DE60308716T2 - Verfahren zur isoelektrischen auftrennung mittels ph-wert-voreinstellung - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Das Gebiet der vorliegenden Anwendung betrifft die Auftrennung und Konzentrierung von ampholytischen Verbindungen. Genauer betrifft die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zur Veränderung der Zusammensetzung von Proben, die mindestens einen ampholytischen Probenbestandteil umfassen, unter Verwendung von pH-beeinflussten isoelektrischen Einfangtechniken.
  • Hintergrund
  • Elektrophoretische Techniken und isoelektrische Fokussierungs (IEF)-Techniken im Besonderen bleiben Schlüsseltechnologien für die Auftrennung von ampholytischen Bestandteilen, gleichermaßen von kleinen und großen, einfachen und komplexen. IEF wird auf vielen Gebieten und in vielen Industriezweigen und sowohl im analytischen als auch im präparativen Maßstab ausgeführt. Zum Beispiel wird IFE in der klinischen Diagnostik, Biotechnologie, pharmazeutischen und Lebensmittel-Industrie etc. allein oder in Verbindung mit anderen analytischen oder präparativen Techniken verwendet.
  • Bei der IEF werden ampholytische Bestandteile mit Hilfe eines elektrischen Feldes über einen pH-Gradienten aufgetrennt, in dem der pH von einem niedrigeren pH-Wert an der Anode zu einem höheren pH-Wert an der Kathode ansteigt. (Bezüglich einer Monographie über IEF siehe z.B. P.G. Righetti, Isoelectric focusing: theory, methodology and applications, Elsevier Biomedical, Amsterdam, 1983). Da die Nettoladung eines ampholytischen Bestandteils in seinem isoelektrischen Zustand Null beträgt, wird die elektrophoretische Wanderungsgeschwindigkeit eines ampholytischen Bestandteils Null, wann immer der pH seiner Umgebung den gleichen Wert annimmt wie sein isoelektrischer Punkt (pI). Somit hören ampholytische Verbindungen mit verschiedenen isoelektrischen Punkten im pH-Gradient an verschiedenen Stellen auf zu wandern.
  • Vergleichsweise stabile kontinuierliche pH-Gradienten können auf mehrere Arten erzeugt werden. Zum Beispiel können Mischungen von Trägerampholyten (Verbindungen, die im Bereich ihres pI-Wertes eine geeignete Pufferfähigkeit und Leitfähigkeit aufweisen) verwendet werden. Auch können angemessene Mengen geeigneter schwacher Säuren und schwacher Basen oder schwacher Säuren und starker Basen oder starker Säuren und schwacher Basen auf eine räumlich kontrollierte Weise in eine Ionen-permeable Matrix wie quervernetztes Polyacrylamidgel gebunden werden, um einen pH-Gradienten vorab auszubilden und zu stabilisieren, der anschließend für IEF mit immobilisiertem pH-Gradienten (IPGIEF) verwendet wird. (Bezüglich einer Monographie über IPGIEF siehe z.B. P.G. Righetti, Immobilized pH gradients: theory and methodology, Elsevier, Amsterdam, 1990).
  • Alternativ können ampholytische Probenbestandteile auch durch isoelektrisches Einfangen (IET) unter Verwendung von Membran-basierten Multi-Kompartiment-Elektrolysegeräten (z.B. Faupel et al., U.S. Patent Nummer 5,082,548) voneinander getrennt werden, wobei ampholytische Probenbestandteile am Ende eines IET-Trennungsvorgangs in ihrem isoelektrischen Zustand erhalten werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung:
  • Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung verändern die anfängliche Zusammensetzung einer Probe, die mindestens einen ampholytischen Bestandteil enthält, elektrophoretisch unter Verwendung eines pH-beeinflussten isoelektrischen Einfang (IET)-Vorgangs durch Zugabe von einem oder mehreren geeigneten isoelektrischen Puffern, die eine angemessene Puffer- und Titrationskapazität sowie Leitfähigkeit im Bereich ihrer pI-Werte aufweisen, um einen ampholytischen Probenbestandteil am Ende des IET-Vorgangs in seinem nicht-isoelektrischen Zustand zu erhalten.
  • Kurz gesagt sieht ein gemäß der vorliegenden Anmeldung praktiziertes Verfahren das Auswählen eines elektrophoretischen Trennsystems vor, das mindestens eine Ionen-permeable, isoelektrische Barriere aufweist, das Auswählen eines Anolyten, der einen niedrigeren pH-Wert als den pI-Wert des ampholytischen Probenbestandteils aufweist, das Auswählen eines Katolyten, der einen höheren pH-Wert als den pI-Wert des ampholytischen Probenbestandteils aufweist, das Bereitstellen eines isoelektrischen Puffers, der einen pI-Wert aufweist, der höher als der pH-Wert des Anolyten und niedriger als der pH-Wert des Katolyten und verschieden von dem pI-Wert des ampholytischen Probenbestandteils ist, das Einführen der Probe und des isoelektrischen Puffers in das Elektrophoresesystem und das Einfangen des ampholytischen Probenbestandteils in einem nicht-isoelektrischen Zustand, indem eine elektrophoretische Auftrennung vorgenommen wird.
  • Ein Aspekt sieht das Auswählen eines elektrophoretischen Trennsystems, das ein oder mehrere Trennkompartimente aufweist, vor. Ein weiterer Aspekt sieht das Auswählen von zwei oder mehr Ionen-permeablen, isoelektrischen Barrieren vor, die von den pI-Werten des ampholytischen Probenbestandteils und des isoelektrischen Puffers verschiedene pI-Werte aufweisen.
  • Ein weiterer Aspekt sieht das Auswählen eines zweiten isoelektrischen Puffers vor, der einen von den pI-Werten des ampholytischen Probenbestandteils, des ersten isoelektrischen Puffers und der isoelektrischen Barriere verschiedenen pI-Wert aufweist. Ein weiterer Aspekt sieht das Einfangen eines ersten ampholytischen Probenbestandteils und eines zweiten ampholytischen Probenbestandteils in ihren nicht-isoelektrischen Zuständen auf den beiden Seiten einer isoelektrischen Barriere vor, indem eine elektrophoretische Auftrennung vorgenommen wird.
  • In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Abtrennen eines ampholytischen Bestandteils durch Elektrophorese bereit, wobei das Verfahren umfasst:
    Anordnen einer Probe, die einen ampholytischen Bestandteil umfasst, der einen pI-Wert aufweist, in ein Elektrophoresetrennsystem, das einen Anolyten, der einen pH aufweist, und einen Katolyten, der einen pH aufweist, umfasst, wobei der pH des Katolyten höher ist als der pH des Anolyten, und das eine oder mehrere Ionen-permeable Barrieren umfasst, die zwischen dem Anolyten und dem Katolyten angeordnet sind, wobei mindestens eine der Barrieren eine isoelektrische Barriere ist, die einen pI-Wert aufweist, der höher als der pH des Anolyten und niedriger als der pH des Katolyten ist,
    Bereitstellen eines isoelektrischen Puffers, der einen pH-Wert aufweist, der höher als der pH des Anolyten, niedriger als der pH des Katolyten, verschieden von dem pI-Wert des ampholytischen Probenbestandteils und verschieden von dem pI-Wert der Ionen-permeablen isoelektrischen Barriere ist,
    und
    Exponieren der Probe gegenüber einem elektrischen Potential, um den ampholytischen Probenbestandteil in einem nicht-isoelektrischen Zustand in Gegenwart des isoelektrischen Puffers in dem Elektrophoresesystem einzufangen.
  • Bevorzugterweise umfasst das Elektrophoresetrennsystem ein Anodenkompartiment, das eine Anode umfasst und ausgeführt ist, den Anolyten aufzunehmen, ein Kathodenkompartiment, das eine Kathode umfasst und ausgeführt ist, den Katolyten aufzunehmen, und eine Ionen-permeable Barriere in der Form einer Ionen-permeablen isoelektrischen Barriere, die einen pH-Wert aufweist und zwischen dem Anodenkompartiment und dem Kathodenkompartiment angeordnet ist.
  • Bevorzugterweise umfasst das Elektrophoresetrennsystem weiterhin eine erste und zweite Ionen-permeable Barriere, die zwischen dem Anodenkompartiment und dem Kathodenkompartiment angeordnet sind und ein erstes Trennkompartiment zwischen dem Anodenkompartiment und dem Kathodenkompartiment bilden.
  • In einer bevorzugten Form sind die erste und zweite Ionen-permeable Barriere isoelektrische Barrieren, die jeweils einen definierten, aber unterschiedlichen pI aufweisen.
  • Die Probe kann in mindestens eines von dem Probenkompartiment, dem Anodenkompartiment oder dem Kathodenkompartiment gegeben werden. In einer bevorzugten Form wird die Probe in ein Probenkompartiment gegeben, und der ampholytische Probenbestandteil wird in einem nicht-isoelektrischen Zustand im Probenkompartiment abgetrennt. Alternativ kann der ampholytische Bestandteil in einem nicht-isoelektrischen Zustand in dem Probenkompartiment oder dem Kathodenkompartiment oder dem Anodenkompartiment erhalten werden.
  • Es wird anerkannt werden, dass die Probe zwei oder mehr ampholytische Bestandteile umfassen kann, die in nicht-isoelektrischen Zuständen im Probenkompartiment oder Kathodenkompartiment oder Anodenkompartiment oder zweien oder mehr von dem Probenkompartiment, dem Anodenkompartiment oder dem Kathodenkompartiment erhalten werden.
  • Das Elektrophoresetrennsystem kann weiterhin eine dritte Ionen-permeable Barriere umfassen, die zwischen dem Anodenkompartiment und dem Kathodenkompartiment angeordnet ist und neben dem ersten Trennkompartiment ein zweites Trennkompartiment bildet, wobei das System eine erste Ionen-permeable, isoelektrische Barriere, die einen ersten pI-Wert aufweist, und eine zweite Ionen-permeable, isoelektrische Barriere aufweist, die einen zweiten pI-Wert aufweist, der von dem ersten pI-Wert der ersten Ionen-permeablen isoelektrischen Barriere verschieden ist.
  • Bevorzugterweise sind alle Ionen-permeablen Barrieren isoelektrische Barrieren, von denen jede einen definierten, aber unterschiedlichen pI aufweist. Es wird anerkannt werden, dass eine beliebige oder mehrere der Barrieren isoelektrische Barrieren sein können.
  • In dieser Form kann die Probe in das erste Probenkompartiment, das zweite Probenkompartiment, sowohl in das erste als auch das zweite Probenkompartiment oder in das Anodenkompartiment oder Kathodenkompartiment gegeben werden. Der ampholytische Bestandteil kann in einem nicht-isoelektrischen Zustand im ersten Probenkompartiment oder im zweiten Probenkompartiment oder im Anodenkompartiment oder Kathodenkompartiment erhalten werden.
