co. (1979), pp. 91-93 a large number of chromatographic accessories can be removed, however, without exception for use in column chromatography. The items offered there can the disadvantages inherent in the prior art do not eliminate.
Die DE-A 32 11 309 betrifft auch ein Verfahren, mit dem Stoffgemische in ihre Bestandteile zerlegt werden können. Wie bei allen säulenchromatographischen Verfahren, sei es HPLC, FPLC, MPLC oder einfache Säulenchromatographie - und nur diese Verfahren sind hier betroffen (s. Seite 5, Beschreibung der Figur 1) - wird die Probe auf den Säulenkopf aufgegeben, und ohne Änderung der Fließrichtung wandert das Gemisch unter Trennung durch die Säule. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist jedoch eine Umkehrung der Fließrichtung des Lösungsmittels unumgänglich, um überhaupt den erfindungsgemäß gewollten Zweck, nämlich einfache Trennung einer bestimmten Komponente aus einem Gemisch zu erreichen.DE-A 32 11 309 also relates to a method with which Mixtures of substances can be broken down into their components. As with all column chromatography procedures, be it HPLC, FPLC, MPLC or simple column chromatography - and only these procedures are affected here (see page 5, description of Figure 1) - is the sample abandoned on the column head, and without changing the The mixture flows through in the direction of flow with separation the pillar. However, in the method according to the invention a reversal of the direction of flow of the solvent indispensable in order to at all the one wanted according to the invention Purpose, namely simple separation of a certain one To achieve component from a mixture.
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch den Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor richtung. Die Matrix 2 wird von zwei Einrichtungen 3a, 3b begrenzt, die gleichzeitig dafür sorgen, daß die Matrix 2 in der gewählten Position fixiert ist. Die Einrichtungen 3a, 3b werden vorzugsweise an der Wandung des Hohlkörpers 1 festgeklemmt. Es kann jedoch neben der Befestigung durch Spannung auch eine Befestigung durch Festkleben der Einrichtungen erreicht werden. Beide Methoden führen zu einem Abdichtungseffekt zwi schen den Einrichtungen 3a, 3b und der Wand des Hohl körpers 1. Vorzugsweise findet sich zwischen der unte ren Einrichtung 3b und der engeren Öffnung 4b ein frei er Raum, wobei dieser freie Raum klein sein soll gegen über dem Gesamtvolumen des Hohlkörpers. Die die Basis des Kegelstumpfs bildende Öffnung 4a der beiden Öffnungen 4a und 4b ist so ausgestaltet, daß sie auf eine handelsübliche Pipette paßt. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß der Hohlkörper 1 in Form einer kommerziell im Fachhandel erhältlichen Pipettenspitze ausgestaltet ist. Die Matrix 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht vorzugsweise aus einem porösen Chromatographiematerial, insbesondere auf der Basis von Silicagel, Aluminiumoxid, Titandioxid, Hydroxylapatit, Dextran, Agarose, Acrylamid, Polystyrol, Polyvinylalkohol oder anderen organischen Polymeren, Derivaten oder aus Copolymeren der oben genannten Trägermaterialien. Das die Matrix 2 bildende Material kann auch ein oberflächlich modifiziertes, poröses Chromatographiematerial auf der Basis von Silicagel, Aluminiumoxid, Titandioxid, Hydroxylapatit, Dextran, Agarose, Acrylamid, Polystyrol, Polyvinylalkohol oder anderen organischen Polymeren, Derivaten oder aus Copolymeren der oben genannten Trägermaterialien sein. Figs. 1 and 2 schematically show the construction of a preferred embodiment of the device according to the invention before. The matrix 2 is delimited by two devices 3 a, 3 b, which simultaneously ensure that the matrix 2 is fixed in the selected position. The devices 3 a, 3 b are preferably clamped to the wall of the hollow body 1 . However, in addition to fastening by tension, fastening by gluing the devices in place can also be achieved. Both methods lead to a sealing effect between the devices 3 a, 3 b and the wall of the hollow body 1 . Preferably, there is a free space between the lower device 3 b and the narrower opening 4 b, this free space should be small compared to the total volume of the hollow body. The opening 4 a of the two openings 4 a and 4 b forming the base of the truncated cone is designed such that it fits on a commercially available pipette. A preferred embodiment of the device according to the invention is that the hollow body 1 is designed in the form of a pipette tip that is commercially available in specialist shops. The matrix 2 of the device according to the invention preferably consists of a porous chromatography material, in particular based on silica gel, aluminum oxide, titanium dioxide, hydroxylapatite, dextran, agarose, acrylamide, polystyrene, polyvinyl alcohol or other organic polymers, derivatives or from copolymers of the above-mentioned carrier materials. The material forming the matrix 2 can also be a surface-modified, porous chromatography material based on silica gel, aluminum oxide, titanium dioxide, hydroxyapatite, dextran, agarose, acrylamide, polystyrene, polyvinyl alcohol or other organic polymers, derivatives or from copolymers of the above-mentioned carrier materials.
