DE3816625A1

DE3816625A1 - Apparatus for gel electrophoresis, in particular fluorescence gel electrophoresis

Info

Publication number: DE3816625A1
Application number: DE19883816625
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Ansorge
Original assignee: Europaisches Laboratorium fuer Molekularbiologie EMBL
Current assignee: Europaisches Laboratorium fuer Molekularbiologie EMBL
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1988-05-16
Publication date: 1989-11-30

Abstract

An apparatus for gel electrophoresis includes a gel carrier for a planar gel layer 14 having a translucent plate 18 on at least one side of the gel layer. The light beam 32 is conducted through the plate 18 in such a manner that the angle of incidence alpha of the light beam at the interface 50 between plate and gel layer is slightly less than or about equal to the limit angle of total reflection. The part-beam 52 refracted into the gel layer 14 then runs essentially parallel to the gel layer plane and therefore crosses all the gel electrophoresis paths. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gel-Elektrophorese, insbesondere zur Fluoreszenz-Gelelektrophorese, umfassendThe invention relates to a device for Gel electrophoresis, especially for Fluorescence gel electrophoresis comprising

- a gel carrier for a flat gel layer with a flat, translucent, with the gel on one Contact side face in direct contact standing plate on at least one side of the Gel layer,
- An electrode arrangement with one electrode each Area of two opposite ends of the Gel layer,
- A lighting arrangement with a light source and an optical light guide for guiding a Light beam through the gel layer at least approximately parallel to the gel layer plane and at least approximately at right angles to Distance direction between the two electrodes,
- A detector arrangement for measuring the of Electrophoresis samples in the area of the light beam emitted light.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 46 75 095 bekannt. Es lassen sich hiermit mittels eines einzigen Lichtstrahls gleichzeitig sämtliche von den verschiedenen Proben durchlaufenen Elektrophoresebahnen oder -pfade erfassen. Die Divergenz des Lichtstrahls ist so gewählt, daß der Lichtstrahl nach Art eines Lichtleiters entlang des Gels geführt wird mit aufeinanderfolgenden Total reflexionen an den Glasplatten und beidseits der Gelschicht. Zur Ermöglichung dieser Totalreflexionen muß das Gelschichtmaterial optisch dichter sein als das Material der Glasplatten; der Grenzwinkel der Totalreflexion muß überschritten sein. Ein Eindringen des Lichtstrahls in die Glasplatten soll gemäß dieser Druckschrift deshalb vermieden werden, weil Licht reflexionen und Fluoreszenzerscheinungen im Glasmaterial Ursache für Störsignale bzw. Untergrundsignale sein sollen. Der Lichtstrahl wird in zur Gelschichtebene paralleler Richtung in den Spalt zwischen den beiden Glasplatten eingestrahlt. Dies ergibt jedoch Probleme, da der Gelschicht-Umfangsrand im allgemeinen nicht frei liegt, sondern von einem umlaufenden Randstreifen (englisch: spacer) begrenzt wird, der die beiden Platten im gewünschten gegenseitigen Abstand hält. Um die Lichtverluste in Grenzen zu halten, muß der Randstreifen nicht nur aus durchsichtigem Material sein (üblicherweise werden bislang Spacer aus nicht transparentem Material verwendet) , sondern auch mit polierten Licht-Durchtritts flächen versehen sein. Bei Änderung der Gelschichtdicke müssen dementsprechend bearbeitete Abstandsstreifen mit geänderter Dicke hergestellt und eingesetzt werden.Such a device is from US-PS 46 75 095 known. This can be done using a single Light beam all of the different at the same time Samples traversed electrophoresis lanes or paths to capture. The divergence of the light beam is chosen that the light beam along the way of a light guide of the gel is managed with successive total reflections on the glass plates and on both sides of the Gel layer. To enable these total reflections the gel layer material be optically denser than that Material of the glass plates; the critical angle of the Total reflection must be exceeded. An intrusion of the Beam of light in the glass plates should be according to this Documentation should be avoided because light reflections and fluorescence in the glass material Be the cause of interference signals or background signals should. The light beam becomes the gel layer level parallel direction in the gap between the two Blown in glass plates. However, this poses problems because the peripheral edge of the gel layer is generally not clear lies, but from a circumferential edge strip (English: spacer) is limited to the two plates holds at the desired mutual distance. To the The edge strip must keep light losses within limits not just made of clear material (usually have so far been made of non-transparent material used), but also with polished light passage be provided. When changing the gel layer thickness correspondingly processed spacer strips with changed thickness are manufactured and used.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche bei gleichzeitiger Erfassung sämtlicher Elektrophoresepfade ein seitliches Einstrahlen in die Gelschicht, insbesondere mit Durchstrahlung eines Abstandsstreifens vermeidet.In contrast, it is an object of the invention, a To provide a device of the type mentioned at the outset, which while recording all Electrophoresis paths a lateral radiation into the Gel layer, in particular with a radiograph Spacer avoids.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Lichtstrahlführung den Lichtstrahl an einer von der Kontaktseitenfläche verschiedenen Plattenfläche in die Platte einkoppelt, durch die Platte hindurchführt und im Übergangsbereich Platte - Gelschicht in zur Gelschichtebene wenigstens angenähert parallele Richtung umlenkt.This object is achieved in that the light beam guide couples the light beam into the plate at a plate surface which is different from the contact side surface, guides it through the plate and deflects it in the transition region between plate and gel layer in a direction which is at least approximately parallel to the gel layer plane.