  • Die Probe kann zwei oder mehr ampholytische Bestandteile umfassen, die in einem nicht-isoelektrischen Zustand im ersten Probenkompartiment oder im zweiten Probenkompartiment oder Anodenkompartiment oder Kathodenkompartiment oder in jedem von dem ersten Probenkompartiment und dem zweiten Probenkompartiment erhalten werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Form umfasst das Elektrophoresetrennsystem eine Vielzahl an Ionen-permeablen Membranen, die zwischen dem Anodenkompartiment und dem Kathodenkompartiment angeordnet sind und eine Vielzahl von Trennkompartimenten bilden, die zwischen dem Anoden- und Kathodenkompartiment angeordnet sind, wobei zwei oder mehr Ionen-permeable Barrieren Ionen-permeable, isoelektrische Barrieren sind, von denen jede einen unterschiedlichen pI-Wert aufweist. Drei oder mehr der Ionen-permeablen Barrieren können Ionen-permeable, isoelektrische Barrieren sein, von denen jede einen unterschiedlichen pI-Wert aufweist. Es wird anerkannt werden, dass alle Ionen-permeablen Barrieren Ionen-permeable, isoelektrische Barrieren sein können, von denen jede einen unterschiedlichen pI-Wert aufweist.
  • Das Verfahren kann die Bereitstellung eines ersten isoelektrischen Puffers und eines zweiten isoelektrischen Puffers umfassen, von denen jeder einen unterschiedlichen pI-Wert aufweist, in mindestens zweien von den Probenkompartimenten oder dem Anodenkompartiment oder dem Kathodenkompartiment.
  • Die Ionen-permeablen Barrieren können aus jedem geeigneten Material oder jeder geeigneten Substanz wie unvermischbaren Flüssigkeiten, porösen Feststoffen, nicht-ionischen Membranen, Membranen, isoelektrischen Membranen, Hydrogel-Membranen, Gelen und Hydrogelen ausgewählt sein.
  • Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat festgestellt, dass Hydrogelmembranen bevorzugterweise Polyethersulfon-, Poly(vinyl)alkohol- oder Polyacrylamid-basiert sind. Es wird anerkannt werden, dass eine beliebige andere Art von Hydrogelmembran für die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.
  • Bevorzugterweise sind die nicht-ionischen Membranen gestützte Membranen wie quervernetztes Polyacrylamid oder Poly(vinyl)alkohol, die von Glasfasern, Filterpapier, Polymergitter und Papier gestützt sind. Die Ionen-permeablen Membranen können poröse Fritten wie Glasfritten, Keramikfritten und Polymerfritten sein.
  • In einer bevorzugten Form können die Ionen-permeablen Barrieren den Durchtritt von Molekülen, die eine Größe oder einen hydratisierten Ionenradius aufweisen, der größer als eine vorbestimmte Größe ist, wesentlich beschränken.
  • Die Ionen-permeablen, isoelektrischen Barrieren sind bevorzugterweise isoelektrische, poröse Feststoffe, isoelektrische Membranen und isoelektrische Gele. Bevorzugtererweise sind die Ionen-permeablen, isoelektrischen Barrieren isoelektrische Membranen.
  • Die Ionen-permeablen Barrieren verhindern bevorzugterweise eine wesentliche Konvektionsmischung von gelösten Stoffen zwischen den Barrieren. Bei der Benutzung tritt bevorzugterweise im Wesentlichen keine Konvektionsmischung zwischen den Kompartimenten auf.
  • Der isoelektrische Puffer kann in mindestens eines von einem Probenkompartiment, dem Anodenkompartiment und dem Kathodenkompartiment gegeben werden. Bevorzugterweise unterscheidet sich der pI-Wert des isoelektrischen Puffers um mindestens ungefähr 0.001 pH-Einheiten vom pI-Wert des ampholytischen Probenbestandteils. Der absolute Wert der Differenz zwischen dem pI-Wert und dem pKa-Wert, der dem pI-Wert des isoelektrischen Puffers am nächsten liegt, beträgt bevorzugterweise weniger als ungefähr 1,5.
  • Der isoelektrische Puffer kann jeder geeignete Puffer sein, der einem ampholytischen Bestandteil erlauben wird, in einem im Wesentlichen nicht-isoelektrischen Zustand erhalten zu werden. Geeignete Puffer umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Iminoacetessigsäure, N-Methyliminoacetessigsäure, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Glycyl-Asparaginsäure, m-Aminobenzoesäure, Histidyl-Glycin, Histidyl-Histidin, Histidin, 1,2-Diaminopropansäure, Ornithin, Lysin, Lysyl-Lysin und Arginin. Bevorzugterweise ist der isoelektrische Puffer Glutaminsäure oder Lysin. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat festgestellt, dass Glutaminsäure und Lysin besonders geeignet sind, wenn zwei isoelektrische Puffer verwendet werden.
  • Das Verfahren kann weiterhin umfassen, dass ein nicht-ionisches Solubilisierungsagens bereitgestellt wird. Bevorzugterweise ist das Solubilisierungsagens ein nicht-ionisches Detergent. Beispiele umfassen, sind aber nicht beschränkt auf TWEENTM20, BrijTM30, TRITONTM X-100 oder NDSB-195.
  • Das Verfahren ist besonders für die Auftrennung von ampholytischen Probenbestandteilen wie Proteinen, Polypeptiden, Oligopeptiden, Aminophenolen, Aminophosphonsäuren und Aminosäuren geeignet. Bevorzugterweise ist der ampholytische Probenbestandteil ein Protein.
  • Die vorliegende Erfindung überwindet Probleme mit isoelektrischen Trennungen nach dem Stand der Technik, die erfordern, dass der Bestandteil in seinem isoelektrischen Zustand abgetrennt wird, dahingehend, dass die elektrophoretische Auftrennung viel schneller abläuft und es weniger Probleme mit der Löslichkeit des Bestandteils gibt.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie in jedem Elektrophoresetrennsystem ausgeführt werden kann, dass für isoelektrische Auftrennungen ausgeführt ist. Das Verfahren erfordert keine spezielle Vorrichtung und bewirkt die effizientere Verwendung bekannter Elektrophoresetrennsysteme.
  • In dieser Beschreibung wird das Wort „umfassen" oder Abwandelungen davon wie „umfasst" oder „umfassend", sofern der Zusammenhang nicht etwas Anderes erfordert, durchgehend in dem Sinn verstanden werden, dass es den Einschluss eines genannten Elementes, einer ganzen Zahl oder eines Schrittes oder einer Gruppe von Elementen, ganzen Zahlen oder Schritten impliziert, aber nicht den Ausschluss eines jeglichen anderen Elementes, einer jeglichen anderen ganzen Zahl oder eines jeglichen anderen Schrittes, oder Gruppe von Elementen, ganzen Zahlen oder Schritten impliziert.
  • Jede Diskussion von Dokumenten, Handlungen, Materialien, Vorrichtungen, Artikeln oder dergleichen, die in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wurde, erfolgt ausschließlich zu dem Zweck, dass ein Zusammenhang für die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird. Sie ist nicht als Eingeständnis aufzufassen, dass einer oder alle diese Inhalte Teil des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Standes der Technik bilden oder übliches Allgemeinwissen auf dem Gebiet darstellen, wie er/es in Australien vor dem Prioritätstag eines jeden Anspruchs dieser Erfindung existierte.
  • Damit die vorliegende Erfindung besser verstanden werden kann, werden bevorzugte Formen unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen und Beispiele beschrieben werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer isoelektrischen Einfang (IET)-Einheit (Stand der Technik) (Gradipore, Australia), die verwendet werden kann, um Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung zu praktizieren;
  • 2 zeigt ein schematisches Diagramm, das die Merkmale von repräsentativen Lösungen in den Kompartimenten der in 1 gezeigten IET-Einheit zu Beginn des Abtrennungsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3 zeigt eine Spur eines die ganze Säule abbildenden UV-Absorptions-Detektors einer Hühnereiweißprobe, die wie in Beispiel 1 beschrieben durch kapillarisoelektrische Fokussierung analysiert wurde;
  • 4 zeigt eine Spur eines die ganze Säule abbildenden UV-Absorptions-Detektors von Aliquots, die am Ende einer IET-Abtrennung aus dem Kathoden- und dem Anodentrennkompartiment der IET-Einheit, die in 1 gezeigt ist und wie in Beispiel 2 beschrieben bedient wurden, entnommen und wie in Beispiel 1 beschrieben durch kapillarisoelektrische Fokussierung analysiert wurden.
  • 5 zeigt eine Spur eines die ganze Säule abbildenden UV-Absorptions-Detektors von Aliquots, die am Ende der IET-Abtrennung aus dem Kathoden- und dem Anodentrennkompartiment der IET-Einheit, die in 1 gezeigt ist und wie in Beispiel 3 beschrieben bedient wurde, entnommen und wie in Beispiel 1 beschrieben durch kapillarisoelektrische Fokussierung analysiert wurden.
  • 6 zeigt eine Spur eines die ganze Säule abbildenden UV-Absorptions-Detektors der Aliquots, die aus dem Kathoden- und Anodentrennkompartiment der IET-Einheit, die in 1 gezeigt ist und wie in Beispiel 4 beschrieben bedient wurde, am Ende der IET-Abtrennung der Probe, die dem Anodentrennkompartiment in Beispiel 3 entnommen wurde, entnommen und wie in Beispiel 1 beschrieben durch kapillarisoelektrische Fokussierung analysiert wurden.
  • 7 zeigt eine Spur eines die ganze Säule abbildenden UV-Absorptions-Detektors von Aliquots, die am Ende der IET-Abtrennung aus dem Kathoden- und dem Anodentrennkompartiment der IET-Einheit, die in 1 gezeigt ist und wie in Beispiel 5 beschrieben bedient wurde, entnommen und wie in Beispiel 1 beschrieben durch kapillarisoelektrische Fokussierung analysiert wurden.
  • 8 zeigt eine Spur eines UV-Absorptions-Detektors, die während einer druckvermittelten kapillarelektrophoretischen Abtrennung von Aliquots aufgenommen wurde, die zu Beginn und am Ende der IET-Abtrennung aus dem Trennkompartiment der IET-Einheit, die wie in Beispiel 6 beschrieben bedient wurde, entnommen wurden.
  • 9 zeigt eine Spur eines UV-Absorptions-Detektors, die während einer druckvermittelten kapillarelektrophoretischen Abtrennung von Aliquots aufgenommen wurde, die zu Beginn und am Ende der IET-Abtrennung aus dem Trennkompartiment der IET-Einheit, die wie in Beispiel 7 beschrieben bedient wurde, entnommen wurden.
  • 10 zeigt eine Spur eines die ganze Säule abbildenden UV-Absorptions-Detektors von Aliquots, die am Ende der IET-Abtrennung nach acht Durchgängen aus dem Kathoden- und dem Anodentrennkompartiment der IET-Einheit, die in 1 gezeigt und wie in Beispiel 8 beschrieben bedient wurde, entnommen und wie in Beispiel 1 beschrieben durch kapillarelektrophoretische Fokussierung analysiert wurden.
  • Modus/Modi für die Durchführung der Erfindung
  • Ausführungsformen für die Veränderung der anfänglichen Zusammensetzung einer Probenmischung, die einen ampholytischen Probenbestandteil aufweist, gemäß der vorliegenden Erfindung werden unten mit nicht-beschränkenden Details beschrieben.
