EP1960519A1 - Method for the sorption of at least one nucleic acid molecule using acid-activated phyllosilicates - Google Patents

Method for the sorption of at least one nucleic acid molecule using acid-activated phyllosilicates

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EP1960519A1
EP1960519A1 EP05819297A EP05819297A EP1960519A1 EP 1960519 A1 EP1960519 A1 EP 1960519A1 EP 05819297 A EP05819297 A EP 05819297A EP 05819297 A EP05819297 A EP 05819297A EP 1960519 A1 EP1960519 A1 EP 1960519A1
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EP
European Patent Office
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nucleic acid
acid molecule
layered silicate
layer
acid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05819297A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Ulrich Sohling
Thomas Scheper
Cornelia Kasper
Kirstin Suck
Daniel Riechers
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Sued Chemie AG
Original Assignee
Sued Chemie AG
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Filing date
Publication date
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    • B01D15/424Elution mode

Definitions

  • the invention relates to a method for the sorption of at least one nucleic acid molecule from a liquid medium using a layer which comprises at least one acid-activated layered silicate.
  • the method can be used in particular for the enrichment, depletion, removal, extraction or separation of nucleic acid molecules from or in liquid media.
  • Another field of application for such separation processes and the adsorbents used for this is the depletion of DNA in waste water, especially in production processes with genetically modified organisms, such as Bacteria or fungi.
  • adsorbents are already known in the prior art, in particular those based on silanized silicate particles (silica gel) or functionalized celluloses.
  • US Pat. No. 4,029,583 describes a chromatographic carrier material made of silica gel which is suitable for the separation of proteins, peptides and nucleic acids and which has a cavity diameter of up to 50 nm and on which a stationary phase with an anion or cation exchanger is formed by means of a silanizing reagent Groups are bound that interact with the substances to be separated.
  • the silanized silica gel is brought into contact with water, with the risk that the stationary phase polymerizes and closes the pores of the carrier material.
  • nucleic acid mixtures can be separated into their constituents with high resolution and at high throughput speed if a chromatographic support material is used in which the diameter of the cavities is one to twenty times the largest dimension of the nucleic acid to be isolated or the largest dimension of the largest of all nucleic acids contained in the mixture.
  • a chromatographic support material is used in which the diameter of the cavities is one to twenty times the largest dimension of the nucleic acid to be isolated or the largest dimension of the largest of all nucleic acids contained in the mixture.
  • a silanizing reagent which has a flexible chain group, which in turn is converted to the finished support material by reaction with a reagent which forms an anion or cation exchanger.
  • EP 0 496 822 (WO 91/05606, DE 393 50 98) describes a chromatographic support material whose cavities are one to twenty times the size of the largest dimension of the nucleic acids to be separated, which can be obtained by using a starting support material with a cavity size of 10 up to 1000 nm, a specific surface area of 5 to 800 m 2 / g and a grain size of 3 to 500 ⁇ m with a silanizing reagent, which is characterized in that the silanizing reagent has at least one reactive group already reacted with a primary or secondary hydroxyalkylamine or contains a reactive group which can be reacted with a hydroxyalkylamine, such as an epoxy group or halogen atoms, which is reacted with a hydroxyalkylamine in a further reaction step.
  • a disadvantage of the prior art sorption systems is that they are either relatively expensive or do not meet the requirements in terms of the binding capacity, the binding kinetics and / or the recovery rate of the absorbed nucleic acid (s). Due to the increasing importance of separating or purifying nucleic acids from different media, there is a constant need for improved sorbents for nucleic acids.
  • sorbents which comprise at least one acid-activated phyllosilicate can be used particularly advantageously to achieve this object.
  • Such acid-activated phyllosilicates show a surprisingly high binding capacity for nucleic acids "" * O """exceeds that of commercial adsorption systems of the prior art. Furthermore, they exhibit particularly rapid binding kinetics. It is also advantageous that the bound nucleic acid can be removed again virtually quantitatively from the sorbent.
  • the acid-activated layered silicate used according to the invention as a sorption agent can be used particularly advantageously for the sorption of at least one nucleic acid molecule from a liquid medium if it is present in a layer with a layer thickness of at least one millimeter.
  • the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule can then be passed through the layer containing the at least one acid-activated layered silicate.
  • One aspect of the present invention thus relates to a method for the sorption of at least one nucleic acid molecule from a liquid medium, comprising the following steps: a. Providing a liquid medium containing at least one nucleic acid molecule;
  • step c Passing the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule according to step a. through the layer according to step b. in order to sorb the at least one nucleic acid molecule in the layer.
  • the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule is thus passed through the Layer containing the at least one acid activated
  • Layered silicate passed through. This passage can be done in any way. In many cases, the capillary forces or gravity will be sufficient to allow the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule to flow through the layer with the acid-activated one
  • a pressure can also be applied to enable or accelerate the passage of the liquid medium through the layer, depending on the viscosity of the liquid medium containing the at least one nucleic acid molecule.
  • a vacuum or vacuum can be applied below the layer, so that the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule through the layer with the acid-activated
  • Layer are sorbed with the acid-activated layered silicate.
  • the sorbents disclosed here are thus suitable both for separating nucleic acids and for enriching or enriching them from corresponding solutions / media in order to obtain or remove them.
  • the almost quantitative recovery rate when eluting with conventional, usually high-salt buffers shows that it is also possible to recover the bound nucleic acid.
  • Preferred elution buffers have a pH of 8 or more.
  • the areas of application for such sorbents are diverse. Without restricting this invention to the following examples, a few possible applications should be mentioned: For example, separation of nucleic acids from a multicomponent gene is conceivable. mix or the depletion of DNA from wastewater from biotechnological production residues with genetically modified organisms.
  • the sorbent and method according to the invention can also be used for all molecular biological, microbiological or biotechnological methods in connection with nucleic acids, in particular their enrichment or depletion, separation, transient or permanent immobilization or other utilization. Exemplary methods and procedures can be found in relevant textbooks such as Sambrook et al. , "Molecular Cloning: A Laboratory Manual", CoId Spring Harbor Press 2001 and are familiar to the person skilled in the art.
  • the present method can also be used in the context of the chromatographic separation of nucleic acids. Nucleic acids are to be understood primarily as DNA and RNA species, including genomic DNA and cDNA and their fragments, mRNA, tRNA, rRNA and other nucleic acid derivatives of natural or synthetic origin of any length.
  • biomolecule is understood to be a molecule which has, as building blocks, nucleotides or nucleosides (nucleobases), amino acids, monosaccharides and / or fatty acids.
  • nucleic acid (molecule) also includes other biomolecules.
  • use for the sorption of nucleic acids is particularly preferred.
  • Layered silicates can be used all natural or synthetic layered silicates or mixtures thereof, which can be activated by an acid, ie in which Katio - - can be exchanged for protons in the intermediate layers. Two-layer and in particular three-layer silicates are preferred. Acid-activatable sheet silicates are familiar to the person skilled in the art and include, in particular, the smectic or montmorillonite-containing sheet silicates, such as bentonite.
  • both so-called nature-active and non-nature-active layered silicates can be used, in particular di- and trioctahedral layered silicates of the serpentine, kaolin and talc pyrophylite group, smectites, vermiculites, II-lite and chlorites as well as those of the sepiolite-palygorskite group, such as montmorillonite , Natronite, saponite and vermiculite or hectorite, beidellite, palygorskite as well as alternating storage minerals (mixed layer mineral). Mixtures of two or more of the above materials can of course also be used.
  • the layered silicate used according to the invention can also contain further constituents (including, for example, non-acid-activated layered silicates) which do not impair the intended use of the acid-activated clay, in particular its sorption capacity, or even have useful properties.
  • further constituents including, for example, non-acid-activated layered silicates
  • Layered silicates from the montmorillonite / beidellite series such as e.g. Montmorillonite, bentonite, natronite, saponite and hectorite. Bentonites are most preferred, since surprisingly particularly advantageous binding capacities and kinetics for nucleic acids are achieved here.
  • acid-activated phyllosilicates in particular can advantageously be used in the processes according to the invention which have an iron content, calculated as Fe 2 O 3 , based on the total amount of acid-activated phyllosilicate used, of less than 6% by weight. %, preferably less than 4% by weight, more preferably less than 3% by weight, in particular _ y - have less than 2.5 wt .-%. It was found that when using such an acid-activated layer silicate with a low iron content a particularly gentle and
  • the layer with the at least one acid-activated layered silicate has a layer thickness of more than 0.3 cm, preferably more than 0.5 cm.
  • Layer thickness will depend on the volume of the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule and the concentration of the nucleic acids contained in the liquid medium. In many cases, however, the layer thickness will be between about 0.1 and 100 cm.
  • the exact preferred particle size is Oil packs are often influenced by the porosity of the frits used and in some cases can also be between 5 and 10 ⁇ m, determined on the basis of the dry sieve residue (as stated above).