Die Wahl des entsprechenden Chromatographiematerials ist abhängig von den jeweiligen zu trennenden und zu rei nigenden Molekülen und ist dem Fachmann aufgrund der Regeln in der Chromatographie bekannt. So wird bei spielsweise ein polares Molekül, wenn es an der Matrix 2 adsorbiert werden soll, nur dann an der Oberfläche der Matrix 2 adsorbiert, wenn entsprechende Wechselwir kungen vorliegen, die beispielsweise ebenfalls durch polare Gruppen an der Oberfläche der Matrix 2, jedoch mit entgegengesetzter Polarität, vermittelt werden. So können beispielsweise Ionenaustauschermaterialien als Matrix 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Trennung und Reinigung von polaren Molekülen eingesetzt werden. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemä ßen Vorrichtung können als Matrix 2 ein Reversed-Phase- und/oder ein Affinitätschromatographiematerial beinhalten. Die Porengröße der porösen Chromatographie materialien beträgt vorzugsweise 20 bis 1000 nm, und die Korngröße der Materialien insbesondere 10 bis 2000 µm, vorzugsweise 75 µm bis 125 µm.The choice of the appropriate chromatography material depends on the particular molecules to be separated and purified and is known to the person skilled in the art on the basis of the rules in chromatography. For example, a polar molecule, if it is to be adsorbed on the matrix 2 , is only adsorbed on the surface of the matrix 2 if corresponding interactions are present, which are also, for example, due to polar groups on the surface of the matrix 2 , but with the opposite Polarity. For example, ion exchange materials can be used as matrix 2 of the device according to the invention for the separation and purification of polar molecules. Further preferred configurations of the device according to the invention can contain a reversed-phase and / or an affinity chromatography material as matrix 2 . The pore size of the porous chromatography materials is preferably 20 to 1000 nm, and the grain size of the materials in particular 10 to 2000 microns, preferably 75 microns to 125 microns.
Die die Matrix 2 fixierenden Einrichtungen 3a, 3b sind vorzugsweise poröse Fritten mit Porengrößen von 10 µm bis 1 mm, vorzugsweise 70 µm bis 2000 µm. The devices 3 a, 3 b fixing the matrix 2 are preferably porous frits with pore sizes of 10 μm to 1 mm, preferably 70 μm to 2000 μm.
Die porösen Fritten können aus Kunststoffen, insbesondere aus Teflon (PTFE), Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyurethan etc. bestehen. Aber auch anorganische Werkstoffe, wie Glas und/oder gesintertes Metall sind geeignete Materialien zur Herstellung der porösen Fritten.The porous frits can be made of plastics, in particular made of Teflon (PTFE), polyethylene, polypropylene, polystyrene, Polyurethane, etc. exist. But also inorganic Materials such as glass and / or sintered metal are suitable materials for the production of porous Fries.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt in der praktischen Handhabung und der Art der Packung der Matrix 2, die einen Fluß der die Moleküle enthaltenden Lösung in Hin- und Rückrichtung zuläßt. Ist der kegel stumpfförmige Hohlkörper 1 beispielsweise als Pipet tenspitze ausgebildet, so wird die Pikettenspitze in die Probe eingetaucht, die Probe in der Pipettenspitze durch die Matrix 2 hindurch hochgesaugt und anschlie ßend herausgedrückt. Dadurch wird eine höhere Effizienz der Adsorption erzielt, da die Probe das Chromatogra phiematerial zweimal passiert. Da man mit einem ge schlossenen System arbeiten kann, wird eine Kontaminie rung der Probe oder eine Gefährdung der Umwelt vermie den. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erleichtert die Arbeitsweise insgesamt, die bei der Trennung und Reini gung von Molekülen anzuwenden ist. Insbesondere können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch Biopo lymere, insbesondere Nucleinsäuren und Proteine, schnell, einfach und sicher fraktioniert werden.The advantage of the device according to the invention lies in the practical handling and the type of packing of the matrix 2 , which allows the solution containing the molecules to flow in the back and forth direction. If the frustoconical hollow body 1 is formed, for example, as a pipette tip, the piquette tip is immersed in the sample, the sample is sucked up through the matrix 2 in the pipette tip and then pressed out. This achieves a higher efficiency of adsorption, since the sample passes through the chromatography material twice. Since you can work with a closed system, contamination of the sample or danger to the environment is avoided. The device according to the invention facilitates the overall method of operation which is to be used in the separation and purification of molecules. In particular, with the aid of the device according to the invention, biopolymers, in particular nucleic acids and proteins, can also be fractionated quickly, easily and safely.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist geeignet zur Verwendung in einem Trennungs- und Reinigungsverfahren für Moleküle, vorzugsweise Biopolymere wie Proteine und/oder Nukleinsäuren, insbesondere von anderen Zellbestandteilen.The device according to the invention is suitable for use in a separation and purification process for Molecules, preferably biopolymers such as proteins and / or Nucleic acids, especially from other cell components.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einem Verfahren zur Trennung von Molekülen vorteilhaft eingesetzt werden. Die die Moleküle enthaltenden, zu trennenden und zu reinigenden Moleküle können mittels einer Pipette durch die Matrix 2 befördert werden. Soll die Pipettenspitze als Säulenersatz in herkömmlichen Verfahren eingesetzt werden, so kann mittels eines Silikonschlauches die Pipettenspitze auch mit einer Einwegspritze verbunden werden.The device according to the invention can advantageously be used in a method for separating molecules. The molecules containing, to be separated and to be purified can be conveyed through the matrix 2 by means of a pipette. If the pipette tip is to be used as a column replacement in conventional processes, the pipette tip can also be connected to a disposable syringe using a silicone tube.
Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Trennung und Reinigung insbesondere von Biopolymeren, wie Nukleinsäuren und Proteine, als Matrix 2 Ionenaustauscherchromatographiematerialien, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 36 39 949.3 vorgeschlagen werden. Es handelt sich dabei um mit Anionenaustauschergruppen oberflächlich modifiziertes Chromatographiematerial auf Silicagelbasis. Befindet sich beispielsweise die Matrix 2 in einer Pipettenspitze, so saugt man die Nukleinsäure mit der Pipette durch die Matrix 2. Dabei werden unter Verwendung von Puffern niedriger Ionenstärke die langkettigen Nukleinsäuren adsorbiert. Will man die kurzkettigen Nukleinsäuren anschließend verwerten, drückt man die Lösung wieder durch die Matrix 2 hindurch und fängt sie auf. Dann können weitere Verfahrensschritte folgen. Ist man jedoch an der Analyse der langkettigen Nukleinsäuren interessiert, kann man nach einigen Waschschritten die langkettigen Nukleinsäuren durch Elution mit Puffern hoher Salzkonzentration (hohe Ionenstärke) wieder eluieren und entsprechend weiterverarbeiten.The device according to the invention for the separation and purification, in particular of biopolymers, such as nucleic acids and proteins, preferably contains 2 ion exchange chromatography materials as matrix, as are proposed in the German patent application P 36 39 949.3. It is silica gel-based chromatography material modified on the surface with anion exchange groups. For example, if the matrix 2 is in a pipette tip, the nucleic acid is sucked through the matrix 2 with the pipette. The long-chain nucleic acids are adsorbed using buffers of low ionic strength. If you then want to utilize the short-chain nucleic acids, you push the solution back through the matrix 2 and catch it. Then further procedural steps can follow. However, if you are interested in analyzing the long-chain nucleic acids, you can elute the long-chain nucleic acids again after a few washing steps by elution with buffers with a high salt concentration (high ionic strength) and process them accordingly.
Die Fig. 3 zeigt ein Elutionsprofil, das bei Verwen dung von Anionenaustauschermaterialien bei der Verwen dung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhalten werden kann. Es zeigt sich, daß bei Verwendung des in der deut schen Patentanmeldung P 36 39 949.3 vorgeschlagenen Materials zur Trennung von Nukleinsäuren ein Elutions profil erhalten wird, durch das mit steigender Ionen stärke Nukleinsäuren mit steigender Kettenlänge eluier bar werden. So wird doppelsträngige DNS mit Basenpaaren < 500 erst bei einer Ionenstärke von 1,3 M Natriumchlo rid erhalten, während einzelsträngige DNS des Phagen M 13 schon bei 1,1 M Natriumchlorid eluiert wird. Die Elutionspeaks sind so scharf, daß sogar "baseline"-Trennungen möglich sind. Bei einer mittleren Ionenstärke zwischen 0,5 und 1 M Natriumchlorid eluieren Nukleinsäuren wie tRNS, 5S RNS und mRNS. Bei niedrigen Ionenstärken von 0,1 bis 0,5 werden bereits Polysaccharide, Proteine, Metaboliten, Farbstoffe, einzelne Nukleotide, Proteine wie BSA (bovine serum albumin) und kleinere Nukleotide wie beispielsweise ein Nukleotid Decamer, das als "linker" verwendet wird, eluiert. Fig. 3 shows an elution profile dung at USAGE of anion exchange materials for the USAGE dung of the device according to the invention can be obtained. It can be seen that when using the material proposed for the separation of nucleic acids in German patent application P 36 39 949.3, an elution profile is obtained by which nucleic acids with increasing chain length become eluent with increasing ions. Double-stranded DNA with base pairs <500 is only obtained with an ionic strength of 1.3 M sodium chloride, whereas single-stranded DNA of phage M 13 is eluted with 1.1 M sodium chloride. The elution peaks are so sharp that even "baseline" separations are possible. With an average ionic strength between 0.5 and 1 M sodium chloride, nucleic acids such as tRNA, 5 RNA and mRNA elute. At low ionic strengths of 0.1 to 0.5, polysaccharides, proteins, metabolites, dyes, individual nucleotides, proteins such as BSA (bovine serum albumin) and smaller nucleotides such as, for example, a nucleotide decamer, which is used as the "left", are eluted .