  • 1 bezieht sich auf eine isoelektrische Einfang (IET)-Einheit, die auf dem Gebiet bekannt ist und verwendet werden kann, um Ausführungsformen, die in dieser Anmeldung beschrieben werden, zu praktizieren. In dieser IET-Trenneinheit (Gradipore, Australien) befindet sich die Anode 10 im Anodenkompartiment 15. Der Anolyt 20 füllt das Anodenkompartiment 15 aus. Der Anolyt 20 ist eine Säurelösung; es ist zum Beispiel eine wässrige Lösung von Phosphorsäure (H3PO4). Selbstverständlich können andere geeignete Säurelösungen, die auf dem Gebiet bekannt sind, ebenfalls verwendet werden. Die anodische, Ionen-permeable Barriere 30 trennt das Anodenkompartiment 15 von dem danebenliegenden anodischen Trennkompartiment 40. Die Ionen-permeable Barriere 30 erlaubt den Durchtritt von Ionen, verhindert aber im Wesentlichen die Konvektionsmischung der Inhalte des Anodenkompartiments 15 und des anodischen Trennkompartiments 40. Die Ionen-permeable Barriere 30 wird üblicherweise auch als Ionen-permeable, anti-konvektive Barriere oder Begrenzungsmembran bezeichnet. Während die anodische Ionen-permeable Barriere 30 in diesem Beispiel eine Ionen-permeable, anti-konvektive, nicht-isoelektrische Barriere ist, kann sie auch eine Ionen-permeable, anti-konvektive, isoelektrische oder eine beliebige andere Barriere sein, die den Durchtritt von Ionen erlaubt und die Konvektionsmischung der Inhalte des anodischen Trennkompartiments 40 und des Anodenkompartiments 15 verhindert. Die Ionen-permeable isoelektrische Trennbarriere 50, die angemessene Puffer- und Titrationskapazität bei ihrem pI-Wert aufweist, trennt das anodische Trennkompartiment 40 und das kathodische Trennkompartiment 60 und verhindert im Wesentlichen die Konvektionsmischung der Inhalte der Kompartimente 40 und 60. Die isoelektrische Trennbarriere 50 kann eine isoelektrische Membran, ein immobilisiertes isoelektrisches Gel, ein isoelektrisches Portal oder eine beliebige andere, auf dem Gebiet bekannte isoelektrische Barriere sein, die bei ihrem pI-Wert angemessene Puffer- und Titrationskapazität aufweist.
  • Die kathodische Ionen-permeable Barriere 70 trennt das kathodische Trennkompartiment 60 und das Kathodenkompartiment 85, das den Katolyt 80 enthält. Die kathodische Ionen-permeable Barriere 70 erlaubt den Durchtritt von Ionen, verhindert aber im Wesentlichen die Konvektionsmischung der Inhalte des kathodischen Trennkompartiments 60 und des Kathodenkompartiments 85. Die kathodische Ionen-permeable Barriere 70 wird üblicherweise auch als eine Ionen-permeable, anti-konvektive Barriere oder Begrenzungsmembran bezeichnet. Während die kathodische Ionen-permeable Barriere 70 in diesem Beispiel eine Ionen-permeable, anti-konvektive, nicht-isoelektrische Barriere ist, kann sie auch eine Ionen-permeable, anti-konvektive, isoelektrische Barriere oder eine beliebige andere Barriere sein, die den Durchtritt von Ionen erlaubt und die Konvektionsmischung der Inhalte des kathodischen Trennkompartiments 60 und des Kathodenkompartiments 85 verhindert. Der Katolyt 80 ist eine basische Lösung; es ist zum Beispiel eine wässrige Lösung von Natriumhydroxid (NaOH). Andere geeignete basische Lösungen, die auf dem Gebiet bekannt sind, können ebenfalls verwendet werden. Das Kathodenkompartiment 85 umfasst die Kathode 90.
  • Während 1 lediglich ein Beispiel einer geeigneten IET-Trenneinheit darstellt, können andere Konfigurationen von IET-Trenneinheiten ebenfalls verwendet werden. Die Kriterien für die Auswahl der Elemente einer geeigneten IET-Einheit gemäß den grundlegenden IET-Prinzipien sind auf dem Gebiet wohlbekannt (z.B. Faupel et al., U.S. Patent Nummer 5, 082,548). Zum Beispiel kann auch nur ein Trennkompartiment zwischen der anodischen Ionen-permeablen Barriere 30 und der kathodischen Ionen-permeablen Barriere 70 verwendet werden, oder es können mehr als zwei Trennkompartimente zwischen der anodischen Ionen- permeablen Barriere 30 und der kathodischen Ionen-permeablen Barriere 70 verwendet werden. Weiterhin können die anodische Ionen-permeable Barriere 30 und die kathodische Ionen-permeable Barriere 70 von ähnlicher oder verschiedener Bauart sein. Zum Beispiel können sie Ionen-permeable, anti-konvektive, nicht-isoelektrische Barrieren oder Ionen-permeable, anti-konvektive, isoelektrische Barrieren oder beliebige andere, auf dem Gebiet bekannte Barrieren sein, solange die Barrieren 30 und 70 Ionen-permeabel sind und im Wesentlichen die Konvektionsmischung der Inhalte der nebeneinander liegenden Kompartimente, die sie trennen, verhindern.
  • Während 1 eine Elektrophoreseeinheit oder ein System zeigt, das drei Ionen-permeable Barrieren aufweist, kann die vorliegende Erfindung in einem System ausgeführt werden, das nur eine isoelektrische Barriere aufweist, die das Anodenkompartiment und das Kathodenkompartiment trennt. In dieser Form können die Probe und der isoelektrische Puffer für ein oder mehrere Anoden- und Kathodenkompartimente bereitgestellt werden, und die Probe kann in einem nicht-isoelektrischen Zustand in sowohl dem Anoden- als auch dem Kathodenkompartiment abgetrennt werden.
  • 2 zeigt ein schematisches Diagramm, das die Merkmale repräsentativer Lösungen in den Kompartimenten der IET-Einheit, die in 1 gezeigt ist, zu Beginn eines IET-Vorgangs gemäß der vorliegenden Anwendung angibt. Ein Merkmal ist die Verwendung eines isoelektrischen Puffers in einem Trennkompartiment einer IET-Einheit, wobei der isoelektrische Puffer bei seinem pI-Wert eine angemessene Puffer- und Titrationskapazität und Leitfähigkeit aufweist. Zum Beispiel enthält das anodische Trennkompartiment 40 eine Mischung der ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110 und des ersten isoelektrischen Puffers 120, wobei der erste isoelektrische Puffer bei seinem pI-Wert eine angemessene Puffer- und Titrationskapazität und Leitfähigkeit aufweist, und das kathodische Trennkompartiment 60 eine Mischung der ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110 und des zweiten isoelektrischen Puffers 130 umfasst, wobei auch der zweite isoelektrische Puffer 130 bei seinem pI-Wert eine geeignete Puffer- und Titrationskapazität und Leitfähigkeit aufweist. Der pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50 wird so ausgewählt, dass er von den pI-Werten des ersten ampholytischen Probenbestandteils 100 und des zweiten ampholytischen Probenbestandteils 110 verschieden ist. Zum Beispiel ist die isoelektrische Trennbarriere 50 in 2 so gewählt, dass sie einen pI-Wert aufweist, der zwischen den pI-Werten der ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110 liegt.
  • Die pI-Werte des ersten und des zweiten isoelektrischen Puffers 120 bzw. 130 werden so gewählt, dass sie sich sowohl von den pI-Werten des ersten und des zweiten Probenbestandteils 100 bzw. 110 als auch dem pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50 und dem pH-Wert des Anolyten 20 und des Katolyten 80 derart unterscheiden, dass der erste und zweite Probenbestandteil am Ende des IET-Abtrennungsvorgangs in ihrem nicht-isoelektrischen Zustand vorliegen werden. In 2 ist der ampholytische Probenbestandteil 100 z.B. ein Protein mit pI = 4, während der ampholytische Probenbestandteil 110 z.B. ein Protein mit pI = 6 ist. Die isoelektrische Trennbarriere 50 weist einen pI-Wert von 5 auf, der erste isoelektrische Puffer 120 weist einen pI-Wert von etwa 3.3 auf, der zweite isoelektrische Puffer 130 weist einen pI-Wert von etwa 10 auf, und der Anolyt 20 weist einen pH-Wert von etwa 2 auf, und der Katolyt 80 weist einen pI-Wert von etwa 12 auf. In diesem Beispiel ist der isoelektrische Puffer 120 eine 20 mM Glutaminsäure-Lösung, der isoelektrische Puffer 130 eine 20 mM Lysinlösung, der Anolyt 20 eine wässrige Lösung von Phosphorsäure, und der Katolyt 80 eine wässrige Lösung von Natriumhydroxid.
  • Gemäß wohlbekannter IET-Grundsätze zwingt das Anlegen des elektrischen Potentials zwischen der Anode 10 und der Kathode 90 alle ampholytischen Bestandteile, in die jeweiligen Kompartimente der IET-Einheit zu wandern. Am Ende des IET-Auftrennungsvorgangs werden alle ampholytischen Bestandteile mit pI-Werten, die höher als der pH-Wert des Anolyten 20 und niedriger als der pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50 sind, im anodischen Trennkompartiment 40 eingefangen sein (d.h. der erste ampholytische Probenbestandteil 100 und der isoelektrische Puffer 120 sind im anodischen Trennkompartiment 40 gefangen), und alle ampholytischen Bestandteile mit pI-Werten, die niedriger als der pH-Wert des Katolyten 80 und höher als der pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50 sind, werden im kathodischen Trennkompartiment 60 eingefangen sein (d.h. der zweite ampholytische Probenbestandteil 110 und der isoelektrische Puffer 130 sind im kathodischen Trennkompartiment 60 gefangen). Jedoch wird der erste ampholytische Probenbestandteil 100 wegen der Anwesenheit des isoelektrischen Puffers 120 im anodischen Trennkompartiment 40 am Ende des IET-Vorgangs in seinem nicht-isoelektrischen Zustand erhalten. Wegen der Anwesenheit des isoelektrischen Puffers 130 im kathodischen Trennkompartiment 60 wird auch der zweite ampholytische Probenbestandteil 110 am Ende des IET-Vorgangs in seinem nicht-isoelektrischen Zustand erhalten.
  • Praktiker auf dem Gebiet werden anerkennen, dass in der Probe zur gleichen Zeit mehr als zwei ampholytische Probenbestandteile vorhanden sein können. Praktiker auf dem Gebiet werden ebenfalls anerkennen, dass der erste isoelektrische Puffer 120 und der zweite isoelektrische Puffer 130 getrennt voneinander in die Kompartimente 40 und/oder 60 eingebracht (z.B. kann der isoelektrische Puffer 120 in das anodische Trennkompartiment 40 eingebracht werden, und der isoelektrische Puffer 130 kann in das kathodische Trennkompartiment 60 eingebracht werden), individuell mit der Probe vermischt (z.B. können der isoelektrische Puffer 120 und eine Mischung der ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110 in das anodische Trennkompartiment 40 eingebracht werden, und der isoelektrische Puffer 130 und eine Mischung der ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110 können in das kathodische Trennkompartiment 60 eingebracht werden), miteinander vermischt (z.B. können die isoelektrischen Puffer 120 und 130 beide in die Kompartimente 40 und/oder 60 eingebracht werden) oder miteinander und mit der Probe vermischt werden können (z.B. können der isoelektrische Puffer 120, der isoelektrische Puffer 130, die ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110 in die Kompartimente 40 und/oder 60 eingebracht werden). Praktiker auf dem Gebiet werden weiterhin anerkennen, dass es zu einer beliebigen Zeit mehr als zwei ampholytische Probenbestandteile, mehr als zwei Trennkompartimente, mehr als zwei isoelektrische Puffer und mehr als eine isoelektrische Trennbarriere geben kann.