  • the permeability of the layer with the acid-activated layered silicate is particularly favorable for the preferred aqueous or alcoholic media and at the same time good sorption of the nucleic acid molecules onto the. particulate acid-activated layered silicate is made possible.
  • the acid-activated layered silicate has a swellability of less than 15 ml / 2 g, in particular less than 10 ml / 2 g.
  • Such swellability of the acid-activated layered silicate makes it particularly easy to use layers suitable for sorption of nucleic acids, e.g. produce in the form of columns.
  • a method for determining the swellability (sediment volume) is given below in the method section.
  • weathering products of clays with a specific surface area of more than 200 m 2 / g, a pore volume of more than 0.5 ml / g and a cation exchange capacity of more than 35 meq / 100 g in acid-activated form have also proven to be useful .
  • raw clays for acid activation whose cation exchange capacity is above 40 meq / 100 g, preferably in the range from 45 to 85 meq / 100 g.
  • the specific BET surface area is particularly preferably in the range from 170 to 280 m 2 / g, in particular between 180 and 260 m 2 / g.
  • the pore volume is preferably in the range from 0.7 to 1.0 ml / 100 g, in particular in the range of 0.80 to 1.0 ml / 100g.
  • Acid activation of such raw clays can be carried out as specified herein.
  • Such clays are described, for example, in DE 103 56 894.8 by the same applicant, which in this regard is expressly incorporated by reference into the present description.
  • the two-layer and the three-layer layer silicates can advantageously be used in the layers for sorption of nucleic acids and other biomolecules even without acid activation.
  • the smectitic layered silicates such as bentonite are particularly preferred.
  • a non-activated layered silicate can be used instead of the acid-activated layered silicate, or a mixture of both as the sorbent according to the invention. Otherwise, the information given in relation to the method and the use of the sorbent apply accordingly in the present description.
  • the sorbent used in the layer according to the invention or the layer itself is based on at least one acid-activated layered silicate, ie at least 50% by weight, preferably at least 75% by weight, more preferably at least 90% by weight, in particular at least 95% by weight or even at least 98% by weight of the sorbent or layer according to the invention consist of one (or more) acid-activated layered silicate (s), as defined herein.
  • the sorbent according to the invention or the layer consists essentially or completely of at least one _ I 2 - acid activated layered silicate.
  • the sorbent used according to the invention can also be used together with other sorbents or other components which appear suitable to the person skilled in the art, for example in the context of the method according to the invention.
  • the acid-activated layered silicate has an average pore diameter, determined by the BJH method (DIN 66131), between approximately 2 nm and 25 nm, in particular between approximately 4 and approximately 10 nm.
  • the pore volume, determined by the CCl 4 method according to the method part, of pores up to 80 nm in diameter is between approximately 0.15 and 0.80 ml / g, in particular between approximately 0.2 and 0.7 ml / G.
  • the corresponding values for pores up to 25 nm in diameter are in the range between approximately 0.15 and 0.45 ml / g, in particular 0.18 to 0.40 ml / g.
  • the corresponding values for pores up to 14 nm are in the range between approximately 0.10 and 0.40 ml / g, in particular approximately 0.12 to 0.37 ml / g.
  • the pore volumes for pores between 14 and 25 nm in diameter can be, for example, between 0.02 and 0.3 ml / g.
  • the pore volume of pores with 25 to 80 nm can be in the same range, for example.
  • the porosimetry of the acid-activated layered silicates can also be influenced in a targeted manner via the conditions in the acid activation of the layered silicates, ie in particular the amount or concentration of the acid used, the temperature and the duration of the acid treatment. For example, a stronger acid activation with an increased amount of acid or at an elevated temperature over a longer period of time can result in a larger one - -
  • Porosity of the layered silicates are brought about, especially in the region of the smaller pores with a diameter of less than 50 nm, in particular less than 10 nm, determined by the CCl 4 method according to the method part.
  • the micropore volume of the layered silicate can be increased.
  • the cation exchange capacity is decreasing.
  • the sorption capacity of the acid-activated layered silicate or its absorption and desorption rate via acid activation in individual cases can be optimized on the basis of routine examination of a number of differently acid-activated layered silicates.
  • the pores / cavities in the sorbents according to the invention can be modified in the manner provided in accordance with EP 0 104 210 or US 4,029,583 (see above).
  • the acid-activated phyllosilicates used according to the invention are generally produced by:
  • Layered silicates treated with at least one acid are brought into contact with the acid (s).
  • the acid any method for the acid activation of phyllosilicates which is known to the person skilled in the art can be used here, including the methods described in WO 99/02256, US Pat. No. 5,008,226 and US Pat. No. 5,869,415, which are expressly incorporated by reference into the description.
  • any organic or inorganic acids or mixtures thereof can be used.
  • acid can be sprayed on using a so-called SMBE process (Surface Modified Bleaching Earth).
  • SMBE process Surface Modified Bleaching Earth
  • the activation of the layered silicate is thus carried out in the aqueous phase.
  • the acid is brought into contact with the layered silicate as an aqueous solution.
  • the procedure can be such that the layered silicate, which is preferably provided in the form of a powder, is first slurried in water. Then the acid (eg in concentrated form) is added.
  • the layered silicate can also be suspended directly in an aqueous solution of the acid, or the aqueous solution of the acid can be applied to the layered silicate.
  • the aqueous acid solution can, for example, be sprayed onto a preferably broken or powdered layered silicate, the amount of water preferably being chosen to be as small as possible and, for example, a concentrated acid or acid solution being used.
  • the amount of acid can preferably be selected between 1 and 10% by weight, particularly preferably between 2 and 6% by weight, of an acid, in particular a strong acid, for example a mineral acid such as sulfuric acid, based on the anhydrous layered silicate (atro). If necessary, excess water can be evaporated and the activated layered silicate can then be ground to the desired fineness. As already explained above, no washing step is required in this embodiment of the method according to the invention, but is possible.
  • the water content of the acid-activated layered silicate obtained is usually adjusted to a proportion of less than 20% by weight, preferably less than 15% by weight.
  • the acid itself can be chosen as desired. Both mineral acids and organic acids or mixtures of the above acids can be used - - be used. Conventional mineral acids can be used, such as hydrochloric acid, phosphoric acid or sulfuric acid, with sulfuric acid being preferred. Concentrated or diluted acids or acid solutions can be used. Solutions of, for example, citric acid or oxalic acid can be used as organic acids.
  • mineral acids and organic acids or mixtures of the above acids can be used - - be used. Conventional mineral acids can be used, such as hydrochloric acid, phosphoric acid or sulfuric acid, with sulfuric acid being preferred. Concentrated or diluted acids or acid solutions can be used. Solutions of, for example, citric acid or oxalic acid can be used as organic acids.
  • citric acid or oxalic acid can be used as organic acids.
  • Another preferred activation option is the boiling of the layered silicates in an acid, in particular hydrochloric or sulfuric acid. Different degrees of activation can be set here by the appropriate concentrations of acid and cooking times, and the pore volume distribution can be set in a targeted manner. Such activated
  • Layered silicates are often referred to as bleaching earths. After the materials have dried, they are ground using standard methods.
  • the "classic" activation which is preferable in the invention in many cases, is activated at temperatures of about 100 0 C to the boiling point (boiling point).
  • the SMBE process is usually carried out at room temperature, with elevated temperatures allowing better acid activations in individual cases.
  • the influence of temperature is far less with the SMBE process than with the "classic" activation (so-called HBPE process).
  • the dwell time (duration of acid activation) in the HBPE process is, for example, between about 8 hours, for example when using hydrochloric acid, and 12 to 15 hours, for example when using sulfuric acid.
  • the HBPE process attacks the layer structure, which results in areas with silica, in addition to structurally largely unchanged areas.
  • 3% by weight of H 2 SO 4 are added (100 + 3).
  • the analysis of the processed material then usually reveals acidity - - keep in the range of 0.4 to 1.0%, ie a large part of the acid is consumed (exchange of H + ions for other cations etc.). A small part may be consumed by the lime it contains.
  • the contact times with the acid are often around 15 minutes in the laboratory.
  • the layered silicate is activated in such a way that the cation exchange capacity (CEC) of the acid-activated layered silicate used is less than 50 meq / 100 g, in particular less than 40 meq / 100 g.
  • Activation is particularly preferably carried out by means of an at least 1 molar, in particular at least 2 molar acid solution at elevated temperature, in particular at more than 30 ° C., more preferably more than 60 ° C.
  • the layer silicates are advantageously activated an acid with a pKa value of less than 4, in particular less than 3, more preferably less than 2.5 is used.
  • strong mineral acids in particular hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid or mixtures thereof, in particular in concentrated form, are preferably used.