Eine Verfahrensvariante besteht darin, als Matrix 2 ein Affinitätsadsorbens, wie es beispielsweise in der deut schen Patentanmeldung P 36 27 063 vorgeschlagen wird, zu verwenden. Die Durchführung des Verfahrens erfolgt analog zur oben beschriebenen Verfahrensweise.One method variant is to use an affinity adsorbent as matrix 2 , as is proposed, for example, in German patent application P 36 27 063. The procedure is carried out analogously to the procedure described above.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Trennverfahren gewährleistet die folgenden Vorteile, insbesondere bei molekularbiologischen Operationen:The use of the device according to the invention in Separation process ensures the following advantages, especially in molecular biological operations:
- - Durchführung von DNS-Präparationen in sogenannten "minikreps",- Implementation of DNA preparations in so-called "mini creps",
- - Reinigung von mRNS, rRNS, viraler RNS und RNS-Tran skripten,- Purification of mRNA, rRNA, viral RNA and RNA train scripts,
- - Reinigung von Proben, die nach Nicktranslation, End markierung oder Oligonukleotid-induzierter Markie rung (Oligolabeling) erhalten werden,- Cleaning samples after nick translation, end label or oligonucleotide-induced label tion (oligolabeling) can be obtained,
- - Entfernung der DNS-linker in Klonierungsexperimen ten,- Removal of the DNA linker in cloning experiments ten,
- - Reinigung von Nukleinsäuren nach Gelextraktion sowie- Purification of nucleic acids after gel extraction as well
- - schnelle Reinigung von Nukleinsäuren nach Abdauung mit Restriktionsenzymen, Phosphatasebehandlungen, Polymerasereaktionen usw. anstelle einer zeitaufwen digen Phenolbehandlung.- Fast cleaning of nucleic acids after digestion with restriction enzymes, phosphatase treatments, Polymerase reactions etc. instead of a time consuming one phenol treatment.
Die bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhältliche Reinheit in Routinepräparationen ist zumin dest mit durch Caesiumchlorid-Dichtegradienten-Zentri fugation erhaltenen Proben vergleichbar. Die isolierten Nukleinsäuren sind befreit von Proteinen, Polysacchari den und anderen Zellmetaboliten und zeigen keinerlei Inhibierung von Enzymen bei enzymatischen Reaktionen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Isolierung und Reinigung von Nukleinsäuren aus Oligonukleotiden bis hin zu Plasmiden verwendet werden, wobei der Zeit aufwand auf Bruchteile im Vergleich zu anderen Verfah ren eingeschränkt wird.When using the device according to the invention available purity in routine preparations is at least least with cesium chloride density gradient centri fugation obtained samples comparable. The isolated Nucleic acids are free of proteins, polysacchari the and other cell metabolites and show none Inhibition of enzymes in enzymatic reactions. The device according to the invention can be used for insulation and purification of nucleic acids from oligonucleotides down to plasmids are used, the time expenditure on fractions compared to other processes is restricted.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Verfahren wird in den folgenden Beispielen näher erläutert. Dabei wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform, der Pipettenspitze, eingesetzt.The use of the device according to the invention in Different methods are used in the following examples explained in more detail. The inventive Device in a preferred embodiment, the Pipette tip used.
In eine 1 ml Pipettenspitze wird eine 70 µm Polyethylen-Fritte mit 4 mm Durchmesser, Dicke 1,6 mm, eingeführt und durch Drücken festgeklemmt. Danach werden ca. 70 mg des Chromatographiematerials, vorgeschlagen in der deutschen Patentanmeldung P 36 39 949, trocken eingefüllt. Das Chromatographiematerial wird mit einer wie oben beschriebenen Fritte mit 5,7 mm Durchmesser verschlossen und die Fritte durch Festdrücken an ihrem Platz fixiert. A 70 µm polyethylene frit is placed in a 1 ml pipette tip with 4 mm diameter, thickness 1.6 mm and clamped by pressing. Then approx. 70 mg of the chromatography material proposed in the German patent application P 36 39 949, filled dry. The chromatography material is used with a like Sealed frit with a diameter of 5.7 mm and the frit by pressing on her Fixed space.
Analog verfährt man bei 200 µl fassenden Pipettenspit zen bzw. 5000 µl fassenden Pipettenspitzen.The same procedure is followed for a 200 µl pipette tip zen or 5000 µl pipette tips.