Der Lichtstrahl wird also als erstes über eine von der Kontaktseitenfläche verschiedene Plattenfläche in die Plattenfläche eingekoppelt; eine Oberflächenbearbeitung erübrigt sich in den meisten Fällen, daß die üblichen Platten (Glas, Acrylglas oder dergl.) von vorneherein mit entsprechend glatten Flächen erhältlich sind. Die Reflektionsverluste können gering gehalten werden. Im Glas entstehende Fluoreszenzstrahlung kann durch entsprechende Ausblendung von den Detektoren der Detektoranordnung ohne Schwierigkeiten ferngehalten werden. Aufgrund der im Übergangsbereich Platte - Gelschicht erfolgenden Strahlablenkung kreuzt der Strahl anschlie8end in gewünschter Weise die Elektrophorese-Pfade.The light beam is therefore first coupled into the plate surface via a plate surface different from the contact side surface; In most cases, there is no need for surface treatment that the usual plates (glass, acrylic glass or the like) are available from the outset with correspondingly smooth surfaces. The reflection losses can be kept low. Fluorescence radiation arising in the glass can be kept away from the detectors of the detector arrangement without difficulty by appropriate blanking. Due to the beam deflection taking place in the transition area between plate and gel layer, the beam then crosses the electrophoresis paths in the desired manner.

Besonders bevorzugt ist die Umlenkung des Lichtstrahls unmittelbar in der Grenzschicht Platte - Gelschicht aufgrund entsprechender Brechung an dieser Fläche. Hierzu ist vorgesehen, daß das Material der Platte optisch dichter ist als das Material der Gelschicht, und daß der Einfallswinkel des Lichtstrahls an der Grenzfläche Platte - Gelschicht geringfügig kleiner oder etwa gleich dem Grenzwinkel der Totalreflexion ist. Gemäß der Erfindung ist also das Material der Platte optisch dichter als das der Gelschicht. Ferner wird im Bereich des Grenzwinkels der Totalreflexion gearbeitet, jedoch unter Ausschluß der Totalreflexion, die dann auftritt, wenn der (zwischen Einfallslot und Strahlrichtung gemessene) Einfallswinkel den Grenzwinkel überschreitet. Durch entsprechende Variation des Einfallswinkels läßt sich erreichen, daß der Lichtstrahl innerhalb des Gels im Grenzfall parallel zur Gelschichtebene, im allgemeinen jedoch unter sehr geringem Neigungswinkel zur Gelschichtebene verläuft. Auf diese Weise können bei entsprechend starker Bündelung und geringer Strahlendivergenz zumindest mehrfache Reflexionen des Strahls an den Grenzflächen Gelschicht - Platte vermieden werden (Totalreflexionen sind beim Übergang vom nunmehr optisch dünneren Gelmaterial zum optisch dichteren Plattenmaterial nicht möglich). Erfindungsgemäß können also übliche Elektrophorese- Gelschichtplatten mit nicht transparenten Randstreifen beliebiger Ausgestaltung eingesetzt werden. Ferner ist die Lichteinstrahlung unabhängig davon, ob sich das Gel vom Randstreifen gelöst hat - bei der eingangs genannten bekannten Anordnung würde dies zu wesentlicher Lichtab schwächung führen. Die Lichteinleitung ist im wesentlichen unabhängig von der jeweiligen Gelschichtdicke, so daß die Lichtstrahlführung unverändert bleiben kann. Es können auch ohne weiteres an anderer Stelle vorgefertigte Gelschichtplatten eingesetzt werden, da im allgemeinen keine Anpassungsmaßnahmen erforderlich sind.The deflection of the light beam directly in the boundary layer plate - gel layer is particularly preferred due to appropriate refraction on this surface. For this purpose it is provided that the material of the plate is optically denser than the material of the gel layer, and that the angle of incidence of the light beam at the plate - gel layer interface is slightly smaller or approximately equal to the critical angle of the total reflection. According to the invention, the material of the plate is optically more dense than that of the gel layer. In addition, work is carried out in the area of the critical angle of total reflection, but excluding total reflection, which occurs when the angle of incidence (measured between the perpendicular and the beam direction) exceeds the critical angle. By appropriate variation of the angle of incidence it can be achieved that the light beam within the gel runs parallel to the gel layer plane in the limit case, but generally at a very small angle of inclination to the gel layer plane. In this way, with correspondingly strong bundling and low beam divergence, at least multiple reflections of the beam at the gel layer - plate interfaces can be avoided (total reflections are not possible in the transition from the now optically thinner gel material to the optically denser plate material). According to the invention, conventional electrophoresis gel layer plates with non-transparent edge strips of any configuration can therefore be used. Furthermore, the light irradiation is independent of whether the gel has detached from the edge strip - in the known arrangement mentioned at the outset, this would lead to a substantial weakening of light. The light is essentially independent of the respective gel layer thickness, so that the light beam guidance can remain unchanged. Pre-fabricated gel layer plates can also be used without further ado, since generally no adaptation measures are required.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß der Einfallwinkel 1-5° vorzugsweise 2-4°, am besten etwa 3° kleiner ist als der Grenzwinkel der Totalreflexionen.It is preferably provided that the angle of incidence is 1-5 ° preferably 2-4 °, best about 3 ° smaller than that Limit angle of the total reflections.

Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Lichtstrahl an einem polierten Umfangsflächenabschnitt der Platte in die Platte einfällt. Der Umfangsflächenabschnitt kann, wie üblich, senkrecht zur Plattenebene verlaufen. Es muß dann der Einstrahlwinkel des Lichtstrahls unter Berücksichtigung der Brechung an diesem Umfangsflächenabschnitt eingestellt werden. Um Reflexionsverluste möglichst gering zu halten, kann aber auch vorgesehen sein, daß der Lichtstrahl im wesentlichen rechtwinklig auf den entsprechend geneigt verlaufenden Umfangsflächenabschnitt auftrifft. Hier muß also der Umfangsflächenabschnitt dementsprechend geneigt nachgeschliffen werden.According to a particularly simple embodiment of the Invention is provided that the light beam at one polished peripheral surface portion of the plate into the plate comes up with. The circumferential surface section can, as usual, run perpendicular to the plate plane. Then it must Angle of incidence of the light beam taking into account the refraction is set at this peripheral surface portion will. In order to keep reflection losses as low as possible, can also be provided that the light beam in essentially at right angles to the correspondingly inclined running circumferential surface section meets. Here must that is, the peripheral surface section is inclined accordingly be reground.

Aufgrund des, je nach Materialkombination Platte - Gel, relativ großen Einstrahlwinkels des Lichtstrahls auf die Grenzfläche Platte - Gel kommt in vielen Fällen eine Strahlführung durch die der Kontaktseiten gegenüber liegende Seitenfläche der Platte aufgrund zu hoher Reflexionsverluste nicht in Frage. Um eine derartige Strahlführung dennoch zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, daß die Platte an ihrer der Kontaktseitenfläche gegen überliegenden Seitenfläche mit einem Prisma versehen ist, und daß der Lichtstrahl im wesentlichen rechtwinklig auf eine entsprechend geneigt verlaufende Prismenfläche auftrifft.Due to the relatively large angle of incidence of the light beam onto the plate - gel interface, depending on the material combination of plate and gel, beam guidance through the side surface of the plate opposite the contact sides is out of the question in many cases due to excessive reflection losses. In order to enable such a beam guidance, it is proposed that the plate be provided with a prism on its side surface opposite the contact side surface and that the light beam should strike a correspondingly inclined prism surface essentially at right angles.

Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist, daß die besagte Seitenfläche im allgemeinen wesentlich leichter zugänglicher ist, als die Umfangsfläche der Platte. Auch kann das Prisma praktisch an beliebiger Stelle aufgesetzt werden, so daß völlige Unabhängigkeit der Anordnung von der Plattenbreite (parallel zur Strahlebene) besteht. Auch kann der Einleitungsort des Strahls in das Gel wahlweise an der Plattenoberseite verschoben werden. Dies kann von Interesse sein, wenn ein einzelner Elektrophoresepfad besonders genau erfaßt werde soll. Aufgrund der gewählten Neigung der Prismenflächen können die Reflexionen an dieser Stelle gering gehalten werden; durch entsprechende optische Ankopplung des Prismas an die Platte können die Reflexionen an der Grenzschicht Prisma - Platte klein gehalten werden.A particular advantage of this arrangement is that said side surface is generally much more accessible than the peripheral surface of the plate. The prism can also be placed practically anywhere, so that the arrangement is completely independent of the plate width (parallel to the beam plane). The point of introduction of the jet into the gel can also optionally be shifted on the top of the plate. This can be of interest if a single electrophoresis path is to be recorded particularly precisely. Due to the chosen inclination of the prism surfaces, the reflections can be kept low at this point; by appropriate optical coupling of the prism to the plate, the reflections at the prism - plate interface can be kept small.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Bereich der Gelschicht ein Umlenkspiegelelement für den Lichtstrahl vorgesehen ist. Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, daß die Spiegelfläche des Umlenkspiegelelements um 45° zur Gelschichtebene geneigt verläuft. Bei dieser Spiegelflächenorientierung kann der Lichtstrahl senkrecht auf die der Kontaktseiten fläche gegenüberliegende Seitenfläche der Platte einge strahlt werden mit entsprechend geringen Reflexions verlusten.In an alternative embodiment of the invention provided that in the area of the gel layer Deflecting mirror element is provided for the light beam. It is preferably provided here that the mirror surface of the deflecting mirror element by 45 ° to the gel layer level runs inclined. With this mirror surface orientation the light beam can be perpendicular to the contact side face opposite side surface of the plate are emitted with correspondingly low reflections loss.

Das Umlenkspiegelelement kann als gesondertes Teil zwischen die Platten eingesetzt sein; bevorzugt ist jedoch vorgesehen, daß die Spiegelfläche von einem zur Gelschichtebene geneigt verlaufenden polierten Flächenabschnitt des Abstandsstreifens gebildet ist.The deflecting mirror element can be a separate part be inserted between the plates; however, is preferred provided that the mirror surface from one to Gel layer level sloping polished Surface section of the spacer is formed.

Die Erfindung wird im folgenden an bevorzugten Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:The invention is preferred in the following Exemplary embodiments explained with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht einer Gel-Elektrophoreseplatte mit erfindungsgemäßer Lichtstrahlführung; Fig. 1 is an enlarged sectional side view of a gel electrophoresis with an inventive light beam guide;

Fig. 2 eine Anordnung entsprechend Fig. 1 mit Einstrahlung des Lichtstrahls durch eine Plattenseitenfläche; FIG. 2 shows an arrangement corresponding to FIG. 1 with irradiation of the light beam through a plate side surface;

Fig. 3 eine Anordnung ähnlich Fig. 2 mit Einstrahlung des Lichtstrahls durch eine angeschrägte Seitenfläche; Fig. 3 shows an arrangement similar to Figure 2 with irradiation of the light beam by a tapered side surface.

Fig. 4 eine Anordnung entsprechend den Fig. 1-3 mit Einstrahlung des Lichtstrahls über ein Prisma;4 shows an arrangement corresponding to Figs 1-3 with irradiation of the light beam through a prism..;

Fig. 5 eine Anordnung ähnlich Fig. 1-4 mit Strahlumlenkung mittels Umlenkspiegelelement im Gelbereich und Fig. 5 shows an arrangement similar to Fig. 1-4 with beam deflection by means of deflecting mirror element in the gel area and

Fig. 6 eine vereinfachte Gesamtansicht der Elektrophorese-Vorrichtung. Fig. 6 is a simplified overall view of the electrophoresis device.

Die Gesamtanordnung gemäß Fig. 6 einer Vorrichtung 10 zur Gel-Elektrophorese, insbesondere Fluoreszenz-Gel elektrophorese, umfaßt einen Gelträger 12 mit einer Gelschicht 14 zwischen zwei lichtdurchlässigen Platten 16, 18, insbesondere Glas- oder Acrylplatten, die durch umlaufenden Randstreifen 20 (auch Spacer genannt) in gegenseitigem Abstand gehalten sind (s. auch Fig. 1). An zwei einander gegenüberliegenden Enden ist das Gel in nicht näher dargestellter Weise an jeweils eine Elektrode 22 gekoppelt (durch unmittelbaren Kontakt oder über eine Puffer-Lösung). Beide Elektroden 22 sind mit einer in Fig. 6 als Block dargestellten Spannungsversorgung 24 über elektrische Leitungen 26 verbunden.The overall arrangement of FIG. 6 a device 10 for gel electrophoresis, in particular fluorescence gel electrophoresis, comprising a gel tray 12 having a gel layer 14 between two transparent plates 16, 18, in particular glass or acrylic plates through circumferential edge strip 20 (also Spacer called) are kept at a mutual distance (see also Fig. 1). At two opposite ends, the gel is coupled to an electrode 22 in each case in a manner not shown in detail (by direct contact or via a buffer solution). Both electrodes 22 are connected to a voltage supply 24 shown as a block in FIG. 6 via electrical lines 26 .