  • the preferred amount of acid is more than 1% by weight, in particular more than 2% by weight, particularly preferably at least 3% by weight of acid, more preferably at least 4% by weight of acid, based on the amount of layered silicate to be activated (determined from Drying at 130 0 C).
  • the exchangeable (metal) cations are essentially completely replaced by protons by the acid activation of the layered silicate, ie more than 90%, in particular more than 95%, particularly more preferably more than 98%. This can be determined on the basis of the CEC and its ion proportions before and after acid activation.
  • the acid activation does not require that the excess acid and the salts formed during the activation are washed out. Rather, after the acid has been fed in, as is customary for acid activation, no washing step is carried out, but the treated layered silicate is dried and then, if necessary, ground to the desired particle size.
  • the sorbent used according to the invention can be used in the form of a powder, granulate or any shaped body.
  • the sorbents can be used in any form, including supported or immobilized forms.
  • use in the separation of different nucleic acid components on the basis of their molecular weight is also conceivable.
  • the application form of the adsorbents according to the invention is not limited to the examples given.
  • the layer used according to the invention with the at least one acid-activated layered silicate will be a layer in a column or cartridge, as is usually used for the passage of a liquid medium.
  • these can be chromatography columns, including gravity or centrifugation columns, solid phase chromatography, filter cartridges or membranes.
  • the grain or shaped body size of the acid-activated layered - - Licenses depend on the respective application. All grain sizes or agglomerate sizes are possible here.
  • the acid-activated layered silicate in powder form in particular with a D 5 ⁇ o value of 1 to 1,000 are used in particular from 5 to 500 microns in order.
  • Typical usable granules are in the range (D 50 , by volume) between 100 ⁇ m to 5,000 ⁇ m, in particular 200 to 2,000 ⁇ m particle size.
  • the above-mentioned dry sieve residues are particularly preferred for the layers or column packs used according to the invention.
  • it is advantageous to use moldings made from or with the acid-activated layered silicates for example in the case of chromatography columns, including gravity or centrifugation columns,
  • the sorbent used according to the invention can be in immobilized form.
  • the sorbent can be placed in a filter cartridge, a
  • HPLC cartridge or a comparable dosage form can be embedded. Embedding in gels, such as agarose gels or other gel-like or matrix-like structures, is also preferably possible. Such applications are often sold as part of so-called kits for the purification of nucleic acid molecules, such as, for example, the products from Quiagen, such as Quiagen genomic tip or the like.
  • the medium containing the nucleic acid molecules of interest is generally sent through a column or filter cartridge or the like containing the sorbent. It can then be washed with suitable buffers to remove adhering contaminants. Finally there follows an elution step to obtain the nucleic acid molecules of interest. _
  • the acid-activated layered silicate has a BET surface area (determined according to DIN 66131) of at least 50 to 800 m 2 / g, in particular at least 100 to 600 m 2 / g, particularly preferably of at least 130 to 500 m 2 / g g, on. Interaction with the nucleic acid is apparently facilitated by the high surface area, with the possibility of desorption surprisingly being retained.
  • the nucleic acids are DNA or RNA molecules in double-stranded or single-stranded form with one or more nucleotide units.
  • the method according to the invention is particularly advantageous in the case of media which contain oligonucleotides or nucleic acids with at least 10 bases (pairs), preferably with at least 100 bases (pairs), in particular at least 1000 bases (pairs).
  • the method according to the invention can also be used with nucleic acids between 1 and 10 bases (pairs) or with quite large nucleic acid molecules, such as plasmids or vectors with, for example, 1 to 50 kB or longer genomic or c-DNA fragments. Restriction-digested DNA and RNA fragments, synthetic or natural oligo- and polymers from nucleic acids, cosmids etc. are also included.
  • the chromatographic separation of biological macromolecules such as long-chain oligonucleotides, high-molecular nucleic acids, tRNA, 5S-rRNA, other rRNA species, single-stranded DNA, double-stranded DNA (eg plasmids or fragments of genomic DNA) etc. is of interest Surprisingly, an improved resolution can be achieved at a high throughput speed.
  • the carrier materials used can be used in a wide temperature range and are highly loadable.
  • the carrier material also shows high pressure resistance and a long service life.
  • nucleic acids such as high-purity plasmid DNA
  • the protocols known in the prior art for the highly pure purification of nucleic acids are often costly and / or time-consuming, are not suitable for use on a large scale or are not safe enough for therapeutic purposes, since toxic solvents or enzymes of animal origin, such as e.g. RNAse can be used.
  • a liquid medium is understood to mean any non-solid medium, including low or high viscosity and fluid media. It will preferably be polar media in which the biomolecules or nucleic acid molecules of interest are generally contained. For example, it can also be a colloidal solution, a suspension, a dispersion, a solution or an emulsion.
  • the particularly preferred aqueous or alcoholic media are understood to mean all media containing water or alcohol, including aqueous-alcoholic media.
  • all media are also included in which water is completely miscible or completely mixed with other solvents.
  • alcohols such as methanol, ethanol and C 3 - to Cio-alcohols with one or more OH groups or acids are to be mentioned.
  • Solvents that are completely miscible with water and their mixtures with water and alcohol are also conceivable. In particular acts - - In practice, these are aqueous, aqueous-alcoholic or alcoholic media.
  • Typical examples are aqueous or alcoholic buffer systems as used in science and industry, industrial or non-industrial waste water, process waste water, fermentation residues or media, media from medical or biological research, liquid or fluid contaminated sites and the like.
  • the sorbent according to the invention can contain further components in the layer as long as these do not unacceptably impair the adsorption of the nucleic acids and, if provided, their desorption.
  • additional components can include, but are not limited to, organic or inorganic binders (see below), other sorbents for biomolecules or other inorganic or organic substances of interest from the medium which are known to the person skilled in the art, or also carriers such as glass, plastic or ceramic materials or the like include.
  • the sorbent particles can be combined in the layer used to form larger agglomerates, granules or shaped bodies or applied to a carrier by means of a suitable binder.
  • the shape and size of such superordinate structures, which contain the primary sorbent or layered silicate particles, depends on the particular application desired. It is therefore possible to use all shapes and sizes familiar to the person skilled in the art and suitable in individual cases. For example, in many cases agglomerates with a diameter of more than 10 ⁇ m, in particular more than 50 ⁇ m, may be preferred. In the case of a bed for chromatography columns and the like, one can - -
  • Spherical shape of the agglomerates may be advantageous.
  • Possible carriers are, for example, calcium carbonate, plastics or ceramic materials.
  • any binder familiar to the person skilled in the art can also be used as long as the attachment or incorporation of the biomolecules in or onto the sorbent in the layer is not impaired too much or ensures the stability of the particle agglomerates or moldings required for the particular application is.
  • the following can be used as binders: agar-agar, alginates, chitosans, pectins, gelatins, lupine protein isolates or gluten.
  • the acid-activated phyllosilicates themselves already provide particularly favorable surfaces for the sorption of nucleic acids. According to the invention, there is therefore preferably no (additional) use or treatment of the layered silicate with cationic polymers and / or polycations (multivalent cations). Furthermore, according to the invention, preferably no other polymers (eg polysaccharides), polyelectrolytes, polyanions and / or complexing agents (for modifying the layered silicate) are used. According to a particularly preferred embodiment of the invention, in particular no cationic polymer such as an aminated polysaccharide polymer or polycation is used. In particular, according to a further preferred embodiment of the invention, the acid-activated layered silicate used in accordance with the invention is not modified or treated with a (cationic) polymer or a polycation. - -
  • the method according to the invention can be used both for enrichment (i.e. increasing the concentration of the desired nucleic acid molecule (s)) as well as for enrichment (i.e. reducing the concentration of the desired nucleic acid molecule (s)) or for separating several different nucleic acid molecules.
  • the layer containing the nucleic acid molecules can be disposed of in a further step.
  • Disposal can be carried out, for example, by thermal treatment to remove the layered silicate containing the biomolecules, the layered silicate being able to be disposed of after the thermal disintegration of the nucleic acid molecules.
  • nucleic acids it is possible to remove nucleic acids from media in a targeted manner.
  • This plays a major role in wastewater treatment, for example, since in most countries there are strict legal regulations for removing nucleic acids and other biomolecules from wastewater.
  • the depletion or removal of nucleic acid molecules from culture media can also be carried out.
  • an undesirable increase in viscosity can occur in bioreactors due to the high concentration of nucleic acid molecules contained in the medium, in particular high-molecular nucleic acids.
  • Efficient and biologically compatible removal of the disruptive nucleic acid molecules from the culture medium can take place here using the method according to the invention. - 4 -
  • nucleic acid molecules in many cases it is desirable to increase the concentration of nucleic acid molecules in a medium or to obtain these nucleic acid molecules as pure as possible.
  • the extraction or purification of desired nucleic acids from solutions is one of the standard procedures in biological and medical research.