Die allgemeine Handhabung der in Beispiel 1 hergestell ten Pipettenspitze geschieht wie folgt:General handling of those prepared in Example 1 The pipette tip happens as follows:
Zunächst wird die Pipettenspitze einmal mit 100 µl ei nes geeigneten Adsorptionspuffers äquilibriert. Bei einem zu verarbeitenden Probenvolumen von 100 bis 200 µl reicht es aus, die Probe etwa fünfmal durch das Chro matographiematerial zu drücken. Soll jedoch eine größe re Flüssigkeitsmenge verarbeitet werden, wie sie bei spielsweise nach Gelelution anfällt, kann die Probe mittels eines Silikonschlauches, der die Pipettenspitze und eine Einwegspritze verbindet, durch die Matrix hin durchgezogen werden. Es ist dann ausreichend, daß die Probe nur zweimal das Chromatographiematerial passiert. Dabei sollte die Fließgeschwindigkeit der Lösung nicht höher als 1 ml pro Minute sein.First the pipette tip is filled with 100 µl egg equilibrated nes suitable adsorption buffer. At a sample volume to be processed from 100 to 200 µl is sufficient, the sample through the chro about five times to press matography material. But should be a size re amount of liquid to be processed, as in for example after gel elution, the sample can by means of a silicone tube that holds the pipette tip and connects a disposable syringe through the matrix be pulled through. It is then sufficient that the Sample only passes the chromatography material twice. The flow rate of the solution should not be be higher than 1 ml per minute.
Als Äquilibrierungs- und Adsorptionspuffer kann der Puffer A verwendet werden.As an equilibration and adsorption buffer, the Buffer A can be used.
Puffer A:
400 mM Natriumchlorid
15% Ethanol
50 mM MOPS (3-N-Morpholinopropansulfonsäure)
1 mM EDTA (Ethylendiamintetraacetat)
pH 7,0Buffer A:
400 mM sodium chloride
15% ethanol
50 mM MOPS (3-N-morpholinopropanesulfonic acid)
1 mM EDTA (ethylenediaminetetraacetate)
pH 7.0
Analog zum oben beschriebenen Adsorptionsvorgang werden die Waschschritte durchgeführt. Als Waschpuffer dienen bei Nukleinsäurepräparationen typischerweise die Puffer B, C und D.Analogous to the adsorption process described above performed the washing steps. Serve as a wash buffer in the case of nucleic acid preparations, typically the buffers B, C and D.
Puffer B:
750 mM Natriumchlorid
15% Ethanol
50 mM MOPS
1 mM EDTA
pH 7,0Buffer B:
750 mM sodium chloride
15% ethanol
50 mM MOPS
1mM EDTA
pH 7.0
Puffer C:
1000 mM Natriumchlorid
15% Ethanol
50 mM MOPS
1 mM EDTA
pH 7,0Buffer C:
1000 mM sodium chloride
15% ethanol
50 mM MOPS
1mM EDTA
pH 7.0
Puffer D:
1000 mM Natriumchlorid
50 mM MOPS
pH 7,0Buffer D:
1000 mM sodium chloride
50 mM MOPS
pH 7.0
Man füllt ein Eppendorf-Gefäß mit 1 ml Waschpuffer und spült dreimal 150 µl durch das Chromatographiematerial, um Verunreinigungen zu entfernen. Dieser Schritt wird wiederholt.An Eppendorf vessel is filled with 1 ml of washing buffer and rinses 150 µl three times through the chromatography material, to remove contaminants. This step will repeated.
Die Elution der adsorbierten Nukleinsäuren erfolgt wie in beiden vorangegangenen Schritten entweder mit einer Eppendorf- oder Gilson-Pipette oder mit einer Einweg spritze, wobei darauf zu achten ist, daß die Pipetten spitze mittels eines Silikonschlauches mit der Einweg spritze verbunden ist. Es wird einfach der Elutionspuf fer E oder FThe adsorbed nucleic acids are eluted as in both previous steps either with a Eppendorf or Gilson pipette or with a disposable syringe, taking care that the pipettes tip with a silicone tube with the disposable syringe is connected. It just becomes the elution puff fer E or F
Puffer E:
1100 mM Natriumchlorid
15% Ethanol
4 M Urea
50 mM MOPS
1 mM EDTA
pH 7.0Buffer E:
1100 mM sodium chloride
15% ethanol
4 M urea
50 mM MOPS
1mM EDTA
pH 7.0
Puffer F:
1500 mM Natriumchlorid
15% Ethanol
50 mM MOPS
1 mM EDTA
pH 7.50Buffer F:
1500 mM sodium chloride
15% ethanol
50 mM MOPS
1mM EDTA
pH 7.50
durch die Pipettenspitze gesaugt bzw. gedrückt. Dieser Schritt wird einmal wiederholt. Die Eluate werden ver einigt und die Nukleinsäure daraus gefällt. sucked or pressed through the pipette tip. This Step is repeated once. The eluates are ver agreed and the nucleic acid precipitated from it.