  • Weiterhin werden Praktiker auf dem Gebiet anerkennen, dass sich die Abfolge oder Reihenfolge der Einbringung der Probe und des/der isoelektrischen Puffers) in die Trenneinheit ändern kann, d.h. die Probe oder Puffer können in die Trenneinheit zusammen oder in einer beliebigen Abfolge eingebracht werden.
  • Als ein nicht-beschränkendes Beispiel kann eine Mischung von mehreren ampholytischen Probenbestandteilen, die unterschiedliche pI-Werte aufweisen, in zwei Teile aufgetrennt werden. In diesem Beispiel kann der erste ampholytische Probenbestandteil 100 am Ende eines IET-Trennungsvorgangs gemäß der vorliegenden Anwendung eine Mischung aus ampholytischen Probenbestandteilen einschließen, die pI-Werte aufweisen, die niedriger als der pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50 sind, während der zweite ampholytische Probenbestandteil 110 eine Mischung aus ampholytischen Probenbestandteilen einschließen kann, die pI-Werte aufweisen, die höher als der pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50 sind. Die ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110 können beliebige ampholytische Probenbestandteile sein, die gemäß den Prinzipien der isoelektrischen Fokussierung oder des isoelektrischen Einfangens abgetrennt werden können.
  • In 2 ist die isoelektrische Trennbarriere 50 so ausgewählt, dass ihr pI-Wert höher liegt als der pI-Wert des ersten ampholytischen Probenbestandteils 100. Der erste isoelektrische Puffer 120 ist so ausgewählt, dass sein pI-Wert niedriger als der pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50 ist. Obwohl der erste isoelektrische Puffer 120 einen niedrigeren pI-Wert als die isoelektrische Trennbarriere 50 aufweist, kann der erste isoelektrische Puffer 120 einen pI-Wert aufweisen, der höher oder niedriger als der pI-Wert des ersten ampholytischen Probenbestandteils 100 ist, weil beide den ampholytischen Probenbestandteil 100 am Ende der IET-Auftrennung in einen nicht-isoelektrischen Zustand zwingen werden. Zum Beispiel hat der isoelektrische Puffer 120 in 2 einen pI-Wert, der niedriger als der pI-Wert der ersten ampholytischen Probe 100 ist. Der isoelektrische Puffer 120 kann jedoch auch einen pI-Wert aufweisen, der höher als der pI-Wert des ersten ampholytischen Probenbestandteils 100 ist.
  • In ähnlicher Weise ist die isoelektrische Trennbarriere in 2 so ausgewählt, dass ihr pI-Wert niedriger ist als der pI-Wert des zweiten ampholytischen Probenbestandteils 110. Der zweite isoelektrische Puffer 130 ist so ausgewählt, dass sein pI-Wert höher ist als der pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50. Obwohl der zweite isoelektrische Puffer 130 einen höheren pI-Wert aufweist als den pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50, kann der zweite isoelektrische Puffer 130 einen höheren oder niedrigeren pI-Wert aufweisen als den pI-Wert des zweiten ampholytischen Probenbestandteils 110, weil beide den zweiten ampholytischen Probenbestandteil 110 am Ende der IET-Auftrennung in einen nicht-isoelektrischen Zustand zwingen werden. Zum Beispiel weist der zweite isoelektrische Puffer 130 in 2 einen pI-Wert auf, der höher ist als der pI-Wert des zweiten ampholytischen Probenbestandteils 110. Der isoelektrische Puffer 130 kann jedoch auch einen pI-Wert aufweisen, der niedriger als der pI-Wert des zweiten ampholytischen Probenbestandteils 110 ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der pI-Wert des isoelektrischen Puffers 120 höher als der pI-Wert der isoelektrischen Barriere 50, und der pI-Wert des isoelektrischen Puffers 130 ist niedriger als der pI-Wert der isoelektrischen Barriere 50. Obwohl der pI-Wert des isoelektrischen Puffers 120 höher als der pI-Wert der isoelektrischen Barriere 50 ist, ist der pI-Wert des isoelektrischen Puffers 120 niedriger als der pI-Wert des zweiten ampholytischen Probenbestandteils 110. In ähnlicher Weise ist der pI-Wert des isoelektrischen Puffers 130, obwohl der pI-Wert des isoelektrischen Puffers 130 niedriger ist als der pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50, höher als der pI-Wert des ersten ampholytischen Probenbestandteils 100. In einer weiteren Ausführungsform ist der pI-Wert des isoelektrischen Puffers 120 höher als der pI-Wert der isoelektrischen Barriere 50 und höher als der pI-Wert des zweiten ampholytischen Probenbestandteils 110, und der pI-Wert des isoelektrischen Puffers 130 ist niedriger als der pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50 und niedriger als der pI-Wert eines ersten ampholytischen Probenbestandteils 100.
  • Während in 2 zwei isoelektrische Puffer verwendet werden, stellt auch die Verwendung von nur einem isoelektrischen Puffer Ausführungsformen der Anmeldung dar. Zum Beispiel kann der isoelektrische Puffer 120 ohne die Verwendung des isoelektrischen Puffers 130 verwendet werden. In ähnlicher Weise kann der isoelektrische Puffer 130 ohne die Verwendung des isoelektrischen Puffers 120 verwendet werden. Zum Beispiel kann die Verwendung eines einzigen isoelektrischen Puffers vorteilhaft sein, wenn die Probe mehrere ampholytische Bestandteile mit unähnlichen pI-Werten umfasst.
  • Als ein nicht-beschränkendes Beispiel dieses Prinzips der Verwendung von nur einem isoelektrischen Puffer, ist der isoelektrische Puffer 120 so ausgewählt, dass er einen pI-Wert aufweist, der sicherstellt, dass der isoelektrische Puffer 120 am Ende der IET-Abtrennung im gleichen Trennkompartiment wie der ausgewählte ampholytische Probenbestandteil (z.B. der erste ampholytische Probenbestandteil 100) vorhanden ist und den Probenbestandteil nicht-isoelektrisch macht. Wenn zum Beispiel der erste ampholytische Probenbestandteil 100 einen pI-Wert aufweist, der höher ist als der pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50, ist der isoelektrische Puffer 120 auch so ausgewählt, dass sein pI-Wert höher als der pI-Wert der isoelektrischen Barriere 50 ist. In ähnlicher Weise ist der isoelektrische Puffer 120, wenn der erste ampholytische Probenbestandteil 100 einen pI-Wert aufweist, der niedriger ist als der der isoelektrischen Trennbarriere 50, so ausgewählt, dass er einen pI-Wert aufweist, der niedriger ist als der pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50. Während der isoelektrische Puffer 120 einen pI-Wert aufweist, der von dem pI-Wert des ersten ampholytischen Probenbestandteils 100 verschieden ist, kann der pI-Wert des isoelektrischen Puffers 120 höher oder niedriger sein als der pI-Wert des ersten ampholytischen Probenbestandteils 100. In einer Ausführungsform ist der isoelektrische Puffer 120 so ausgewählt, dass er einen pI-Wert aufweist, der höher als der pI-Wert des ersten ampholytischen Probenbestandteils 100 ist. In einer weiteren Ausführungsform ist der isoelektrische Puffer 120 so ausgewählt, dass er einen pI-Wert aufweist, der niedriger als der pI-Wert des ersten ampholytischen Probenbestandteils 100 ist.
  • In einer weiteren, nicht-beschränkenden Ausführungsform kann der isoelektrische Puffer 120 so ausgewählt werden, dass er einen pI-Wert aufweist, der sicherstellt, dass der isoelektrische Puffer 120 am Ende der IET-Abtrennung in einem anderen Trennkompartiment vorhanden ist als der erste und zweite ampholytische Probenbestandteil 100 bzw. 110. Auf diese Weise können ampholytische Probenbestandteile auf einer Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 erhalten werden, während nicht-elektrolytische Probenbestandteile auf der anderen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 verbleiben. Zum Beispiel umfasst eine Probenlösung in einer Ausführungsform die ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110, die unterschiedliche pI-Werte aufweisen, zusammen mit dem nicht-elektrolytischen Probenbestandteil 115. Der pI-Wert der isoelektrischen Trennbarriere 50 ist so ausgewählt, dass sich die ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110 am Ende des IET-Trennungsvorgangs auf der gleichen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 befinden. Zum Beispiel wird der pI-Wert der isoelektrischen Barriere 50 in dieser Ausführungsform so ausgewählt, dass er niedriger ist als der pI-Wert der beiden ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110. Der isoelektrische Puffer 120 ist so ausgewählt, dass er einen solchen pI-Wert aufweist, dass sich der isoelektrische Puffer 120 am Ende des IET-Trennungsvorgangs auf der anderen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 als die ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110 befindet. Zum Beispiel wird der isoelektrische Puffer 120 in dieser Ausführungsform so ausgewählt, dass er einen pI-Wert aufweist, der sowohl niedriger ist als die pI-Werte der ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110 als auch der isoelektrischen Trennbarriere 50. Das kathodische Trennkompartiment 60 ist mit dem isoelektrischen Puffer 120 gefüllt, während das anodische Trennkompartiment 40 nur mit der Probenlösung allein oder mit einer Mischung aus der Probenlösung und dem isoelektrischen Puffer 120 gefüllt sein kann. Am Ende des IET-Trennungsvorgangs umfasst das anodische Trennkompartiment den nicht-elektrolytischen Probenbestandteil 115 und den isoelektrischen Puffer 120, wobei letzterer eine angemessene Leitfähigkeit im anodischen Trennkompartiment 40 bereitstellt. Am Ende des IET-Trennvorgangs umfasst das kathodische Trennkompartiment 60 eine Mischung der ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110, die eine angemessene Leitfähigkeit im kathodischen Trennkompartiment 60 bereitstellt.
  • Wenn die Probe nur in eines der Trennkompartimente einer IEF-Einheit eingebracht wird, kann es vorteilhaft, wenn auch nicht notwendig sein, das andere Trennkompartiment mit isoelektrischem Puffer 120 statt mit Wasser zu füllen, weil der isoelektrische Puffer 120 die Potentialverteilung über die IET-Einheit verbessert und zu einer schnelleren IET-Auftrennung führt.