  • the nucleic acid molecule can be desorbed or recovered from the sorbent in the layer, as a result of which the layer can also be used again, if appropriate after renewed acid activation of the layered silicate contained therein.
  • At least one washing step can take place.
  • a conventional aqueous or alcohol-containing buffer can be used to remove impurities that are deposited in the layer next to the nucleic acid molecules.
  • a non-limiting example of a suitable buffer is 50 ⁇ m citrate buffer (pH 4.0).
  • the acid-activated phyllosilicates have a high binding capacity for nucleic acid molecules over a very wide pH range.
  • liquid media with both acidic and basic pH for sorption of the nucleic acid molecules contained therein can thus be passed through the layer with the acid-activated layered silicate.
  • the liquid medium is passed through or the nucleic acid molecule is sorbed in the layer at a pH between about pH 3 and pH 8, in particular between about pH 6 and pH 8.
  • These conditions can be simple - 2 - can be provided by adjusting the pH of the liquid medium.
  • the advantageous binding of the nucleic acid molecules to the layer with the acid-activated layered silicate over a wide pH range can also be used to separate a nucleic acid molecule from protein constituents which are also contained in the liquid medium, for example.
  • the layer can be washed with a series of buffers adjusted to different pH values or a pH gradient buffer in order to detach and wash out proteins with different isoelectric points from the layer.
  • the pH value at which these protein impurities (as a rule depending on their isoelectric point) have the lowest sorption on the acid-activated layered silicate can be determined on the basis of preliminary tests.
  • Another aspect of the present invention relates to a layered composition
  • a layered composition comprising at least one acid-activated layered silicate and at least one nucleic acid molecule, the layer thickness being at least one millimeter.
  • such a layered composition can advantageously be used, for example, to separate, recover or purify a nucleic acid molecule from a liquid medium.
  • Another aspect of the present invention thus also relates to the use of an acid-activated
  • Another aspect relates to the use of such an acid-activated layered silicate as an inorganic vector for introducing biomolecules into cells or as a pharmaceutical composition, in particular as a reservoir for the storage and controlled release of biomolecules, preferably nucleic acids.
  • the sorbents according to the invention are also suitable for efficiently introducing these biomolecules into prokaryotic or eukaryotic cells.
  • biomolecules in particular nucleic acids, can be “packaged” in a particularly advantageous manner for introduction into cells.
  • the basic mechanism of such an introduction using the example of DNA-LDH nanohybrids is described, for example, in the reference Choy et al., Angew.
  • the specified (average) pore diameters, volumes and areas were determined using a fully automatic nitrogen adsorption measuring device (ASAP 2000, company Micretrics) according to the manufacturer's standard program (BET, BJH, t-plot and DFT).
  • the percentages of the proportion of certain pore sizes relate to the total pore volume of pores between 1.7 and 300 nm in diameter (BJH Adsorption Pore Distribution Report).
  • the desiccator connected to the graduated cold trap, manometer and vacuum pump is now evacuated to the boil of the contents. 10 ml of carbon tetrachloride are evaporated and collected in the cold trap.
  • the contents of the desiccator are then left to balance for 16 to 20 hours at room temperature, and then air is slowly let into the desiccator. After removing the desiccator lid, the weighing jar is closed immediately and weighed back on the analytical balance.
  • the suspension to be measured was adjusted to pH 7 in each case.
  • the zeta potential of the particles was determined using the Zetaphoremeter II from Particle Metrix according to the principle of microelectrophoresis.
  • the rate of migration of the particles was measured in a known electric field.
  • the particle movements that take place in a measuring cell are observed with the aid of a microscope.
  • the direction of migration provides information about the type of charge (positive or negative) and the particle velocity is directly proportional to the electrical interfacial charge of the particles or to the zeta potential.
  • the particle movements in the measuring cell are recorded by means of image analysis and after the measurement the particle paths covered are calculated and the resulting particle speed is determined.
  • the particle sizes (distribution) are determined using the Malvern method.
  • a Malvern Mastersizer was used according to the manufacturer's instructions.
  • Approx. 2- Put 3 g (1 coffee spoon) of the sample to be examined in the "dry powder feeder” and set the correct measuring range depending on the sample (the coarser the sample, the higher the weight).
  • a sample (approx. 1 knife tip) is placed in the water bath until the measuring range is reached (the coarser the higher the weight), and stirred for 5 minutes in the ultrasonic bath. The measurement is then carried out.
  • the NH 4 + bentonite is filtered off through a membrane filter and washed with deionized water (approx. 800 ml) until it is largely free of ions.
  • deionized water approximately 800 ml
  • Evidence of the freedom from ions in the wash water is carried out on NH 4 + ions with the sensitive Neßlers reagent.
  • the number of washes can vary between 30 minutes and 3 days depending on the key.
  • the washed NH 4 + clay is removed from the filter, h dried, milled at 110 0 C 2, screened (63 micron sieve), and again at 110 0 C for 2 hours dried.
  • the NH 4 + content of the clay is then determined by elemental analysis.
  • the CEC of the clay was determined in a conventional manner via the NH 4 + content of the NH 4 + clay, which was determined by elemental analysis of the N content.
  • the Vario EL 3 device from Elementar-Heraeus, Hanau, DE was used according to the manufacturer's instructions. The information is given in mval / 100 g clay (meq / 100g).
  • the swellability was determined as follows: A calibrated 100 ml measuring cylinder is washed with 100 ml dist. Filled with water. 2.0 g of the substance to be measured are slowly added to the water surface in portions of 0.1 to 0.2 g. After the material has dropped, the next quantum is given up. After the addition has ended, wait 1 hour and then read off the volume of the swollen substance in ml / 2 g.
  • This analysis is based on the total digestion of the layered silicate. After the solids have dissolved, the individual components are analyzed using conventional specific analysis methods, e.g. ICB, analyzed and quantified.
  • sample digestion about 10 g of the sample to be examined are finely ground and dried in a drying cabinet at 120 ° C. for 2 hours to constant weight. Approx. 1.4 g of the dried sample are placed in a platinum crucible and the sample weight is determined to an accuracy of 0.001 g. The sample is then mixed in the platinum crucible with 4 to 6 times the amount by weight of a mixture of sodium carbonate and potassium carbonate (1: 1). The mixture is provided with the platinum crucible into a Simon-Müller furnace and 2 - melted 850 C 0 - 3 hours at 800th The platinum crucible with the melt is taken out of the oven with a platinum tongs and left to cool.
  • the cooled melt is rinsed into a saucepan with a little distilled water and carefully mixed with concentrated hydrochloric acid. After the evolution of gas has ended, the solution is evaporated to dryness. The backlog will - - again in 20 ml conc. Hydrochloric acid was taken up and again evaporated to dryness. Evaporation with hydrochloric acid is repeated once more. The residue is mixed with approx. 5 - 10 ml hydrochloric acid
  • the SiO 2 is incinerated and weighed with the filter.
  • the filtrate collected in the silicate determination is transferred to a 500 ml volumetric flask and supplemented with distilled water up to the calibration mark.
  • the iron determination (or also for aluminum, calcium and magnesium) is then carried out from this solution using FAAS.
  • the location of the maximum excitation and emission wavelength of unbound Hoechst dye shifts from 340 nm and 510 nmi to 355 nm and 465 nm for dye bound to DNA .
  • the fluorescence intensity of a sample incubated with the fluorochrome can be determined by means of a fluorescence photometer. Since the wavelength of the excitation and emission maximum of the fluorochrome shifts when it is attached to the DNA, the bound dye can be selectively excited, thereby avoiding a strong background signal.
  • Hoechst 33342 stock solution 10 mg-ml-1 Hoechst 33342 in ddH2O Ix TNE buffer: 10 mM Tris, 1 mM EDTA, 0.2 M NaCl in 1000 ml ddH2O, pH 7.4)
  • the fluorescence intensity of the samples is measured by excitation at 360 nm and detection at 460 nm in the fluorescence photometer.
  • a raw clay with a montmorillonite content between 70 to 80% is slurried in water and purified by centrifugation.
  • the slurry obtained is then subjected to acid activation.
  • the concentrations are adjusted so that 56% bentonite is mixed with 44% 36% by weight hydrochloric acid and the mixture is boiled at a temperature of 95 to 99 ° C. for 8 hours.
  • the mixture is then washed with water until the residual chloride content is less than or equal to 5%, based on the solid.
  • 10 g of solid is boiled in 100 ml of distilled water and filtered through a pleated filter.
  • the filtrate is titrated with silver nitrate solution to determine the residual chloride content.
  • Finally drying takes place to a residual moisture content of 8 to 10% by weight.
  • the end product obtained has a weight of 430 to 520 g / l. Particularly preferred particle sizes can be set by sieving or additional grinding.