Wird an den Gelträger 12 über die beiden Elektroden 22 eine entsprechende Spannung angelegt, so wandern Elektrophoreseproben, die in das Gel an entsprechenden Zugabestellen 28 im Bereich einer der beiden Elektroden eingeführt worden sind, parallel zur Richtung des elektrischen Feldes entlang entsprechender, in Fig. 6 strichliert angedeuteter Pfade 30 a, 30 b usw.If a corresponding voltage is applied to the gel carrier 12 via the two electrodes 22 , electrophoresis samples which have been introduced into the gel at corresponding addition points 28 in the region of one of the two electrodes migrate parallel to the direction of the electric field along corresponding ones in FIG. 6 paths 30 a , 30 b , etc. indicated by dashed lines

Befinden sich innerhalb der jeweiligen Elektrophoreseprobe unterschiedliche Bestandteile, insbesondere DNA-Fragmente unterschiedlicher Länge, so ergibt aufgrund unterschiedlicher Wanderungsgeschwindigkeiten eine zunehmende Aufspaltung der einzelnen Proben in einzelne, jeweils einer Molekülsorte zugeordnete Banden 31. Die Bandenstruktur liefert wertvolle Informationen über die Zusammensetzung der jeweiligen Elektrophoreseprobe. Auch besteht die Möglichkeit, einzelne Probenbestandteile zu markieren und die der jeweils markierten Molekülsorte zugeordnete Bande im Bandenmuster festzustellen. Auf diese Weise läßt sich z.B. die Basen-Sequenz von DNA-Bruch stücken ermitteln (DE-OS 36 18 605).If different constituents, in particular DNA fragments of different lengths, are located within the respective electrophoresis sample, the individual samples are increasingly split into individual bands 31 , each assigned to a molecule type, due to different migration speeds. The band structure provides valuable information about the composition of the respective electrophoresis sample. It is also possible to mark individual sample components and to determine the band assigned to the respectively marked type of molecule in the band pattern. In this way, for example, the base sequence of DNA fragments can be determined (DE-OS 36 18 605).

Um das jeweilige Bandenmuster während der Messung feststellen zu können, wird ein Lichtstrahl 32, insbesondere Laser-Strahl, einer Lichtquelle 34 mit Steuerung 36 gemäß Fig. 1 durch die Gelschicht 14 geführt, und zwar parallel zur Gelschichtebene und im wesentlichen senkrecht zur Laufrichtung A der einzelnen Elektro phoreseproben orientiert. Der Lichtstrahl 32 quert also sämtliche Pfade 30 a, b, c usw., so daß früher oder später sämtliche Banden 31 der Elektrophoreseproben den Lichtstrahl 32 queren. Das von den Proben daraufhin abgegebene Licht, insbesondere Fluoreszenzlicht, wird von einer Detektoranordnung 38 erfaßt und einer Auswerte elektronik 40 über eine Leitung 42 zugeführt. Die Detektoranordnung 38 kann den einzelnen Pfaden 30 a, b ,c usw. zugeordnete Einzeldetektoren 38 a, 38 b usw. aufweisen.In order to be able to determine the respective band pattern during the measurement, a light beam 32 , in particular a laser beam, of a light source 34 with controller 36 according to FIG. 1 is guided through the gel layer 14 , namely parallel to the gel layer plane and essentially perpendicular to the direction of travel A individual electrophoresis samples. The light beam 32 thus crosses all paths 30 a , b , c , etc., so that sooner or later all bands 31 of the electrophoresis samples cross the light beam 32 . The light then emitted by the samples, in particular fluorescent light, is detected by a detector arrangement 38 and supplied to evaluation electronics 40 via a line 42 . The detector array 38 may be the individual paths 30 a, b, c, etc. associated with individual detectors 38 a, 38 b, etc. have.