  • Die geeigneten isoelektrischen Puffer 120 und 130 weisen im Bereich ihrer pI-Werte eine angemessene Puffer- und Titrationskapazität und Leitfähigkeit auf. Damit ein isoelektrischer Puffer bei seinem pI-Wert eine angemessene Pufferkapazität und Leitfähigkeit aufweist, ist bevorzugt, dass die Differenz zwischen seinem pI-Wert und seinem nächstgelegenen pKa-Wert weniger als 1, bevorzugterweise weniger als 0,75 und bevorzugtererweise weniger als 0,5 beträgt. Zum Beispiel umfassen geeignete isoelektrische Puffer N-Methyliminoacetessigsäure, Iminoacetessigsäure, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Glycyl-Asparaginsäure, m-Aminobenzoesäure, Histidyl-Glycin, Histidyl-Histidin, Histidin, 1,2-Diaminopropansäure, Ornithin, Lysin, Lysyl-Lysin und Arginin. Praktiker auf dem Gebiet werden anerkennen, dass andere geeignete isoelektrische Puffer, die angemessene Puffer- und Titrationskapazitäten und Leitfähigkeiten aufweisen, ebenfalls verwendet werden können.
  • Während 2 eine einfache Zweistofftrennung veranschaulicht, praktizieren andere Ausführungsformen sequentielle Zweistofftrennungen. Die für eine jede sequentielle IET-Abtrennung ausgewählten isoelektrischen Puffer können die gleichen oder verschiedene sein. Zum Beispiel kann der isoelektrische Puffer 120 am Ende einer ersten sequentiellen IET-Abtrennung verwendet werden, um die beiden ersten ampholytischen Probenbestandteile 100 und 110 zu enthalten. Wenn das erwünschte Ziel einer zweiten sequentiellen IET-Abtrennung der erste isoelektrische Probenbestandteil 100 ist, und es erwünscht ist, dass dieser in einer Lösung des isoelektrischen Puffers 135 erhalten wird, kann die isoelektrische Barriere 50 für die zweite sequentielle Trennung so ausgewählt werden, dass ihr pI-Wert zwischen den pI-Werten des ersten und zweiten Probenbestandteils 100 bzw. 110 liegt, und der isoelektrische Puffer 120 ist so gewählt, dass sein pI-Wert höher als die pI-Werte sowohl der isoelektrischen Probenbestandteile 100 und 110 als auch der isoelektrischen Trennbarriere 50 liegt. In einer Ausführungsform können das anodische und kathodische Trennkompartiment 40 bzw. 60 mit einer Mischung der isoelektrischen Probenbestandteile 100 und 110 und den isoelektrischen Puffern 120 und 135 gefüllt sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das anodische Trennkompartiment 40 mit dem isoelektrischen Puffer 135 und das kathodische Trennkompartiment 60 mit einer Mischung der isoelektrischen Probenbestandteile 100 und 110 und den isoelektrischen Puffern 120 und 135 gefüllt sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das anodische Trennkompartiment 40 mit dem isoelektrischen Puffer 135 und das kathodische Trennkompartiment 60 mit einer Mischung der isoelektrischen Probenbestandteile 100 und 110 und des isoelektrischen Puffers 120 gefüllt sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das anodische Trennkompartiment 40 mit dem isoelektrischen Puffer 135 und das kathodische Trennkompartiment 60 mit einer Mischung der isoelektrischen Probenbestandteile 100 und 110 und der isoelektrischen Puffer 120 und 135 gefüllt sein.
  • In weiteren Ausführungsformen können frische isoelektrische Puffer zu einem jeden sequentiellen Trennschritt hinzugegeben werden, oder isoelektrischer Puffer kann von einem vorherigen Trennschritte übertragen werden. Andere Ausführungsformen praktizieren Mehr-Schnitt-Abtrennungen (z.B. ausgeführt mit einer IsoPrimeTM-Einheit (Amersham Pharmacia) mit mehreren isoelektrischen Puffern.
  • Während die Anwesenheit eines isoelektrischen Puffers die Löslichkeit eines ampholytischen Probenbestandteils typischerweise erhöht, indem sie ihn nicht-isoelektrisch macht, können geeignete Solubilisierungsagenzien, die in IEF-Systemen verwendet werden, auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Zum Beispiel können auf dem Gebiet bekannte nicht-ionische und zwitterionische Solubilisierungsagenzien ebenfalls verwendet werden, um die Löslichkeit der Probenbestandteile zu erhöhen. Zum Beispiel können auch TWEENTM20, BrijTM30, TRITONTM X-100 (Aldrich) oder beliebige andere geeignete nicht-ionische Solubilisierungsagenzien verwendet werden. In ähnlicher Weise können auch NDSB-195TM (Toronto Research Chemicals, New York, ON, Kanada) oder beliebige andere geeignete zwitterionische Solubilisierungsagenzien, die auf dem Gebiet bekannt sind, verwendet werden.
  • Um das Verständnis der vorliegenden Anmeldung zu unterstützen, sind die folgenden Beispiele mit einbezogen, die die Ergebnisse einer Reihe von Experimenten beschreiben. Die folgenden Beispiele, die diese Erfindung betreffen, sollten nicht in der Weise ausgelegt werden, dass sie die Erfindung oder solche Abwandelungen der Erfindung spezifisch beschränken, die jetzt bekannt sind oder später entwickelt werden und in den Umfang der Erfindung fallen, wie sie hierin beschrieben und beansprucht wird.
  • BEISPIELE
  • Beispiel 1
  • Ganz-Säulen-UV-Absorptions-Abbildungs-kapillarisoelektrische-Fokussierungs Abtrennung einer Hühnereiweißprobe.
  • In einem Verhältnis von 1:25 in entionisiertem Wasser verdünntes Hühnereiweiß wurde als eine Probe verwendet, die ampholytische Verbindungen umfasst. Eine Ganz-Säulen-UV-Absorptions-Abbildungs-kapillarisoelektrische-Fokussierung auf einem iCE280 Gerät (Convergent Bioscience, Toronto, Kanada) wurde verwendet, und die Hühnereiweißprobe zu analysieren. Die geschmolzene Silikatrennkapillare war 5 cm lang, ihr Innenurchmesser betrug 75 Mikrometer.
  • Das Fokussierungsmedium umfasste 8% Trägerampholyte (Pharmalyte 3–10, Amersham-Pharmacia) und deckte einen Bereich von pH 3–10 in einer wässrigen, 0.28%igen Methylcelluloselösung (durchschnittliches Molekulargewicht = 80 000, Aldrich) ab. 75 Mikroliter der zu analysierenden Probe wurden mit 150 Mikroliter des Fokussierungsmediums gemischt. Ein Aliquot dieser Lösung wurde in die Trennkapillare gefüllt und 5 Minuten lang bei 3 000 V fokussiert. Dansylphenylalanin (ungefährer pI = 3.52) und Terbutalin (pI = 9.61) wurden als pI-Marker verwendet. 3 zeigt das Ganz-Säulen-UV-Absorptions-Abbildungs-Kapillar-IEF-Elektropherogramm der Hühnereiweißprobe. Ovalbumin fokussierte in einem Bereich der Kapillare, der den Pixeln 450 bis 650 entspricht. Ovotransferrin fokussierte in einem Bereich der Kapillare, der den Pixeln 1050 bis 1150 entspricht.
  • Beispiel 2
  • Auftrennung einer Hühnereiweißprobe im präparativen Maßstab durch ein bekanntes IET-Verfahren (Stand der Technik)
  • Um die vorliegende Anmeldung mit einem bekannten IET-Verfahren zu vergleichen, wurde die Abtrennung einer Probe, die ampholytische Bestandteile umfasst, im präparativen Maßstab unter Verwendung eines bekannten IET-Verfahrens unter den unten beschriebenen Bedingungen ausgeführt.
  • Diese für den Stand der Technik stehende Abtrennung wurde mit einer von Gradipore, Australien, hergestellten IET-Einheit erhalten. Die IET-Patrone (U.S. Patent Nummer 6,328,869) umfasst die anodische, Ionen-permeable Barriere 30, die aus einer Polyethersulfonmembran mit einer nominalen Ausschlußgröße von 5000 D (Gelman) hergestellt war, das anodische Trennkompartiment 40, die isoelektrische Trennbarriere 50 mit pI = 4.7 (Gradipore), die aus ImmobilineTM-Chemikalien (Amersham-Pharmacia), Acrylamid und N-N'-Methylen-bis-Acrylamid (Amersham-Pharmacia) hergestellt war, das kathodische Trennkompartiment 60 und die kathodische, Ionen-permeable Barriere 70, die aus einer Polyethersulfonmembran mit einer nominalen Ausschlußgröße von 5000 D (Gelman) hergestellt war. 80 ml einer 50 mM Phosphorsäurelösung (ungefährer pH = 1.8) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min durch das Anodenkompartiment 15 zirkuliert. 80 ml einer 50 mM Natriumhydroxidlösung (ungefährer pH = 12.4) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min. durch das Kathodenkompartiment zirkuliert. Je 40 ml einer gefilterten Hühnereiweißlösung (die in einem Verhältnis von 1:25 in entionisiertem Wasser verdünntes Hühnereiweiß umfasst) wurden durch das anodische und kathodische Trennkompartiment 40 bzw. 60 mit einer Fließgeschwindigkeit von 20 mL/min zirkuliert. Die Anode 10 wurde in das Anodenkompartiment 15 eingesetzt, und die Kathode 90 wurde in das Kathodenkompartiment 85 eingesetzt. Das angelegte Potential betrug zunächst 250 V und erzeugte einen Strom von 400 mM. Nach zehn Durchgängen der Hühnereiweißlösung durch die Trennkompartimente sank der Strom auf 37 mA. Das Potential wurde dann auf 500 V erhöht, was einen Strom von 74 mM erzeugte. Die Trennung war nach sieben weiteren Durchgängen praktisch abgeschlossen, wie durch das Absinken des Endstroms auf 25 mA angezeigt wurde, und ergab eine Trennzeit von insgesamt 40 Minuten. Nach jedem Durchgang der Hühnereiweißlösung wurden den anodischen und kathodischen Trennkompartimenten 40 bzw. 60 Aliquots entnommen und wie in Beispiel 1 beschrieben mit dem Ganz-Säulen-UV-Absorptions-Abbildungs-Kapillar-IEF-Gerät analysiert.
  • Als ein Ergebnis dieser IET-Abtrennung sammelten sich Proteine mit pI-Werten, die niedriger als 4.7 waren, wie Ovalbumin (ungefährer pI = 4.6), im anodischen Trennkompartiment 40 auf der anodischen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 mit pI = 4.7 (unterstes Feld in 4, als „stromabwärts" bezeichnet) an. Proteine mit pI-Werten, die höher als 4.7 waren wie Ovotransferrin (ungefährer pI = 6.1), sammelten sich im kathodischen Trennkompartiment 60 auf der kathodischen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 (oberstes Feld in 4, als „stromaufwärts" bezeichnet) an. Praktisch das gesamte Ovalbumin und die gesamten Proteine mit niedrigerem pI verlagerten sich in das anodische Trennkompartiment 40. Eine visuelle Untersuchung des Inneren der Trennpatrone am Ende dieser IET-Auftrennung zeigte die Anwesenheit von präzipitiertem Protein im anodischen Trennkompartiment 40.