Eine Pipettenspitze, hergestellt nach Beispiel 1, wird mit 50 mM Natriumphosphatpuffer hydratisiert und äqui libriert, indem man 750 µl Puffer mehrmals durch die Pipette saugt. Eine Probe, die 20 µg Plasmid pBR322 DNS in 500 µl 0,5 M Natriumchlorid und 50 mM Natriumphos phat, pH 7, enthält, wird an das Chromatographiemate rial durch fünfmaliges Hochsaugen und Ausdrücken adsor biert. Nicht gebundene Bestandteile und Verunreinigun gen werden durch fünfmaliges Hochsaugen und Ausdrücken von jeweils 1 ml frischem 0,5 M Natriumchlorid und 50 mM Natriumphosphat, pH 7, ausgewaschen. Die Plasmid-DNS wird anschließend mit 1,5 M Natriumchlorid und 50 mM Natriumphosphat, pH 7, eluiert, indem man 1 ml des Elu tionspuffers dreimal hochsaugt und ausdrückt.A pipette tip, manufactured according to Example 1, is hydrated with 50 mM sodium phosphate buffer and equilibrated by sucking 750 μl buffer several times through the pipette. A sample containing 20 µg plasmid pBR322 DNA in 500 µl 0.5 M sodium chloride and 50 mM sodium phosphate, pH 7 , is adsorbed onto the chromatography material by sucking it up five times and squeezing it out. Unbound constituents and impurities are washed out five times by sucking up and squeezing out 1 ml of fresh 0.5 M sodium chloride and 50 mM sodium phosphate, pH 7. The plasmid DNA is then eluted with 1.5 M sodium chloride and 50 mM sodium phosphate, pH 7, by sucking up and expressing 1 ml of the elution buffer three times.
Eine Plasmid-DNS-Probe wird in einer sogenannten Mini präparation typischerweise durch folgende Schritte ge wonnen:A plasmid DNA sample is in a so-called mini preparation typically by following the steps won:
Die Bakterienzellen werden über Nacht inkubiert und am nächsten Tag durch Zentrifugation geerntet. Das Pellet wird in 85 µl einer eiskalten Lösung von 50 mM Tris- HCl, pH 7.4, mit 2 mg/ml Lysozym (frisch zubereitet) aufgeschlossen und 10 Minuten auf Eis inkubiert. Danach werden 20 µl einer 0.5 M EDTA-Lösung hinzugefügt und weitere 10 Minuten inkubiert. Nach Zugabe von 4 µl 2% igem Triton X′ 100 inkubiert man auf Eis für eine wei tere Stunde. Die Probe wird in einer Laborzentrifuge 30 Minuten bei maximaler Drehzahl zentrifugiert, und 100 µl des von Zelltrümmern befreiten Zell-Lysates werden in ein anderes Mikrozentrifugenröhrchen (sog. Eppendorf-Gefäß) überführt, wonach 1 Volumen 2 M Natriumchlorid, 100 mM MOPS, pH 7, und 5 µl Isoamylalkohol zugegeben werden. Eine erfindungsgemäße Pipettenspitze, hergestellt nach Beispiel 1, wird mit 100 µl Puffer C äqui libriert. Danach adsorbiert man 100 µl einer E. coli- Plasmid-DNS-Probe an dem Chromatographiematerial, indem man die Probe fünfmal auf- und abpipettiert. Nach der Adsorption wird mit insgesamt 2 bis 5 ml des Puffers C gewaschen, woraufhin die Plasmid-DNS mittels 300 µl des Puffers F eluiert wird. Anschließend fällt man die DNS mit 300 µl Isopropanol, läßt 15 Minuten stehen und zen trifugiert die Probe dann in einer Laborzentrifuge 30 Minuten lang.The bacterial cells are incubated overnight and on harvested by centrifugation the next day. The pellet is dissolved in 85 µl of an ice-cold solution of 50 mM Tris HCl, pH 7.4, with 2 mg / ml lysozyme (freshly prepared) disrupted and incubated on ice for 10 minutes. After that 20 µl of a 0.5 M EDTA solution are added and incubated for a further 10 minutes. After adding 4 µl 2% Triton X ′ 100 is incubated on ice for a white tere hour. The sample is placed in a laboratory centrifuge 30 Centrifuged at maximum speed for minutes, and 100 µl of cell lysate freed from cell debris into another microcentrifuge tube (so-called Eppendorf tube) transferred, after which 1 volume of 2 M sodium chloride, 100 mM MOPS, pH 7, and 5 ul isoamyl alcohol added will. A pipette tip according to the invention manufactured according to Example 1, is equi with 100 ul buffer C. librated. Then adsorb 100 µl of an E. coli Plasmid DNA sample on the chromatography material by the sample is pipetted up and down five times. After Adsorption is carried out with a total of 2 to 5 ml of buffer C washed, whereupon the plasmid DNA using 300 ul of Buffer F is eluted. Then you drop the DNS with 300 µl isopropanol, let stand for 15 minutes and zen the sample is then centrifuged in a laboratory centrifuge For 30 minutes.