Wie beispielsweise der Fig. 2 zu entnehmen ist, ist die Gelschicht 14 ringsum vom Abstandsstreifen 20 umgeben, der dann im Strahlweg des Lichtstrahls 32 liegt, wenn dieser seitlich in die Gelschicht 14, in der Gelschichtebene liegend, eingestrahlt werden würde. Um den Einsatz spezieller für die Durchstrahlung geeigneter Randstreifen (Spacer) 20 zu vermeiden, wird der Lichtstrahl 32 in sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung durch eine der beiden Glasplatten 16, 18 hindurchgeführt (also am Randstreifen 20 vorbei). Der Einfallwinkel α, mit dem der innerhalb der Glasplatte 18 verlaufende und mit 32 a bezeichnete Abschnitt des Lichtstrahls 32 auf die Grenzfläche 50 zwischen Platte 18 und Gelschicht 14 fällt, ist nun derart festgelegt, daß der in die Gelschicht 14 eintretende Teilstrahl 52 wenigstens angenähert parallel zu der in Fig. 1 mit einer Strich-Punkt-Linie angedeuteten Gelschichtebene 54 verläuft. Der andere Teilstrahl 56, der nach Reflexion an der Grenzfläche 50 weiter innerhalb der Glasplatte 18 verläuft und ggf. mehrfach an den Glasplattenseitenflächen (Grenzfläche 50 und Oberseite 51) reflektiert wird, führt zu einer in Kauf zu nehmenden Abschwächung der Intensität des Teilstrahls 52 gegenüber dem einfallenden Lichtstrahl 32. Anzumerken ist, daß bei jeder Reflexion des Teilstrahls 56 an der Grenzfläche wiederum ein Teilstrahl mit gleicher Orientierung wie der Teilstrahl 52 in die Gelschicht 14 gebeugt wird. Dieser abgezweigte Teilstrahl verstärkt wiederum die Licht intensität innerhalb der Gelschicht 14.As can be seen, for example, from FIG. 2, the gel layer 14 is surrounded all around by the spacer strip 20 , which then lies in the beam path of the light beam 32 when it would be irradiated laterally into the gel layer 14 , lying in the gel layer plane. In order to avoid the use of edge strips (spacers) 20 that are suitable for the radiation, in all embodiments of the invention the light beam 32 is guided through one of the two glass plates 16 , 18 (ie past the edge strip 20 ). The angle of incidence α , with which the section of the light beam 32 which runs within the glass plate 18 and is designated 32 a , falls on the interface 50 between the plate 18 and the gel layer 14 , is now defined in such a way that the partial beam 52 entering the gel layer 14 is at least approximately parallel indicated to that of Fig. 1 with a dot-dash line 54 extends Gelschichtebene. The other sub-beam 56 , which continues after reflection at the interface 50 within the glass plate 18 and is possibly reflected several times on the glass plate side surfaces (interface 50 and top 51 ), leads to an acceptable weakening of the intensity of the sub-beam 52 compared to that incident light beam 32 . It should be noted that with each reflection of the partial beam 56 at the interface, a partial beam with the same orientation as the partial beam 52 is again diffracted into the gel layer 14 . This branched partial beam in turn intensifies the light intensity within the gel layer 14 .

Damit der Teilstrahl 52 wie gewünscht im wesentlichen parallel zur Gelschichtebene 54 verläuft oder geringfügig zu dieser Ebene geneigt, muß zum einen der Brechungsindex n′ des Gelmaterials kleiner sein als der Brechungsindex n des Materials der Platte 18 (Glas, Acrylglas oder dergl.); zum anderen darf der Winkel α nicht größer sein als der Grenzwinkel ε _g der Totalreflexion, der sich aus der folgenden Beziehung ergibt: sin ε _g=n′ : n. Für übliche Glas- und Gelmaterialien hat sich ein Winkel α von etwa 64° bewährt bei einem Grenzwinkel ε _g von 65°.In order for the partial beam 52 to run essentially parallel to the gel layer plane 54 or slightly inclined to this plane, the refractive index n 'of the gel material must be smaller than the refractive index n of the material of the plate 18 (glass, acrylic glass or the like); on the other hand, the angle α must not be greater than the critical angle ε _{g of} the total reflection, which results from the following relationship: sin ε _g = n ′ : n . For conventional glass and gel materials, an angle α of approximately 64 ° has proven itself with a critical angle ε _g of 65 °.

Den speziellen Ausführungsformen gemäß Fig. 2, 3 und 4 ist gemeinsam, daß der innerhalb der Platte 18 verlaufende Abschnitt 32 a des Lichtstrahls 32 unter dem Winkel α zum ersten Mal auf die Grenzfläche 50 (im Punkt S) auftrifft. Unterschiedlich ist die Art der Einkopplung in das Glasmaterial der Platte 18.The special embodiments according to FIGS. 2, 3 and 4 have in common that the section 32 a of the light beam 32 extending within the plate 18 strikes the interface 50 (at point S ) for the first time at the angle α . The type of coupling into the glass material of the plate 18 differs.