  • Adsorbent 1 25 4.13> 25 5.41
  • Adsorbent 1 was characterized according to the BJH method and BET method (DIN 66131) with regard to the average pore diameter and the BET surface area. The following values resulted:
  • the DNA concentration was determined photometrically. A wavelength of 260 nm was set for the measurement. In order to calibrate the method with the DNA salt used, a measurement was carried out using a series of concentrations. The calibration line obtained was used for the photometric determination of the DNA concentration in the adsorption experiments. - -
  • a herring sperm DNA solution with a concentration of 1 mg / ml, 2 mg / ml, 5.63 mg / ml and 9.9 mg / 1 was prepared and adjusted to pH 8 using 1OmM Tris / HCL and ImM EDTA . Then 0.1 g of the adsorbents were each mixed with 5 ml of the DNA solution and shaken for 1 hour at room temperature. The mixture was then centrifuged at 2500 rpm for 15 minutes and the supernatant was sterile filtered. Finally, the DNA concentration in the supernatant was measured and from this the binding capacity for DNA was calculated. The results are summarized in the following table and in the following graphic:
  • BK binding capacity - ⁇ converted into mg DNA based on 1 g of the adsorbents
  • the adsorbent type according to the invention has a significantly higher binding capacity than the comparison anion exchanger. Consequently _ _ Binding capacities of adsorbents that are commercially available according to the state of the art are reached or exceeded.
  • the adsorbents according to the invention have a much faster DNA binding because the corresponding amounts of DNA are already bound after 1 hour compared to the adsorption time of 16 hours for the comparison material.
  • Two further raw clays with a montmorillonite content between 70 to 80% were activated with acid analogously to the method described in Section 1.
  • the end products were dried to a residual moisture content of 8 to 10% by weight.
  • the end products obtained had bulk densities between 460 to 510 g / l.
  • Particularly preferred particle sizes can be set by sieving or additional grinding. Materials with dry sieve residues of more than 90% at 5, 10 and 35 ⁇ m were used.
  • Adsorbents A and B were characterized according to the BJH method and BET method (DIN 66131) with regard to the average pore diameter and the BET surface area. The following values resulted:
  • the materials adsorbent A and adsorbent B were packed in a chromatography column (15 ⁇ 50 mm with 10 ⁇ m PTEE frits) and loaded with DNA at different flow rates (DNA sodium salt from herring sperm, Sigma D6898).
  • the columns were packed in detail as follows: 1000 mg of the adsorbent (A or B) were slurried in a 15 ml falcon tube with 5 ml of 50 mM citrate buffer (pH 4.0) and into that with a stamp down completed column pipetted.
  • the second column end piece is put on, the column is connected to an FPLC system so that the mobile phase flows through it from bottom to top.
  • the FPLC pump is set to the flow rate for which the capacity of the adsorber is to be determined.
  • the movable plunger of the column is slowly hand-tightened during equilibration with 50 ml 50 mM citrate buffer (pH 4.0) and then relieved by a quarter turn of the thread.
  • the DNA content of the run was determined by fluorescence photometry in accordance with the method described in the method section by labeling with the fluorescent dye Hoechst 33342 (Sigma, Steinheim). The difference between the amounts of DNA in the run and the solution applied is assumed to be bound to the adsorber. If you divide this difference by the mass of the adsorber used, you get its load at the associated flow rate.
  • the measured values for adsor bens A and B are shown as mean values of a double determination in FIG.
  • the flow rate was converted with the area of the column cross section into the flow speed with the unit cm / h.
  • the capacities determined under the specified test conditions were both adsorbents above 12 ⁇ g / mg 1 for a flow rate of 16.8 cm / h.
  • the weakly basic anion exchanger (Genomic Tip) from Qiagen has a dynamic capacity of 0.2 ⁇ g-mg-1 for genomic DNA.
  • Elution buffer 50 mM Tris in ddH 2 O, pH 8.0
  • adsorbent A 1000 mg were charged in flow mode (see above) with 25 ml of a DNA solution with a concentration of 1 mg / ml in 50 mM citrate buffer pH 4.
  • the column was rinsed with 20 ml of 50 mM citrate buffer (pH 4).
  • the DNA was eluted with 30 ml of elution buffer.
  • the DNA content of the run, the wash and the elution fractions were determined. The results are shown in Table 10 below as the mean of a duplicate determination.

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Abstract

The invention relates to a method for sorbing at least one nucleic acid molecule from a liquid medium. Said method comprises the following steps: a) a liquid medium is provided that contains at least one nucleic acid molecule; b) a layer is provided which contains at least one acid-activated phyllosilicate, is permeable to the liquid medium, and has a minimum thickness of 1 mm; c) the liquid medium containing the at least one nucleic acid molecule according to step (a) is conducted through the layer according to step (b) in order to sorb the at least one nucleic acid molecule in the layer.

Description

VERFAHREN ZUR SORPTION VON MINDESTENS EINEM METHOD FOR SORPING AT LEAST ONE
NUKLE INSÄUREMOLEKÜL UNTER VERWENDUNGNUCLEIC ACID MOLECULE USED
SÄUREAKTIVIERTER S CH I CHTS IL I CATE ACID ACTIVATED S CH I CHTS IL I CATE
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sorption von mindestens einem Nukleinsäuremolekül aus einem flüssigen Medium unter Verwendung einer Schicht, die mindestens ein säureaktiviertes Schichtsilicat umfasst. Das Verfahren kann insbesondere zur Anreicherung, Abreicherung, Entfernung, Gewinnung oder Auftrennung von Nukleinsäuremolekülen aus bzw. in flüssigen Medien verwendet werden. The invention relates to a method for the sorption of at least one nucleic acid molecule from a liquid medium using a layer which comprises at least one acid-activated layered silicate. The method can be used in particular for the enrichment, depletion, removal, extraction or separation of nucleic acid molecules from or in liquid media.
Die Abtrennung bzw. Aufreinigung von Biomolekülen hat eine immer weiter steigende technische und wissenschaftliche Bedeutung. So sind Trennprozesse zur Aufreinigung oder Abrei- _ ^ _ cherung von DNA einerseits für die Grundlagenforschung von Bedeutung, wobei genetisches Material z.B. isoliert und gereinigt werden muss, um genetisch modifizierte Organismen zu erzeugen. Dies wird derzeit aber auch immer mehr in indus- trieller Anwendung durchgeführt. So werden bereits einige in der Medizin verwendete Wirkstoffe gentechnisch hergestellt. The separation or purification of biomolecules has an ever increasing technical and scientific importance. Separation processes for cleaning up or wiping off _ ^ _ DNA is important on the one hand for basic research, whereby genetic material has to be isolated and purified, for example, in order to produce genetically modified organisms. However, this is currently increasingly being done in industrial applications. Some active ingredients used in medicine are already genetically engineered.
Ein weiteres Anwendungsfeld für solche Trennprozesse bzw. die dazu eingesetzten Adsorbentien stellt die Abreicherung von DNA in Abwässern dar, insbesondere bei Produktionsprozessen mit genetisch modifizierten Organismen, wie z.B. Bakterien oder Pilzen. Another field of application for such separation processes and the adsorbents used for this is the depletion of DNA in waste water, especially in production processes with genetically modified organisms, such as Bacteria or fungi.
Im Stand der Technik sind bereits eine Vielzahl von Adsorbentien bekannt, insbesondere solche, die auf silanisierten Si- licatpartikeln (Kieselgel) oder funktionalisierten Cellulosen basieren. A large number of adsorbents are already known in the prior art, in particular those based on silanized silicate particles (silica gel) or functionalized celluloses.
In der US-A 4,029,583 wird ein zur Trennung von Proteinen, Peptiden und Nukleinsäuren geeignetes chromatographisches Trägermaterial aus Silicagel beschrieben, welches einen Hohlraumdurchmesser von bis zu 50 nm aufweist, und an das mittels eines Silanisierungsreagenzes eine stationäre Phase mit Anio- nen- oder Kationenaustauscher bildenden Gruppen gebunden ist, die mit den zu trennenden Substanzen in Wechselwirkung treten. Das silanisierte Silicagel wird mit Wasser in Berührung gebracht, wobei die Gefahr besteht, dass die stationäre Phase polymerisiert und die Poren des Trägermaterials schließt. US Pat. No. 4,029,583 describes a chromatographic carrier material made of silica gel which is suitable for the separation of proteins, peptides and nucleic acids and which has a cavity diameter of up to 50 nm and on which a stationary phase with an anion or cation exchanger is formed by means of a silanizing reagent Groups are bound that interact with the substances to be separated. The silanized silica gel is brought into contact with water, with the risk that the stationary phase polymerizes and closes the pores of the carrier material.