  • Beispiel 3
  • Auftrennung einer Hühnereiweißprobe durch eine IET-Auftrennung im präparativen Maßstab
  • Die Auftrennung einer Probe, die ampholytische Bestandteile umfasst, im präparativen Maßstab wurde in Gegenwart von zwei isoelektrischen Puffern gemäß der vorliegenden Anmeldung unter den unten beschriebenen Bedingungen ausgeführt.
  • Die IET-Abtrennung gemäß der vorliegenden Anmeldung wurde mit der in Beispiel 2 verwendeten IET-Einheit erhalten. Die IET-Patrone (U.S. Patent Nummer 6,328,869) umfasste die anodische Ionen-permeable Barriere 30, die aus einer Polyethersulfonmembran mit einem nominalen Ausschluss von 5000 D (Gelman) hergestellt war, das anodische Trennkompartiment 40, die isoelektrische Trennbarriere 50 (Gradipore) mit pI = 4.8, die aus ImmobilineTM-Chemikalien (Amersham-Pharmacia), Acrylamid und N-N'-bis-Acrylamid (Amersham-Pharmacia) hergestellt war, das kathodische Trennkompartiment 60 und die kathodische Ionen-permeable Barriere 70, die aus einer Polyethersulfonmembran mit einem nominalen Ausschluss von 5000 D (Gelman) hergestellt war. 80 mL einer 50 mM Phosphorsäure-Lösung (ungefährer pI = 1.8) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min. durch das Anodenkompartiment 15 zirkuliert. 80 mL einer 50 mM Natriumhydroxidlösung (ungefährer pH = 12.4) wurden durch das Kathodenkompartiment 85 mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min. geströmt. Jeweils 40 mL einer filtrierten Hühnereiweißlösung (die in einem Verdünnungsverhältnis von 1:25 in 20 mM Glutaminsäure bzw. 20 mM Lysin gelöstes Hühnereiweiß umfasste) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 20 mL/min. durch das anodische bzw. kathodische Trennkompartiment 40 bzw. 60 zirkuliert. Die Anode 10 wurde in das Anodenkompartiment 15 eingesetzt, und die Kathode 90 wurde in das Kathodenkompartiment 85 eingesetzt. Das angelegte Potential betrug 250 V, was anfänglich einen Strom von 480 mA erzeugte. Die Abtrennung war nach zehn Durchgängen der Hühnereiweißlösung durch die Trennkompartimente praktisch abgeschlossen, was durch das Absinken des Endstrom auf 53 mM angezeigt wurde und eine Trennzeit von insgesamt 25 Minuten ergab. Nach jedem Durchgang wurden aus dem anodischen und kathodischen Trennkompartiment 40 bzw. 60 Aliquots entnommen und wie in Beispiel 1 beschrieben mit dem Ganz-Säulen-UV-Absorptions-Abbildungs-Kapillar-IEF-Gerät analysiert.
  • Als ein Ergebnis der IET-Abtrennung gemäß der vorliegenden Anmeldung sammelten sich Proteine mit pI-Werten, die geringer als 4.8 waren, wie Ovalbumin (ungefährer pI = 4.6), im anodischen Trennkompartiment 40 auf der anodischen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 mit pI = 4.8 (unterstes Feld in 5, bezeichnet als „stromabwärts") an. Proteine mit pI-Werten, die höher als 4.8 waren, wie Ovotransferrin (ungefährer pI = 6.1), sammelten sich im kathodischen Trennkompartiment 60 auf der kathodischen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 (oberstes Feld in 5, bezeichnet als „stromaufwärts") an. Praktisch das gesamte Ovalbumin und die gesamten Proteine mit geringeren pI-Werten verlagerten sich ins anodische Trennkompartiment 40. Eine visuelle Untersuchung des Inneren der Trennpatrone am Ende dieser IET-Auftrennung zeigte an, dass weder im anodischen Trennkompartiment 40 noch im kathodischen Trennkompartiment 60 Proteinpräzipitation auftrat.
  • Somit wurde in Beispiel 3 im Wesentlichen die gleiche Abtrennung erreicht wie in Beispiel 2, aber die Abtrennung erforderte eine kürzere Zeitspanne und eine geringere Anzahl an Durchgängen dieser Lösungen durch die IET-Patrone trotz der Tatsache, das das im Verlauf der Abtrennung angelegte Potential geringer war. Zusätzlich wurde eine der wichtigsten Beschränkungen bekannter IET-Abtrennungen abgeschwächt, d.h. dass die geringe Löslichkeit der in ihrem isoelektrischen Zustand wiedergewonnenen ampholytischen Probenbestandteile ihre Präzipitation verursacht.
  • Beispiel 4
  • Sequentielle binäre Abtrennung einer Hühnereiweißprobe im präparativen Maßstab durch eine IET-Abtrennung
  • Die sequentielle binäre Trennung einer Probe, die ampholytische Bestandteile enthält, im präparativen Maßstab wurde in Gegenwart von zwei isoelektrischen Puffern gemäß der vorliegenden Anmeldung unter den Bedingungen, die unten beschrieben sind, ausgeführt, um eine Fraktion von ampholytischen Bestandteilen mit nahe beieinander liegenden pI-Werten zu erhalten.
  • In diesem Beispiel wurde die Probe, die aus dem anodischen Trennkompartiment 40 in Beispiel 3 erhalten worden war, einer erneuten IET-Abtrennung unter Verwendung einer IET-Patrone (U.S. Patent 6,328,869) unterzogen, die die anodische Ionen-permeable Barriere 30, die aus einer Polyethersulfonmembran mit einem nominalen Ausschluss von 5000 D (Gelman) hergestellt war, das anodische Trennkompartiment 40, die isoelektrische Trennbarriere 50 mit pI = 4,5 (Gradipore), die aus ImmobilineTM-Chemikalien (Amersham-Pharmacia), Acrylamid und N-N'-Methylen-bis-Acrylamid (Amersham-Pharmacia) hergestellt war, das kathodische Trennkompartiment 60 und die kathodische Ionen-permeable Barriere 70, die aus einer Polyethersulfonmembran mit einer nominellen Ausschlußgröße von 5000 D (Gelman) hergestellt worden war, umfasste. 80 mL einer 50 mM Phosphorsäurelösung (ungefährer pH = 1.8) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min. durch das Anodenkompartiment 15 zirkuliert. 80 mL einer 50 mM Natriumhydroxidlösung (ungefährer pH = 12.4) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min durch das Kathodenkompartiment 85 zirkuliert. 38 mL der Flüssigkeit, die aus dem anodischen Trennkompartiment 40 nach der IET-Auftrennung in Beispiel 3 unter Verwendung der isoelektrischen Trennbarriere 50 mit einem pI-Wert von 4.8 wiedererhalten worden waren, wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 20 mL/min. durch das anodische Trennkompartiment 40 zirkuliert. Somit waren anfänglich sowohl die Proteine mit pI < 4.8 als auch die in Beispiel 3 hinzugegebene Glutaminsäure in diesem Strom vorhanden. 40 mL einer 20 mM Lysinlösung wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 20 mL/min. durch das kathodische Trennkompartiment 60 zirkuliert. Die Anode 10 wurde in das Anodenkompartiment 15 eingesetzt, und die Kathode 90 wurde in das Kathodenkompartiment 85 eingesetzt. Das angelegte Potential betrug 250 mV und erzeugte einen anfänglichen Strom von 87 mA. Nach sechs Durchgängen der vorfraktionierten Hühnereiweißlösung nahm der Strom auf 68 mA ab. Nach jedem Durchgang wurden dem anodischen und kathodischen Trennkompartiment 40 bzw. 60 Aliquots entnommen und wie in Beispiel 1 beschrieben mit Hilfe des Ganz-Säulen-UV-Absorptions-Abbildungs-Kapillar-Instrumentes analysiert.
  • Als ein Ergebnis der sequentiell angewandten zweiten IET-Abtrennung blieben Proteine mit pI-Werten, die niedriger als 4.5 waren, im anodischen Trennkompartiment 40 auf der anodischen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 mit pI = 4.5 (unterstes Feld in 6, als „stromabwärts" bezeichnet). Proteine mit pI-Werten, die höher als 4.5 waren, wie Ovalbumin (ungefährer pI-Wert = 4.6) sammelten sich im kathodischen Trennkompartiment 60 auf der kathodischen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 an (oberstes Feld in 6, als „stromaufwärts" bezeichnet). Die Verlagerung des Ovalbumins war nach sechs Durchgängen zu 90% abgeschlossen, was durch die Anwesenheit von Glutaminsäure im anodischen Trennkompartiment 40 und von Lysin im kathodischen Trennkompartiment 60 unterstützt wurde. Bemerkenswerterweise enthielt das kathodische Trennkompartiment 60 keines der Proteine mit pI < 4.5; diese verblieben im anodischen Trennkompartiment 40. Das anodische Trennkompartiment 40 enthielt einige Überreste der Proteine mit pI > 4.5. Die visuelle Untersuchung des Inneren der IET-Patrone am Ende der IET-Abtrennung gemäß der vorliegenden Anwendung zeigte wieder einmal, dass weder im anodischen Trennkompartiment 40 noch im kathodischen Trennkompartiment 60 Proteinpräzipitation auftrat.
  • Beispiel 5
  • Abtrennung einer Hühnereiweißprobe, die ampholytische Bestandteile enthält, im präparativen Maßstab durch eine IET-Abtrennung
  • Die Abtrennung einer Probe, die ampholytische Bestandteile umfasst, im präparativen Maßstab wurde in Gegenwart eines isoelektrischen Puffers gemäß der vorliegenden Anwendung unter den unten beschriebenen Bedingungen ausgeführt.
  • Die Abtrennung gemäß der vorliegenden Anwendung wurde mit Hilfe der in den Beispielen 3 und 4 verwendeten IET-Einheit unter Verwendung einer IET-Patrone (U.S. Patent 6,328, 869) erhalten, die die anodische, Ionen-permeable Barriere 30, die aus einer Polyethersulfonmembran mit einer nominalen Ausschlussgröße von 1000 D (Gradipore) hergestellt war, das anodische Trennkompartiment 40, die isoelektrische Trennbarriere 50 mit pI = 5.0 (Gradipore), die aus ImmobilineTM-Chemikalien (Amersham-Pharmacia), Acrylamid und N-N'-Methylen-bis-Acrylamid (Amersham-Pharmacia) hergestellt war, das kathodische Trennkompartiment 60 und die kathodische, Ionen-permeable Barriere 70, die aus einer Polyethersulfonmembran mit einer nominalen Ausschlussgröße von 1000 D (Gradipore) hergestellt war, umfasste. 60 mL einer 2 mM Essigsäurelösung (ungefährer pH = 3.9) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min. durch das Anodenkompartiment 15 zirkuliert. 60 mL einer 15 mM Ethanolaminlösung (ungefährer pH = 10.5) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min. durch das Kathodenkompartiment 85 geströmt. 30 mL einer filtrierten Hühnereiweißlösung (die Hühnereiweiß umfasste, das in einem Verhältnis von 1:25 in entionisiertem Wasser verdünnt worden war) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 20 mL/min. durch das anodische Trennkompartiment 40 zirkuliert. 30 mL einer filtrierten Hühnereiweißlösung (die in einem Verhältnis von 1:25 in 5 nM Lysinlösung verdünnt worden war) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 20 mL/min. durch das kathodische Trennkompartiment 60 zirkuliert. Die Anode 10 wurde in das Anodenkompartiment 15 eingesetzt, und die Kathode 90 wurde in das Kathodenkompartiment 85 eingesetzt. Das angelegte Potential betrug 250 V, was einen anfänglichen Strom von 280 mA erzeugte. Nach jedem Durchgang wurden aus dem anodischen und kathodischen Trennkompartiment 40 bzw. 60 Aliquots entnommen und wie in Beispiel 1 beschrieben mit Hilfe des Ganz-Säule-UV-Absorptions-Abbildungs-Kapillar-Instrumentes analysiert. Die IET-Abtrennung war wie in 7 gezeigt nach drei Durchgängen der Hühnereiweißlösungen fast vollständig und erforderte eine Trennzeit von insgesamt sechs Minuten.