In der einfachsten Ausführungsform gemäß Fig. 2 trifft der Lichtstrahl 32 auf einen Umfangsflächenabschnitt 56 der Platte 18 auf. Diese ist üblicherweise senkrecht orien tiert zur oberen Seitenfläche 51 (und zur Grenzfläche 50). Um sicherzustellen, daß der Abschnitt 32 a des Lichtstrahls innerhalb der Glasplatte unter dem Winkel α auf die Grenzfläche 50 auftrifft, muß, unter Berücksichtigung der Brechung des Lichtstrahls 32, am Umfangsflächenabschnitt 56 dieser unter einem Einfallswinkel β auf den Umfangsflächen abschnitt 56 auftreffen. Der Winkel β ergibt sich in üblicher Weise aus dem Brechungsgesetz und beträgt im Anwendungsbeispiel etwa 38°. Der Umfangsflächenabschnitt 56 kann zur Verringerung von Lichtverlusten poliert sein.In the simplest embodiment according to FIG. 2, the light beam 32 strikes a peripheral surface section 56 of the plate 18 . This is usually oriented perpendicular to the upper side surface 51 (and to the interface 50 ). In order to ensure that the portion 32 a of the light beam within the glass plate at the angle α is incident on the interface 50, it is necessary taking into account the refraction of the light beam 32, this β at the peripheral surface portion 56 at an incident angle on the circumferential surfaces of sections 56 impinge. The angle β arises in the usual way from the law of refraction and is approximately 38 ° in the application example. The peripheral surface portion 56 may be polished to reduce light loss.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 trifft der Lichtstrahl 32 rechtwinklig auf einen entsprechend geneigt ver laufenden Umfangsflächenabschnitt 56′ der Platte 18 auf. Dies reduziert die Reflexionsverluste am Umfangsflächen abschnitt 56′. Auch die Umfangsflächenabschnitt 56′ kann optisch poliert ausgebildet sein.In the embodiment shown in FIG. 3, the light beam 32 is perpendicular to a correspondingly inclined circumferential surface portion 56 'of the plate 18 . This reduces the reflection losses on the peripheral surface section 56 '. The peripheral surface portion 56 'can be optically polished.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 zeichnet sich u.a. darin aus, daß die Platte 18 keinerlei Bearbeitung bedarf. Es muß lediglich ein Glas- oder Plexiglas-Prisma 60 auf die vom Gel abgewandte Seitenfläche 51 aufgelegt werden. Zur Verringerung von Reflexionsverlusten kann das Prisma 60 beispielsweise mit der Platte 18 verkittet werden. Das Prisma 60 ist derart ausgebildet, daß bei senkrechter Einstrahlung des Lichtstrahls 32 auf die entsprechende Prismenfläche 62 der Abschnitt 32 a des Lichtstrahls innerhalb der Platte 18 wiederum unter dem Winkel α in Punkt S auf die Grenzfläche 50 auftritt. Würde man das Prisma 60 weglassen, so ergäben sich aufgrund dieses relativ großen Auftrittwinkels des Lichtstrahls 32 auf die Oberseite 52 der Platte 18 ziemlich hohe Reflexions verluste.The embodiment according to FIG. 4 is characterized in that the plate 18 does not require any processing. It is only necessary to place a glass or plexiglass prism 60 on the side surface 51 facing away from the gel. To reduce reflection losses, prism 60 can be cemented to plate 18, for example. The prism 60 is designed such that when the light beam 32 is irradiated perpendicularly onto the corresponding prism surface 62, the section 32 a of the light beam within the plate 18 in turn occurs at the angle α at point S on the interface 50 . If the prism 60 were to be omitted, this relatively large angle of incidence of the light beam 32 on the upper side 52 of the plate 18 would result in fairly high reflection losses.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind diese Reflexionsverluste ebenfalls niedrig gehalten, da der Lichtstrahl 32 angenähert senkrecht auf die Oberseite 51 der Platte auftrifft. Die Umlenkung in eine zur Gelschichtebene 54 im wesentlichen parallele Richtung innerhalb der Gelschicht 14 erfolgt hier jedoch durch ein Umlenk-Spiegelelement 70 mit dementsprechend zur Gelschichtebene 54 um etwa 45° geneigter Spiegelfläche 72. Diese Spiegelfläche 72 muß nicht verspiegelt sein - es reicht, wenn diese ausreichend poliert ist. Gemäß Fig. 5 ist das Umlenk-Spiegelelement 70 ein gesondertes Teil. Es ist jedoch auch denkbar, dieses Teil einstückig mit dem Randstreifen 20 auszubilden, indem der Randstreifen 20 mit einer dementsprechenden inneren Abschrägung versehen wird.In the embodiment according to FIG. 5, these reflection losses are also kept low, since the light beam 32 strikes the top 51 of the plate approximately perpendicularly. The deflection in a direction essentially parallel to the gel layer plane 54 within the gel layer 14 takes place here, however, by means of a deflecting mirror element 70 with a mirror surface 72 inclined by approximately 45 ° to the gel layer plane 54 . This mirror surface 72 need not be mirrored - it is sufficient if it is sufficiently polished. Referring to FIG. 5, the deflection mirror element 70 is a separate part. However, it is also conceivable to form this part in one piece with the edge strip 20 by providing the edge strip 20 with a corresponding inner bevel.