Gemäß der EP-B 0 104 210 können Nukleinsäuregemische mit hoher Auflösung und bei hoher Durchsatzgeschwindigkeit in ihre Bestandteile aufgetrennt werden, wenn ein chromatographisches Trägermaterial verwendet wird, bei dem der Durchmesser der Hohlräume das ein- bis zwanzigfache der größten Abmessung der jeweils zu isolierenden Nukleinsäure oder der größten Abmessung der größten aller im Gemisch enthaltenen Nukleinsäuren beträgt. Zur Herstellung des chromatographischen Trägermaterials wird dieses zunächst mit einem Silanisierungsreagenz umgesetzt, welches eine flexible Kettengruppe aufweist, die ihrerseits wiederum durch Reaktion mit einem Anionen- oder Kationenaustauscher bildenden Reagenz zum fertigen Trägermaterial umgewandelt wird. According to EP-B 0 104 210, nucleic acid mixtures can be separated into their constituents with high resolution and at high throughput speed if a chromatographic support material is used in which the diameter of the cavities is one to twenty times the largest dimension of the nucleic acid to be isolated or the largest dimension of the largest of all nucleic acids contained in the mixture. To produce the chromatographic support material, this is first reacted with a silanizing reagent which has a flexible chain group, which in turn is converted to the finished support material by reaction with a reagent which forms an anion or cation exchanger.
Die EP 0 496 822 (WO 91/05606, DE 393 50 98) beschreibt ein chromatographisches Trägermaterial, dessen Hohlräume die ein- bis zwanzigfache Größe der größten Abmessung der zu trennenden Nukleinsäuren aufweisen, welches dadurch erhältlich ist, dass ein Ausgangsträgermaterial einer Hohlraumgröße von 10 bis 1000 nm, einer spezifischen Oberfläche von 5 bis 800 m2/g und einer Korngröße von 3 bis 500 μm mit einem Silanisierungsreagenz umgesetzt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Silanisierungsreagenz mindestens eine bereits mit einem primären oder sekundären Hydroxyalkylamin umgesetzte reaktive Gruppe aufweist oder eine mit einem Hydroxyalkylamin umsetzbare reaktionsfähige Gruppe wie eine Epoxygruppe oder Halogenatome enthält, die in einer weiteren Reaktionsstufe mit einem Hydroxyalkylamin zur Reaktion gebracht wird. EP 0 496 822 (WO 91/05606, DE 393 50 98) describes a chromatographic support material whose cavities are one to twenty times the size of the largest dimension of the nucleic acids to be separated, which can be obtained by using a starting support material with a cavity size of 10 up to 1000 nm, a specific surface area of 5 to 800 m 2 / g and a grain size of 3 to 500 μm with a silanizing reagent, which is characterized in that the silanizing reagent has at least one reactive group already reacted with a primary or secondary hydroxyalkylamine or contains a reactive group which can be reacted with a hydroxyalkylamine, such as an epoxy group or halogen atoms, which is reacted with a hydroxyalkylamine in a further reaction step.
Der Artikel von T. G. Lawson et al., "Separation of synthetic oligonucleotides on columns of microparticulate", Analytical Biochemistry (1983), 133(1), 85-93, beschreibt die Trennung von synthetischen Oligonukleotiden an Säulen basierend auf mikropartikulärem Siliciumdioxid oder Kieselgel, welches mit vernetztem Polyethylenimin beschichtet wurde. Die Beschich- tung wurde hierbei durch ein Durchpumpen der Polyethylenimin- lösung durch die Kieselgelsäule erzielt. Das in diesem Artikel beschriebene Verfahren lässt sich nur für Kleinmengen einsetzen. Weiterhin bezieht sich dieser Artikel nur auf mit Polyethylenimin modifizierte Kieselgelpartikel. The article by TG Lawson et al., "Separation of synthetic oligonucleotides on columns of microparticulate", Analytical Biochemistry (1983), 133 (1), 85-93, describes the separation of synthetic oligonucleotides on columns based on microparticulate silicon dioxide or silica gel, which has been coated with cross-linked polyethyleneimine. The coating was achieved by pumping the polyethyleneimine solution through the silica gel column. The procedure described in this article can only be used for small quantities deploy. Furthermore, this article only refers to silica gel particles modified with polyethyleneimine.
Weitere Adsorbentiensysteme sind in der US 2003003272, der EP 1 162 459 und der EP 281 390 beschrieben. Der Artikel "Nuk- leinsäureaufreinigung durch Kationen-Komplexierung" von Prof. Dr. Michael Lorenz, Molzym GmbH & Co. KG, Bremen in Laborwelt. Nr. 4/2003, Seite 40, beschreibt ein neues Verfahren zur Nuk- leinsäureaufreinigung mit speziellen Mini Spin Säulen. Lt. Angaben des Artikels beruhen diese auf einer Matrix, in der ein Tonmineral mit Sand vermischt wurde. Zur Art der Tonminerale ist nichts ausgesagt. Further adsorbent systems are described in US 2003003272, EP 1 162 459 and EP 281 390. The article "Nucleic acid purification by cation complexation" by Prof. Dr. Michael Lorenz, Molzym GmbH & Co. KG, Bremen in the laboratory world. No. 4/2003, page 40, describes a new process for the purification of nucleic acid with special mini spin columns. Lt. Information in the article is based on a matrix in which a clay mineral was mixed with sand. Nothing is said about the type of clay minerals.
Nachteilig an den Sorptionssystemen des Standes der Technik ist, dass sie entweder verhältnismäßig teuer sind oder in der Bindungskapazität, der Bindungskinetik und/oder der Wiedergewinnungsrate der absorbierten Nukleinsäure (n) nicht den Anforderungen entsprechen. Aufgrund der steigenden Bedeutung der Abtrennung oder Aufreinigung von Nukleinsäuren aus unterschiedlichen Medien besteht ein ständiger Bedarf nach verbesserten Sorptionsmitteln für Nukleinsäuren. A disadvantage of the prior art sorption systems is that they are either relatively expensive or do not meet the requirements in terms of the binding capacity, the binding kinetics and / or the recovery rate of the absorbed nucleic acid (s). Due to the increasing importance of separating or purifying nucleic acids from different media, there is a constant need for improved sorbents for nucleic acids.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein verbessertes Verfahren zur Sorption von Nukleinsäuren bereitzustellen, das effizient und einfach zur An- oder Abreiche- rung, zur Entfernung oder Gewinnung, oder zur Auftrennung von Nukleinsäuren eingesetzt werden kann und die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. It was therefore an object of the present invention to provide an improved method for the sorption of nucleic acids which can be used efficiently and simply for enrichment or depletion, for removal or extraction, or for the separation of nucleic acids and the disadvantages of the prior art avoids.
Erstaunlicherweise wurde nun gefunden, dass sich zur Lösung dieser Aufgabe besonders vorteilhaft Sorptionsmittel verwenden lassen, die mindestens ein säureaktiviertes Schichtsili- cat umfassen. Solche säureaktivierten Schichtsilicate zeigen eine überraschend hohe Bindekapazität für Nukleinsäuren, die ""* O """ diejenige von kommerziellen Adsorptionssystemen des Standes der Technik noch übertrifft. Weiterhin zeigen sie eine besonders rasche Bindungskinetik. Vorteilhaft ist außerdem, dass sich die gebundene Nukleinsäure praktisch quantitativ wieder von dem Sorptionsmittel entfernen lässt. Surprisingly, it has now been found that sorbents which comprise at least one acid-activated phyllosilicate can be used particularly advantageously to achieve this object. Such acid-activated phyllosilicates show a surprisingly high binding capacity for nucleic acids "" * O """exceeds that of commercial adsorption systems of the prior art. Furthermore, they exhibit particularly rapid binding kinetics. It is also advantageous that the bound nucleic acid can be removed again virtually quantitatively from the sorbent.