  • Als ein Ergebnis der IET-Abtrennung sammelten sich Proteine mit pI-Werten, die niedriger als 5.0 waren, wie Ovalbumin (pI = 4.6), im anodischen Trennkompartiment 40 auf der anodischen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 mit pI = 5.0 an (unterstes Feld in 7, als „stromabwärts" bezeichnet). Proteine mit pI-Werten, die höher als 5.0 waren, wie Ovotransferrin (ungefährer pI = 6.1), sammelten sich im kathodischen Trennkompartiment 60 auf der kathodischen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 an (oberstes Feld in 7, als „stromaufwärts" bezeichnet). Praktisch das gesamte Ovalbumin und die gesamten Proteine mit einem niedrigeren pI-Wert verlagerten sich ins anodische Trennkompartiment 40.
  • Beispiel 6
  • Entsalzen einer ampholytischen Probenmischung im präparativen Maßstab durch eine IET-Abtrennung
  • Das Entsalzen einer einen ampholytischen Bestandteil enthaltenden Probe im präparativen Maßstab wurde in Anwesenheit eines isoelektrischen Puffers gemäß der vorliegenden Anwendung unter den unten beschriebenen Bedingungen ausgeführt.
  • Der IET-Entsalzungsvorgang gemäß der vorliegenden Anmeldung wurde mit Hilfe der in Beispiel 2 verwendeten IET-Einheit erhalten. Die IET-Patrone (U.S. Patent 6,328,869) umfasste die anodische Ionen-permeable Barriere 30, die aus einer quervernetzten Poly(vinylalkohol)membran (Gradipore) hergestellt war, und die kathodische Ionen-permeable Barriere 70, die aus einer quervernetzten Poly(vinylalkohol)membran (Gradipore) hergestellt war. 200 mL einer 80 mM Phosphorsäurelösung (ungefährer pH = 1.6) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min. durch das Anodenkompartiment 15 zirkuliert. 200 mL einer 400 mM Natriumhydroxidlösung (ungefährer pH = 13.2) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min. durch das Kathodenkompartiment 85 zirkuliert. 30 mL der Probenlösung (die anfänglich 30 mM Tyramin als einen ampholytischen Probenbestandteil, 30 mM m-Aminobenzoesäure als einen isoelektrischen Puffer und 30 mM Benzyltrimethylammonium-para-Toluensulfonat als ein starkes elektrolytisches Salz enthielt) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 20 mL/min. durch das Trennkompartiment zirkuliert. Die Anode 10 wurde in das Anodenkompartiment 15 eingesetzt, und die Kathode 90 wurde in das Kathodenkompartiment 85 eingesetzt. Anfänglich betrug das angelegte Potential 5 V, was einen Strom von 500 mA erzeugte. Die rezyklisierte Lösung wurde 450 Minuten lang der Elektrophorese unterzogen, um zu zeigen, dass der ampholytische Probenbestandteil Tyramin in der IET-Einheit in einem nicht-isoelektrischen Zustand (vermischt mit dem isoelektrischen Puffer m-Aminobenzoesäure) über sehr lange Zeitspannen (7.5 Stunden) eingefangen werden konnte. Nach 450 Minuten erzeugte ein angelegtes Potential von 80 V einen elektrophoretischen Strom von 300 mA. Im Verlauf des Experiments wurden Aliquots aus dem Trennkompartiment entnommen und durch druckvermittelte Kapillarelektrophorese (PreMCE) analysiert, wie in W.A. Williams and G. Vigh, „A Fast, Accurate Mobility Determination Method for Capillary Electrophoresis", Analytical Chemistry 68 (1996) 1174 beschrieben. Die PreMCE-UV-Absorptions-Detektorspur der anfänglichen Probe ist im obersten Feld von 8 (als T0min bezeichnet) gezeigt, die des letzten Aliquots ist im untersten Feld von 8 (als T450min bezeichnet) gezeigt. Bei den Detektor-Spuren zeigt die Markierung BTA den Peak an, der dem Benzyltrimethylammoniumion entspricht, die Markierung PTSA zeigt den Peak an, der m-Aminobenzoesäure entspricht, wohingegen die Markierungen NM1, NM2 und NM3 die Peaks anzeigen, die Nitromethan, einem internen Standard bei der PreMCE-Analyse, entsprechen.
  • Als ein Ergebnis der IET-Abtrennung gemäß der vorliegenden Anmeldung wurde das starke elektrolytische Salz Benzyltrimethylammonium-para-Toluensulfonat aus der Probe entfernt, die den ampholytischen Bestandteil Tyramin umfasste. Das Tyramin wurde im Trennkompartiment zusammen mit m-Aminobenzoesäure eingefangen und befand sich in seinem nicht-isoelektrischen Zustand. Somit wurde die anfängliche Zusammensetzung der Probe erfolgreich verändert, und der ampholytische Probenbestandteil wurde in der IET-Einheit in seinem nicht-isoelektrischen Zustand eingefangen.
  • Beispiel 7
  • Entsalzen einer Hühnereiweißprobe im präparativen Maßstab durch eine IET-Abtrennung
  • Das Entsalzen einer Probe im präparativen Maßstab, die ampholytische Bestandteile enthielt, wurde in Gegenwart von zwei isoelektrischen Puffern gemäß der vorliegenden Anwendung unter den unten beschriebenen Bedingungen ausgeführt.
  • Der IET-Entsalzungsvorgang gemäß der vorliegenden Anmeldung wurde mit Hilfe der in Beispiel 2 beschriebenen IET-Einheit ausgeführt. Die IET-Patrone (U.S. Patent 6,328,869) umfasste die anodische Ionen-permeable Barriere 30, die aus einer Polyethersulfonmembran mit einer nominalen Ausschlussgröße von 5000 D (Gelman) hergestellt war, und die kathodische Ionen-permeable Barriere 70, die aus einer Polyethersulfonmembran mit einer nominalen Ausschlussgröße von 5000 D (Gelman) hergestellt war. 200 mL einer 50 mM Phosphorsäurelösung (ungefährer pI = 1.8) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min. durch das Anodenkompartiment 15 zirkuliert. 200 mL einer 50 mM Natriumhydroxidlösung (ungefährer pH = 12.4) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min. durch das Kathodenkompartiment 85 zirkuliert. 80 mL einer filtrierten Hühnereiweißlösung (die Hühnereiweiß als ampholytische Probenbestandteile umfasste, das in einem Verhältnis von 1:25 in einer Lösung verdünnt worden war, die auch 20 mM Glutaminsäure als ersten isoelektrischen Puffer, 20 mM Lysin als zweiten isoelektrischen Puffer und 25 mM Benzyltrimethylammonium-para-Toluensulfonat als starkes elektrolytisches Salz enthielt) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 40 mL/min durch das Trennkompartiment 40 zirkuliert. Die Anode 10 wurde in das Anodenkompartiment 15 eingesetzt, und die Kathode 90 wurde in das Kathodenkompartiment 85 eingesetzt. Das anfänglich angelegte Potential betrug 35 V, was einen Strom von 500 mA erzeugte. Der Großteil des Benzyltrimethylammonium-para-Toluensulfonat-Salzes wurde von der rezirkularisierten Hühnereiweißlösung in so wenig wie 55 Minuten entfernt, wie durch das Absinken des Endstroms auf 24 mA angezeigt wurde. Im Verlauf des Experiments wurden Aliquots aus dem Trennkompartiment entnommen und durch druckvermittelte Kapillarelektrophorese (PreMCE) analysiert, wie in W.A. Williams and G. Vigh, „A Fast, Accurate Mobility Determination Method for Capillary Electrophoresis", Analytical Chemistry 68 (1996) 1174 beschrieben. Die PreMCE-UV-Absorptions-Detektor-Spur der anfänglichen Probe ist im obersten Feld von 9 (als T0minbezeichnet) gezeigt, die des letzten Aliquots ist im untersten Feld von 9 (als T450min min bezeichnet) gezeigt. Bei den Detektor-Spuren zeigt die Markierung BTA den Peak an, der dem Benzyltrimethylammoniumion entspricht, die Markierung PTSA zeigt den Peak an, der m-Aminobenzoesäure entspricht, wohingegen die Markierungen NM1, NM2 und NM3 die Peaks bezeichnen, die Nitromethan, einem internen Standard bei der PreMCE-Analyse, entsprechen.
  • Als ein Ergebnis der IET-Abtrennung gemäß der vorliegenden Anwendung wurde das stark elektrolytische Salz Benzyltrimethylammonium-para-Toluensulfonat aus der Probe entfernt, wohingegen die ampholytischen Probenbestandteile, die Hühnereiweißproteine im Trennkompartiment in ihrem nicht-isoelektrischen Zustand und vermischt sowohl mit Lysin als auch Glutaminsäure eingefangen wurden. Somit wurde die anfängliche Zusammensetzung der Probe erfolgreich verändert, und die ampholytischen Probenbestandteile wurden in der IET-Einheit in ihrem nicht-isoelektrischen Zustand in Anwesenheit von zwei isoelektrischen Puffern eingefangen.
  • Beispiel 8
  • Abtrennung einer Hühnereiweißprobe im präparativen Maßstab durch eine IET-Abtrennung
  • Die Abtrennung einer Probe im präparativen Maßstab, die ampholytische Bestandteile enthält, wurde in Gegenwart von zwei isoelektrischen Puffern gemäß der vorliegenden Anwendung unter den unten beschriebenen Bedingungen ausgeführt.