Die Isolierung von mRNS, rRNS und viraler RNS von Roh extrakten geschieht wie folgt:Isolation of mRNA, rRNA and viral RNA from Roh extracts happens as follows:
Der RNS-Extrakt wird mit Ethanol gefällt und das erhal tene Pellet in TE-Puffer (10 mM Tris/l mM EDTA, pH 7.5) resuspendiert. Man stellt die Adsorptionsbedingungen durch Zugabe von 0.1 Volumenteil (bezogen auf die re suspendierte Lösung) 5 M Natriumchlorid und 0,2 Volu menteile 250 mM MOPS auf pH 7.0 ein. Die Pipettenspitze wird mit 1 µl Puffer A äquilibriert. Danach wird die Probe durch fünfmaliges Auf- und Abpipettieren an das Chromatographiematerial adsorbiert. Man spült mit Puf fer A, um Verunreinigungen zu eliminieren. Die Elution erfolgt mit 300 µl des Puffers C. Die RNS wird durch Zugabe von 2,5 Volumenteilen Ethanol gefällt. Nach Ste henlassen bei -20°C, 30 Minuten, wird in einer Eppen dorf-Zentrifuge insgesamt 30 Minuten bei höchster Dreh zahl zentrifugiert. Das Pellet wird vor der Weiterver arbeitung sorgfältig mit Ethanol gewaschen. Die Probe soll einen Nukleinsäuregehalt von höchstens 15 µg ha ben. The RNA extract is precipitated with ethanol and this is obtained tene pellet in TE buffer (10 mM Tris / 1 mM EDTA, pH 7.5) resuspended. One sets the adsorption conditions by adding 0.1 part by volume (based on the right suspended solution) 5 M sodium chloride and 0.2 vol portion 250 mM MOPS to pH 7.0. The pipette tip is equilibrated with 1 µl buffer A. After that the Sample by pipetting up and down five times on the Chromatography material adsorbed. You wash with puf fer A to eliminate contaminants. The elution is done with 300 µl of buffer C. The RNS is through Add 2.5 parts by volume of ethanol. According to Ste Leave at -20 ° C, 30 minutes, in one step village centrifuge for a total of 30 minutes at maximum speed centrifuged number. The pellet is pre-processed work carefully washed with ethanol. The sample should have a nucleic acid content of at most 15 µg ha ben.
Reinigung von mRNS zur Synthese der entsprechenden cDNS wird, wie in Beispiel 5 beschrieben, durchgeführt.Purification of mRNA to synthesize the corresponding cDNA is carried out as described in Example 5.
Nicht verbrauchte Triphosphate in Markierungsreaktionen wie Nicktranslationen, Endmarkierungen und Oligonukleo tid-abhängigen Markierungen (Oligolabeling) von DNS werden wie folgt entfernt:Triphosphates not used in labeling reactions such as nick translations, end marks and oligonucleo tid-dependent labeling (oligolabeling) of DNA are removed as follows:
Die Markierungsreaktion der DNS wird durch Zugabe von 2 µl 0,5 M EDTA pro 20 µl Probenvolumen beendet, und man stellt die Adsorptionsbedingungen durch Zugabe von 1 Volumenteil des Puffers C ein. Die Gesamtsalz-Endkon zentration soll in etwa 500 mM betragen. Die Pipetten spitze gemäß der Erfindung wird mit 100 µl Puffer B äquilibriert. Die Probe wird durch fünfmaliges Hochsau gen und Ausdrücken an das Chromatographiematerial adsor biert und insgesamt mit 10 ml des Puffers B gewaschen, um die nicht reagierten Nukleotide abzutrennen. Die Fließgeschwindigkeit des Waschpuffers soll vorzugsweise ca. 5 ml pro Minute betragen. Die markierte DNS wird anschließend mit insgesamt 300 µl des Puffers F elu iert. Die Probe kann direkt weiterverwendet werden, wenn sie mit dem zur Hybridisierung vorgesehenen Puffer mindestens 1 : 20 verdünnt wird. Anderenfalls wird die Probe ausgefällt und in TE-Puffer gelöst.The labeling reaction of the DNA is carried out by adding 2 µl 0.5 M EDTA per 20 µl sample volume ended, and man sets the adsorption conditions by adding 1 Volume part of the buffer C. The total salt end con concentration should be about 500 mM. The pipettes tip according to the invention is with 100 ul buffer B equilibrated. The sample is raised five times conditions and expressions on the chromatographic material adsor beer and washed with a total of 10 ml of buffer B, to separate the unreacted nucleotides. The Flow rate of the wash buffer should preferably about 5 ml per minute. The highlighted DNS is then with a total of 300 µl of the buffer F elu iert. The sample can be used directly, if with the buffer intended for hybridization is diluted at least 1:20. Otherwise the Sample precipitated and dissolved in TE buffer.