Weiterhin wurde gefunden, dass sich das erfindungsgemäß als Sorptionsrαittel verwendete säureaktivierte Schichtsilicat besonders vorteilhaft zur Sorption von mindestens einem Nuk- leinsäuremolekül aus einem flüssigen Medium einsetzen lässt, wenn es in einer Schicht mit einer Schichtdicke von mindestens einem Millimeter vorliegt. Zur Sorption kann dann das flüssige Medium mit dem mindestens einen Nukleinsäuremolekül durch die Schicht, enthaltend das mindestens eine säureaktivierte Schichtsilicat, durchgeleitet werden. It has furthermore been found that the acid-activated layered silicate used according to the invention as a sorption agent can be used particularly advantageously for the sorption of at least one nucleic acid molecule from a liquid medium if it is present in a layer with a layer thickness of at least one millimeter. For sorption, the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule can then be passed through the layer containing the at least one acid-activated layered silicate.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Sorption von mindestens einem Nukleinsäuremolekül aus einem flüssigen Medium, umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines flüssigen Mediums, enthaltend mindestens ein Nukleinsäuremolekül; One aspect of the present invention thus relates to a method for the sorption of at least one nucleic acid molecule from a liquid medium, comprising the following steps: a. Providing a liquid medium containing at least one nucleic acid molecule;
b. Bereitstellen einer Schicht, enthaltend mindestens ein säureaktiviertes Schichtsilicat, wobei die Schicht für das flüssige Medium durchlässig ist und die Schichtdicke bei mindestens 1 mm liegt; b. Providing a layer containing at least one acid-activated layered silicate, the layer being permeable to the liquid medium and the layer thickness being at least 1 mm;
c. Durchleiten des flüssigen Mediums mit dem mindestens einen Nukleinsäuremolekül gemäß Schritt a. durch die Schicht gemäß Schritt b., um das mindestens eine Nukleinsäuremolekül in der Schicht zu sorbieren. c. Passing the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule according to step a. through the layer according to step b. in order to sorb the at least one nucleic acid molecule in the layer.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit das flüssige Medium mit dem mindestens einen Nukleinsäuremolekül durch die Schicht, enthaltend das mindestens eine säureaktivierte In the method according to the invention, the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule is thus passed through the Layer containing the at least one acid activated
Schichtsilicat, durchgeleitet. Dieses Durchleiten kann in beliebiger Weise erfolgen. In vielen Fällen werden die Kapillarkräfte oder die Schwerkraft ausreichen, um ein Durchströmen des flüssigen Mediums mit dem mindestens einen Nuklein- säuremolekül durch die Schicht mit dem säureaktivierten Layered silicate, passed through. This passage can be done in any way. In many cases, the capillary forces or gravity will be sufficient to allow the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule to flow through the layer with the acid-activated one
Schichtsilicat zu bewerkstelligen. Gegebenenfalls kann auch ein Druck angelegt werden, um das Durchleiten des flüssigen Mediums durch die Schicht zu ermöglichen bzw. zu beschleunigen, je nach der Viskosität des flüssigen Mediums, enthaltend das mindestens eine Nukleinsäuremolekül . Genauso kann unterhalb der Schicht ein Unterdruck bzw. Vakuum angelegt werden, so dass das flüssige Medium mit dem mindestens einen Nukleinsäuremolekül durch die Schicht mit dem säureaktivierten Layer silicate to accomplish. If necessary, a pressure can also be applied to enable or accelerate the passage of the liquid medium through the layer, depending on the viscosity of the liquid medium containing the at least one nucleic acid molecule. In the same way, a vacuum or vacuum can be applied below the layer, so that the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule through the layer with the acid-activated
Schichtsilicat gesaugt wird. Dadurch kann auch die gewünschte Durchleitgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem verwendeten flüssigen Medium vom Fachmann leicht routinemäßig eingestellt werden. Während des Durchleiten des flüssigen Mediums mit dem mindestens einen Nukleinsäuremolekül kann dieses in der Layered silicate is sucked. As a result, the desired flow rate can easily be routinely set by the person skilled in the art, depending on the liquid medium used. During the passage of the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule, this can in the
Schicht mit dem säureaktivierten Schichtsilicat sorbiert werden. Layer are sorbed with the acid-activated layered silicate.
Die hier offenbarten Sorptionsmittel sind somit sowohl geeignet Nukleinsäuren aufzutrennen, als auch aus entsprechenden Lösungen/Medien an- oder abzureichern, um sie zu gewinnen oder zu entfernen. Die fast quantitative Widerfindungsrate bei Elution mit üblichen, in der Regel hochsalzhaltigen Puffern zeigt, dass es auch möglich ist, die gebundene Nukleinsäure wieder zurückzugewinnen. Bevorzugte Elutionspuffer weisen einen pH-Wert von 8 oder mehr auf. Die Einsatzgebiete für solche Sorptionsmittel sind vielfältig. Ohne dass diese Erfindung auf die folgenden Beispiele beschränkt ist, sollen einige möglichen Anwendungen angeführt werden: Denkbar ist z.B. eine Abtrennung von Nukleinsäuren aus einem Vielstoffge- misch oder die Abreicherung von DNA aus Abwässern aus biotechnologischen Produktionsrückständen mit genetisch modifizierten Organismen. Allgemein kann das erfindungsgemäße Sorptionsmittel und Verfahren auch für alle molekularbiologischen, mikrobiologischen oder biotechnologischen Methoden im Zusammenhang mit Nukleinsäuren, insbesondere deren An- oder Abreicherung, Auftrennung, transienter oder permanenter Immobilisierung oder sonstiger Verwertung eingesetzt werden. Beispielhafte Methoden und Verfahren finden sich in einschlägigen Lehrbüchern wie Sambrook et al . , "Molecular Cloning: A Laboratory Manual", CoId Spring Harbour Press 2001 und sind dem Fachmann geläufig. Auch im Rahmen der chromatographischen Auftrennung von Nukleinsäuren kann das vorliegende Verfahren eingesetzt werden. Unter Nukleinsäuren sind dabei in erster Linie DNA- und RNA-Spezies zu verstehen, einschließlich von genomischer DNA und cDNA sowie deren Fragmente, mRNA, tRNA, rRNA sowie weitere Nukleinsäurederivate natürlichen oder synthetischen Ursprungs mit beliebiger Länge. The sorbents disclosed here are thus suitable both for separating nucleic acids and for enriching or enriching them from corresponding solutions / media in order to obtain or remove them. The almost quantitative recovery rate when eluting with conventional, usually high-salt buffers shows that it is also possible to recover the bound nucleic acid. Preferred elution buffers have a pH of 8 or more. The areas of application for such sorbents are diverse. Without restricting this invention to the following examples, a few possible applications should be mentioned: For example, separation of nucleic acids from a multicomponent gene is conceivable. mix or the depletion of DNA from wastewater from biotechnological production residues with genetically modified organisms. In general, the sorbent and method according to the invention can also be used for all molecular biological, microbiological or biotechnological methods in connection with nucleic acids, in particular their enrichment or depletion, separation, transient or permanent immobilization or other utilization. Exemplary methods and procedures can be found in relevant textbooks such as Sambrook et al. , "Molecular Cloning: A Laboratory Manual", CoId Spring Harbor Press 2001 and are familiar to the person skilled in the art. The present method can also be used in the context of the chromatographic separation of nucleic acids. Nucleic acids are to be understood primarily as DNA and RNA species, including genomic DNA and cDNA and their fragments, mRNA, tRNA, rRNA and other nucleic acid derivatives of natural or synthetic origin of any length.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch prinzipiell auch geeignet für die Abtrennung oder Aufreinigung von Proteinen und anderen Biomolekülen. Unter Biomolekül wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Molekül verstanden, das als Bausteine Nukleotide bzw. Nukleoside (Nukleobasen) , Aminosäuren, Monosaccharide und/oder Fettsäuren aufweist. Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Bezugnahme in der Beschreibung auf "Nukleinsäure (molekül) " also auch andere Biomoleküle. Besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung zur Sorption von Nukleinsäuren. In principle, however, the method according to the invention is also suitable for the separation or purification of proteins and other biomolecules. In the context of the present invention, biomolecule is understood to be a molecule which has, as building blocks, nucleotides or nucleosides (nucleobases), amino acids, monosaccharides and / or fatty acids. According to one aspect of the present invention, the reference in the description to "nucleic acid (molecule)" also includes other biomolecules. However, use for the sorption of nucleic acids is particularly preferred.
Als Ausgangsstoffe für die erfindungsgemäß eingesetzten As starting materials for the used according to the invention
Schichtsilicate können alle natürlichen oder synthetischen Schichtsilicate oder deren Mischungen verwendet werden, die sich durch eine Säure aktivieren lassen, d.h. in denen Katio- - - nen in den Zwischenschichten gegen Protonen ausgetauscht werden können. Bevorzugt sind Zwei-, und insbesondere Drei- schichtsilicate. Säureaktivierbare Schichtsilicate sind dem Fachmann geläufig und umfassen insbesondere die smektitischen oder montmorillonithaltigen Schichtsilicate, wie Bentonit. Allgemein können sowohl sogenannte naturaktive als auch nicht-naturaktive Schichtsilicate verwendet werden, insbesondere di- und trioktaedrische Schichtsilicate der Serpentin-, Kaolin- und Talkpyrophylitgruppe, Smektite, Vermiculite, II- lite und Chlorite sowie solche der Sepiolith-Palygorskit- Gruppe, wie z.B. Montmorillonit, Natronit, Saponit und Vermi- culit oder Hectorit, Beidellit, Palygorskit sowie Wechsellagerungsminerale (mixed layer mineral) . Natürlich können auch Gemische aus zwei oder mehreren der vorstehenden Materialien eingesetzt werden. Weiterhin kann das erfindungsgemäß eingesetzte Schichtsilicat auch noch weitere Bestandteile enthalten (auch z.B. nicht säureaktivierte Schichtsilicate), welche die vorgesehene Verwendung des säureaktivierten Tones, insbesondere dessen Sorptionsfähigkeit nicht beeinträchtigen oder sogar nützliche Eigenschaften aufweisen. Layered silicates can be used all natural or synthetic layered silicates or mixtures thereof, which can be activated by an acid, ie in which Katio - - can be exchanged for protons in the intermediate layers. Two-layer and in particular three-layer silicates are preferred. Acid-activatable sheet silicates are familiar to the person skilled in the art and include, in particular, the smectic or montmorillonite-containing sheet silicates, such as bentonite. Generally, both so-called nature-active and non-nature-active layered silicates can be used, in particular di- and trioctahedral layered silicates of the serpentine, kaolin and talc pyrophylite group, smectites, vermiculites, II-lite and chlorites as well as those of the sepiolite-palygorskite group, such as montmorillonite , Natronite, saponite and vermiculite or hectorite, beidellite, palygorskite as well as alternating storage minerals (mixed layer mineral). Mixtures of two or more of the above materials can of course also be used. Furthermore, the layered silicate used according to the invention can also contain further constituents (including, for example, non-acid-activated layered silicates) which do not impair the intended use of the acid-activated clay, in particular its sorption capacity, or even have useful properties.