  • Die IET-Abtrennung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde mit Hilfe der in Beispiel 2 verwendeten IET-Einheit erhalten. Die IET-Patrone (U.S. Patent 6,328,869) umfasste die anodische Ionen-permeable Barriere 30, die aus einer isoelektrischen Barriere mit pI = 3.0 (Gradipore) bestand, die aus ImmobilineTM-Chemikalien (Amersham-Pharmacia), Acrylamid und N-N'-Methylen-bis-Acrylamid hergestellt war, das anodische Trennkompartiment 40, die isoelektrische Trennbarriere 50 mit pI = 5.0 (Gradipore), die aus ImmobilineTM-Chemikalien (Amersham-Pharmacia), Acrylamid und N-N'-Methylen-bis-Acrylamid (Amersham-Pharmacia) hergestellt war, das kathodische Trennkompartiment 60 und die kathodische, Ionen-permeable Barriere 70, die aus einer isoelektrischen Barriere mit pI = 8.2 (Gradipore) bestand, die aus ImmobilineTM-Chemikalien (Amersham-Pharmacia), Acrylamid und N-N'-Methylen-bis-Acrylamid (Amersham-Pharmacia) hergestellt war. 80 mL einer 10 mM Phosphorsäurelösung wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 mL/min. durch das Anodenkompartiment 15 zirkuliert. 80 mL einer 10 mM Triethanolaminlösung wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 2 L/min. durch das Kathodenkompartiment 85 zirkuliert. Jeweils 30 mL einer filtrierten Hühnereiweißlösung (die Hühnereiweiß enthielt, das mit einem Verdünnungsverhältnis von 1:25 jeweils in 20 mM Glutaminsäure bzw. 20 mM Histidin gelöst war) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit von 20 mL/min. durch das Anoden- und Kathodentrennkompartiment 40 bzw. 60 zirkuliert. Die Anode 10 wurde in das Anodenkompartiment 15 eingesetzt, und die Kathode 90 wurde in das Kathodenkompartiment 85 eingesetzt. Der anfängliche Elektrophoresestrom wurde auf 250 mA eingestellt. Die Abtrennung war nach acht Durchgängen der Hühnereiweißlösung durch die Trennkompartimente praktisch abgeschlossen, was eine Trennzeit von insgesamt 16 Minuten ergab. Nach jedem Durchgang wurden dem Anoden- und Kathodentrennkompartiment 40 bzw. 60 Aliquots entnommen und wie in Beispiel 1 beschrieben mit Hilfe des Ganz-Säulen-UV-Absorptions-Abbildungs-Kapillar-Instrumentes analysiert.
  • Als ein Ergebnis der IET-Abtrennung gemäß der vorliegenden Anmeldung sammelten sich Proteine mit pI-Werten, die geringer als 5.0 waren, wie Ovalbumin (ungefährer pI = 4.6), im anodischen Trennkompartiment 40 auf der anodischen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 mit pI = 5.0 an (unterstes Feld in 10, bezeichnet als „stromabwärts"). Proteine mit pI-Werten, die höher als 5.0 waren, wie Ovotransferrin (ungefährer pI = 6.1) sammelten sich im kathodischen Trennkompartiment 60 auf der kathodischen Seite der isoelektrischen Trennbarriere 50 an (oberstes Feld in 10, bezeichnet als „stromaufwärts"). Praktisch das gesamte Ovalbumin und die Proteine mit niedrigeren pI-Werten verlagerten sich ins anodische Trennkompartiment 40. Eine visuelle Untersuchung des Inneren der Trennpatrone am Ende der IET-Abtrennung zeigte, dass Proteinpräzipitation weder im anodischen Trennkompartiment 40 noch im kathodischen Trennkompartiment 60 auftrat.

Claims (35)

  1. Verfahren zum Abtrennen eines ampholytischen Bestandteiles durch Elektrophorese, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen einer Probe, die einen ampholytischen Bestandteil mit einem pI-Wert enthält, in einem Elektrophoresetrennsystem umfassend einen Anolyten mit einem pH und einen Katolyten mit einem pH, wobei der pH des Katolyten höher ist als der pH des Anolyten, eine oder mehrere Ionen-permeable Barrieren, die zwischen dem Anolyten und dem Katolyten angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Barrieren eine isoelektrische Barriere mit einem pI-Wert ist, der höher ist als der pH des Anolyten und niedriger ist als der pH des Katolyten; Bereitstellen eines isoelektrischen Puffers mit einem pI-Wert, der höher ist als der pH des Anolyten und niedriger ist als der pH des Katolyten und verschieden ist von dem pI-Wert des ampholytischen Probenbestandteiles und verschieden ist von dem pI-Wert einer Ionen-permeablen isoelektrischen Barriere; und Exponieren der Probe gegenüber einem elektrischen Potential, um den ampholytischen Probenbestandteil in einem nicht-isoelektrischen Zustand in Gegenwart des isoelektrischen Puffers in dem Elektrophoresesystem einzufangen.
  2. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Elektrophoresetrennsystem ein Anodenkompartiment, das eine Anode enthält und ausgeführt ist, um den Anolyten aufzunehmen, ein Kathodenkompartiment, das eine Kathode enthält und ausgeführt ist, um den Katolyten aufzunehmen, und eine Ionen-permeable Barriere in der Form einer Ionen-permeablen isoelektrischen Barriere mit einem pI-Wert, die zwischen dem Anodenkompartiment und dem Kathodenkompartiment angeordnet ist, umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Elektrophoresetrennsystem weiter eine erste und eine zweite Ionen-permeable Barriere umfasst, die zwischen dem Anodenkompartiment und dem Kathodenkompartiment angeordnet sind und die ein erstes Trennkompartiment zwischen dem Anodenkompartiment und dem Kathodenkompartiment ausbilden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste und zweite Ionen-permeable Barriere Ionen-permeable isoelektrische Barrieren mit jeweils einem definierten aber unterschiedlichen pI sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Probe in entweder dem Probenkompartiment, dem Anodenkompartiment oder dem Kathodenkompartiment bereitgestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Probe in dem Probenkompartiment bereitgestellt wird und der ampholytische Bestandteil in einem nicht-isoelektrischen Zustand in dem Probenkompartiment abgetrennt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der ampholytische Bestandteil in einem nicht-isoelektrischen Zustand in dem Probenkompartiment oder dem Kathodenkompartiment oder Anodenkompartiment erhalten wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Probe zwei oder mehr ampholytische Bestandteile enthält, die in nicht-isoelektrischen Zuständen in dem Probenkompartiment oder dem Kathodenkompartiment oder dem Anodenkompartiment oder jeweils zwei oder mehr von dem Probenkompartiment, dem Anodenkompartiment oder dem Kathodenkompartiment erhalten werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Elektrophoresetrennsystem weiter eine weitere Ionen-permeable Barriere umfasst, die zwischen dem Anodenkompartiment und dem Kathodenkompartiment angeordnet ist und die ein zweites Trennkompartiment benachbart dem ersten Trennkompartiment ausbildet, wobei das System eine erste Ionen-permeable isoelektrische Barriere mit einem ersten pI-Wert und eine zweite Ionen-permeable isoelektrische Barriere mit einem zweiten pI-Wert aufweist, der von dem ersten pI-Wert der ersten Ionen-permeablen isoelektrischen Barriere verschieden ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Ionen-permeablen Barrieren alle isoelektrische Barrieren mit jeweils einem definierten aber unterschiedlichen pI sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Probe in dem ersten Probenkompartiment, dem zweiten Probenkompartiment, dem Anodenkompartiment oder dem Kathodenkompartiment oder sowohl dem ersten als auch dem zweiten Probenkompartiment bereitgestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der ampholytische Bestandteil in einem nicht-isoelektrischen Zustand in dem ersten Probenkompartiment oder in dem zweiten Probenkompartiment oder in dem Anodenkompartiment oder dem Kathodenkompartiment erhalten wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Probe zwei oder mehr ampholytische Bestandteile enthält, die in einem nicht-isoelektrischen Zustand in dem ersten Probenkompartiment oder in dem zweiten Probenkompartiment, oder in sowohl dem ersten Probenkompartiment als auch in dem zweiten Probenkompartiment erhalten werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Elektrophoresetrennsystem weiter eine Vielzahl von Ionen-permeablen Barrieren umfasst, die zwischen dem Anodenkompartiment und dem Kathodenkompartiment angeordnet sind und die eine Vielzahl von Trennkompartimenten ausbilden, die zwischen den Anoden- und Kathodenkompartimenten angeordnet sind, wobei zwei oder mehr Ionen-permeable Barrieren Ionen-permeable isoelektrische Barrieren mit jeweils einem unterschiedlichen pI-Wert sind.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei drei oder mehr der Ionen-permeablen Barrieren Ionen-permeable isoelektrische Barrieren mit jeweils einem unterschiedlichen pI-Wert sind.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei alle Ionen-permeablen Barrieren Ionen-permeable isoelektrische Barrieren mit jeweils einem unterschiedlichen pI-Wert sind.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei ein erster isoelektrischer Puffer und ein zweiter isoelektrischer Puffer mit jeweils einem unterschiedlichen pI-Wert in wenigstens jeweils zwei von den Probenkompartimenten oder dem Anodenkompartiment oder dem Kathodenkompartiment bereitgestellt werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Ionen-permeablen Barrieren ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus nicht mischbaren Flüssigkeiten, porösen Feststoffen, nicht-ionischen Membranen, Membranen, isoelektrischen Membranen, Hydrogelmembranen, Gelen und Hydrogelen.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Hydrogelmembranen Polyethersulfon-basiert, Poly(vinyl)alkohol-basiert oder Polyacrylamid-basiert sind.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die nicht-ionischen Membranen gestützte Membranen sind, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus quervernetztem Polyacrylamid und Poly(vinyl)alkohol, gestützt auf Glasfaser, Filterpapier, Polymergitter und Papier.
  21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Ionen-permeablen Barrieren poröse Fritten sind, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glasfritten, Keramikfritten und Polymerfritten.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die Ionen-permeablen Barrieren im wesentlichen den Durchgang von Molekülen mit einer Größe oder einem hydratisierten Ionenradius beschränken, die/der größer ist als eine festgelegte Größe.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Ionen-permeablen isoelektrischen Barrieren ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus isoelektrischen porösen Feststoffen, isoelektrischen Membranen und isoelektrischen Gelen.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Ionen-permeablen isoelektrischen Barrieren isoelektrische Membranen sind.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei im wesentlichen kein Konvektionsmischung zwischen den Kompartimenten auftritt.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei der isoelektrische Puffer in wenigstens einem von dem Probenkompartiment, dem Anodenkompartiment und dem Kathodenkompartiment bereitgestellt wird.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei sich der pI-Wert des isoelektrischen Puffers um wenigstens 0,001 pH-Einheiten von dem pI-Wert des ampholytischen Probenbestandteils unterscheidet.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei der Absolutwert des Unterschiedes zwischen dem pI-Wert und dem pKa-Wert, der zu dem pI-Wert des isoelektrischen Puffers am nächsten ist, weniger als etwa 1,5 beträgt.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei der isoelektrische Puffer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Iminoacetessigsäure, N-Methyliminoacetessigsäure, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Glycyl-Asparaginsäure, m-Aminobenzoesäure, Histidyl-Glycin, Histidyl-Histidin, Histidin, 1,2-Diaminopropionsäure, Ornithine, Lysin, Lysil-Lysin, und Arginin.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei der isoelektrische Puffer Glutaminsäure oder Lysin ist.
  31. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der isoelektrische Puffer Glutaminsäure ist und der zweite isoelektrische Puffer Lysin ist.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31, weiter umfassend Bereitstellen eines nicht-ionischen lösungsvermittelnden Agens.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das lösungsvermittelnde Agens ein nicht-ionisches Detergens ist.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, wobei der ampholytische Probenbestandteil ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Proteinen, Polypeptiden, Oligopeptiden, Aminophenolen, Aminophosphonsäuren und Aminosäuren.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei der ampholytische Probenbestandteil ein Protein ist.
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