Die vorstehend beschriebene Anordnung eignet sich besonders zur Fluoreszenz-Elektrophorese; es sind jedoch auch andere Detektionsprinzipien anwendbar, die auf anderen Anregungsmechanismen aufgrund des das Gel durchsetzenden Lichtstrahls beruhen. Auch ist die erfindungsgemäße Lichtstrahlführung bei Gelträgern einsetzbar, die nicht, wie die vorstehend beschriebenen Anordnungen aus zwei, die Gelschicht zwischen sich einschließenden Platten bestehen, sondern aus lediglich einer einzigen Platte mit Gelschicht an ihrer Oberseite.The arrangement described above is suitable especially for fluorescence electrophoresis; however it is other detection principles applicable to other excitation mechanisms due to the gel penetrating light beam. That too is Light beam guidance according to the invention in gel carriers usable which are not like those described above Arrangements of two, the gel layer between them enclosing plates, but only a single plate with a gel layer on top.

Claims

1. Device ( 10 ) for gel electrophoresis, in particular for fluorescent gel electrophoresis, comprising

a gel carrier for a flat gel layer ( 14 ) with a flat, translucent plate ( 18 ) in direct contact with the gel on a contact side surface ( 50 ) on at least one side of the gel layer ( 14 ),
- an electrode arrangement with one electrode ( 22 ) each in the region of two opposite ends of the gel layer ( 14 ),
- A lighting arrangement with a light source ( 34 ) and an optical light beam guide for guiding a light beam ( 32 ) through the gel layer ( 14 ) at least approximately parallel to the gel layer plane ( 54 ) and at least approximately at right angles to the distance direction ( A ) between the two electrodes ( 22 ) ,
a detector arrangement ( 38 ) for measuring the light emitted by electrophoresis samples in the region of the light beam ( 32 ),

characterized in that the light beam guide couples the light beam ( 32 ) into the plate ( 18 ) at a plate surface ( 51 , 56 , 56 ′) different from the contact side surface ( 50 ), passes it through the plate ( 18 ) and in the transition region plate ( 18 ) - The gel layer ( 14 ) is deflected in the direction at least approximately parallel to the gel layer plane ( 54 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the material of the plate is optically denser than the material of the gel layer, and that the angle of incidence ( α ) of the light beam ( 32 a ) at the plate-gel layer interface is slightly less than or approximately equal to Limit angle ε _{g is} the total reflection.

3. Device according to claim 2, characterized in that the angle of incidence 1-5 °, preferably 2-4 °, is best about 3 ° smaller than the critical angle ε _{g of} the total reflection.

4. Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the light beam ( 32 ) on a polished peripheral surface portion ( 56 ) of the plate ( 18 ) in the plate ( 18 ) ( Fig. 2, 3).

5. The device according to claim 4, characterized in that the light beam ( 32 ) substantially perpendicular to the correspondingly inclined circumferential surface section ( 56 ) ( Fig. 3).

6. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the plate ( 18 ) on its side surface ( 50 ) opposite the side surface ( 51 ) is provided with a prism ( 60 ), and that the light beam ( 32 ) is substantially at right angles a correspondingly inclined prism surface ( 62 ) strikes ( FIG. 4).

7. The device according to claim 1, characterized in that a deflecting mirror element ( 70 ) for the light beam ( 32 ) is provided in the region of the gel layer ( 14 ) ( Fig. 5).

8. The device according to claim 7, characterized in that the mirror surface ( 72 ) of the deflecting mirror element ( 70 ) by 45 ° to the gel layer plane ( 54 ) is inclined.

9. The device according to claim 7 or 8, with two plates ( 16 , 18 ) on both sides of the gel layer ( 40 ) and spacer strips ( 20 ) between the plates ( 16 , 18 ) in the edge region thereof, characterized in that the mirror surface from one to the gel layer level inclined polished surface section of the spacer is formed.