Die Entfernung eines DNS-linkers von einer DNS mit mehr als ca. 400 Basenpaaren in einem Klonierungsexperiment wird wie folgt durchgeführt: Removing a DNS linker from a DNS with more as about 400 base pairs in a cloning experiment is carried out as follows:
Die zu reinigende Probe wird mit 1 Volumenteil des Puf fers C verdünnt, damit die Endkonzentration an Salz ungefähr 500 mM beträgt. Die erfindungsgemäße Pipetten spitze wird mit 100 µl des Puffers A äquilibriert. Die Probe wird wie in den vorhergehenden Beispielen adsor biert. Die erfindungsgemäße Pipettenspitze wird mit Puffer B gespült, um die Verunreinigungen zu entfernen. Die DNS wird desorbiert und eluiert mit insgesamt 300 µl des Puffers F. Anschließend isoliert man die DNS durch Isopropanolfällung (Zugabe von 1 Volumenteil) und läßt 15 Minuten auf Eis stehen, wonach sich eine Zen trifugation der Probe in einer Zentrifuge für die Dauer von 30 Minuten anschließt. Danach wäscht man sorgfältig mit 70%igem Ethanol.The sample to be cleaned is mixed with 1 volume of the puf fers C diluted so that the final concentration of salt is about 500 mM. The pipettes according to the invention tip is equilibrated with 100 µl of buffer A. The Sample is adsorbed as in the previous examples beer. The pipette tip according to the invention is included Buffer B flushed to remove contaminants. The DNA is desorbed and eluted with a total of 300 µl of buffer F. The DNA is then isolated by isopropanol precipitation (addition of 1 part by volume) and leaves on ice for 15 minutes, after which there is a zen centrifuge the sample in a centrifuge for the duration of 30 minutes. Then you wash carefully with 70% ethanol.
Die Schnellreinigung einer DNS-Probe nach enzymatischer Modifizierung (zum Beispiel durch Phosphatase, Restriktionsendonuklease, Polymerasen usw. sowie Cofaktoren) erreicht man gemäß folgender Verfahrensweise:The quick cleaning of a DNA sample after enzymatic Modification (for example by phosphatase, restriction endonuclease, Polymerases etc. as well as cofactors) can be achieved according to the following procedure:
Das zugrunde liegende Reaktionsvolumen beträgt 50 µl und enthält nicht mehr als 100 mM Natriumchlorid. 5 µl 0,5 M EDTA, pH 8.0, werden zum Reaktionsvolumen hinzu gefügt, um die Modifizierungsreaktion abzubrechen. Ein Volumenteil des Puffers C wird zugegeben, um die Adsorp tionsbedingungen einzustellen mit einer Salzkonzentra tion von etwa 500 mM. Die erfindungsgemäße Pipetten spitze wird äquilibriert, die Probe wird adsorbiert und anschließend eluiert wie in Beispiel 8 beschrieben. Auch die weitere Behandlung der Probe geschieht wie in Beispiel 8 beschrieben. The underlying reaction volume is 50 µl and contains no more than 100 mM sodium chloride. 5 µl 0.5 M EDTA, pH 8.0, are added to the reaction volume added to cancel the modification reaction. A Volume part of buffer C is added to the adsorp conditions with a salt concentration tion of about 500 mM. The pipettes according to the invention tip is equilibrated, the sample is adsorbed and then eluted as described in Example 8. The further treatment of the sample is done as in Example 8 described.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch dazu benutzt werden, um Agarose- und Acrylamid-Verunreinigungen ef fizient abzutrennen. Dies ist insbesondere dann erfor derlich, wenn Gelelutionen der Probe stattgefunden ha ben. Bei Anwendung der im folgenden beschriebenen Ver fahrensweise wird die DNS gleichzeitig konzentriert, selbst wenn das Startvolumen einige ml beträgt. Die DNS hat eine Größe von < 400 Basenpaaren und kann in einer Menge von 5 ng bis 15 µg vorliegen. Die Probenvorberei tung und die Äquilibrierung der erfindungsgemäßen Pi pettenspitze wird, wie in Beispiel 8 beschrieben, durch geführt. Dann überführt man die Probe in eine Einweg spritze und drückt sie zweimal durch die erfindungsge mäße Pipettenspitze. Dabei soll die Fließgeschwindig keit bei etwa 250 µl/min liegen. Die erfindungsgemäße Pipettenspitze wird anschließend mit 5 ml des Puffers B gewaschen bei einer Durchflußgeschwindigkeit von 5 ml/min. Die Weiterbehandlung der DNS-Probe geschieht wie in Beispiel 8 beschrieben.The device according to the invention can also be used for this to agarose and acrylamide impurities efficient separation. This is especially necessary This is the case if gel elution of the sample has taken place ben. When using the Ver the DNA is concentrated at the same time, even if the starting volume is a few ml. The DNS has a size of <400 base pairs and can be combined in one Amounts of 5 ng to 15 µg are available. The sample preparation device and the equilibration of the Pi according to the invention pette tip is as described in Example 8 by guided. Then you transfer the sample to a disposable syringe and pushes it twice through the fiction moderate pipette tip. The flow speed should be speed are around 250 µl / min. The invention Pipette tip is then covered with 5 ml of buffer B washed at a flow rate of 5 ml / min. The further treatment of the DNA sample happens as described in Example 8.
Claims (11)
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
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