Besonders bevorzugt sind Schichtsilicate aus der Montmorillonit/Beidellit Reihe wie z.B. Montmorillonit, Bentonit, Natronit, Saponit und Hectorit. Am meisten bevorzugt sind Bentoni- te, da hier überraschend besonders vorteilhafte Bindungskapazitäten und -kinetiken für Nukleinsäuren erzielt werden. Layered silicates from the montmorillonite / beidellite series, such as e.g. Montmorillonite, bentonite, natronite, saponite and hectorite. Bentonites are most preferred, since surprisingly particularly advantageous binding capacities and kinetics for nucleic acids are achieved here.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde auch gefunden, dass besonders solche säureaktivierten Schichtsilicate vorteilhaft in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, die einen Eisengehalt, berechnet als Fe2O3, bezogen auf die Gesamtmenge an eingesetztem säureaktiviertem Schichtsilicat, von weniger als 6 Gew.-%, bevorzugt weniger als 4 Gew.-%, weiter bevorzugt weniger als 3 Gew.-%, insbesondere _ y — weniger als 2,5 Gew.-%, aufweisen. So wurde festgestellt, dass bei Verwendung eines solchen säureaktivierten Schichtsi- licats mit geringem Eisengehalt eine besonders schonende und In the context of the present invention, it was also found that acid-activated phyllosilicates in particular can advantageously be used in the processes according to the invention which have an iron content, calculated as Fe 2 O 3 , based on the total amount of acid-activated phyllosilicate used, of less than 6% by weight. %, preferably less than 4% by weight, more preferably less than 3% by weight, in particular _ y - have less than 2.5 wt .-%. It was found that when using such an acid-activated layer silicate with a low iron content a particularly gentle and
,1 effiziente Sorption bzw. Aufreinigung der Nukleinsäuremolekü- , Ie möglich ist. Es wird angenommen, ohne dass die Erfindung auf die Annahme dieses theoretischen Mechanismus beschränkt wäre, dass durch die geringen Eisenverunreinigungen des säureaktivierten Schichtsilicats unerwünschte Redoxreaktionen, die durch Eisen katalysiert werden könnten, vermieden werden. Dadurch können schädliche Einflüsse solcher Redoxreaktionen auf die Nukleinsäuremoleküle bzw. andere Komponenten in dem flüssigen Medium minimiert bzw. vermieden werden. Ein Verfahren zur Bestimmung des Eisengehaltes im Rahmen der Silicat- analyse ist nachstehend im Methodenteil angegeben. , 1 efficient sorption or purification of the nucleic acid molecule , Ie is possible. Without the invention being restricted to the assumption of this theoretical mechanism, it is believed that the low iron contamination of the acid-activated layered silicate avoids undesired redox reactions which could be catalyzed by iron. Harmful influences of such redox reactions on the nucleic acid molecules or other components in the liquid medium can thereby be minimized or avoided. A method for determining the iron content in the context of the silicate analysis is given below in the method section.
Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Schicht mit dem mindestens einen säureaktivierten Schichtsilicat eine Schichtdicke von mehr als 0,3 cm, bevorzugt mehr als 0,5 cm, auf. Die im Einzelfall gewählte According to a preferred embodiment of the invention, the layer with the at least one acid-activated layered silicate has a layer thickness of more than 0.3 cm, preferably more than 0.5 cm. The one chosen in the individual case
Schichtdicke wird, wie dem Fachmann ersichtlich, von dem Volumen des flüssigen Mediums mit dem mindestens einen Nuklein- säuremolekül sowie der Konzentration der in dem flüssigen Medium enthaltenden Nukleinsäuren abhängen. In vielen Fällen wird jedoch die Schichtdicke zwischen etwa 0,1 und 100 cm liegen. Layer thickness, as can be seen by the person skilled in the art, will depend on the volume of the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule and the concentration of the nucleic acids contained in the liquid medium. In many cases, however, the layer thickness will be between about 0.1 and 100 cm.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass sich säureaktivierte Schichtsilicate in Teilchenform mit einem Trockensiebrückstand von weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, weiter bevorzugt weniger als 1% bei 5 μm, insbesondere bei 10 μm, weiter bevorzugt bei 35 μm (unter Verwendung entsprechender Feinsiebe) , besonders vorteilhaft zur Herstellung einer Schicht bzw. Säulenpackung eignen. Die genaue bevorzugte Teilchengröße wird bei der Sau- lenpackung häufig auch durch die Porositäten der verwendeten Fritten beeinflusst werden und kann in einigen Fällen auch zwischen 5 und 10 μm, bestimmt anhand des Trockensiebrückstandes (wie vorstehend angegeben) liegen. Es hat sich gezeigt, dass bei einer solchen Teilchengröße die Durchlässigkeit der Schicht mit dem säureaktivierten Schichtsilicat für die bevorzugten wässrigen oder alkoholischen Medien besonders günstig ist und gleichzeitig eine gute Sorption der Nuklein- säuremoleküle an das . teilchenförmige säureaktivierte Schichtsilicat ermöglicht wird. According to a further aspect of the present invention, it was found that acid-activated phyllosilicates in particle form with a dry sieve residue of less than 10%, in particular less than 5%, more preferably less than 1% at 5 μm, in particular at 10 μm, more preferably at 35 μm (using appropriate fine sieves), particularly advantageous for the production of a layer or column packing. The exact preferred particle size is Oil packs are often influenced by the porosity of the frits used and in some cases can also be between 5 and 10 μm, determined on the basis of the dry sieve residue (as stated above). It has been shown that with such a particle size the permeability of the layer with the acid-activated layered silicate is particularly favorable for the preferred aqueous or alcoholic media and at the same time good sorption of the nucleic acid molecules onto the. particulate acid-activated layered silicate is made possible.
Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist dabei das säureaktivierte Schichtsilicat eine Quellfähigkeit von weniger als 15 ml/2g, insbesondere weniger als 10 ml/2g auf. Weiter bevorzugt ist eine Quellfähigkeit von etwa 1 bis 15 ml/2g, insbesondere von 2 bis 10 ml/2g. Durch eine solche Quellfähigkeit des säureaktivierten Schichtsilicats lassen sich besonders gut zur Sorption von Nukleinsäuren geeignete Schichten, z.B. in Form von Säulen herstellen. Eine Methode zur Bestimmung der Quellfähigkeit (des Sedimentvolumens) ist nachstehend im Methodenteil angegeben. According to a preferred embodiment of the invention, the acid-activated layered silicate has a swellability of less than 15 ml / 2 g, in particular less than 10 ml / 2 g. A swellability of about 1 to 15 ml / 2 g, in particular of 2 to 10 ml / 2 g, is further preferred. Such swellability of the acid-activated layered silicate makes it particularly easy to use layers suitable for sorption of nucleic acids, e.g. produce in the form of columns. A method for determining the swellability (sediment volume) is given below in the method section.
Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform haben sich auch Verwitterungsprodukte von Tonen mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 200 m2/g, einem Porenvolumen von mehr als 0,5 ml/g und einer Kationenaustauschfähigkeit von mehr als 35 meq/100g in säureaktivierter Form als brauchbar erwiesen. According to one embodiment of the invention, weathering products of clays with a specific surface area of more than 200 m 2 / g, a pore volume of more than 0.5 ml / g and a cation exchange capacity of more than 35 meq / 100 g in acid-activated form have also proven to be useful .
Besonders bevorzugt werden nach dieser speziellen Ausführungsform zur Säureaktivierung Rohtone, deren Kationen-aus- tauschfähigkeit über 40 meq/100g, vorzugsweise im Bereich von 45 bis 85 meq/lOOg liegen. Die spezifische BET-Oberfläche liegt besonders bevorzugt im Bereich von 170 bis 280 m2/g, insbesondere zwischen 180 und 260 m2/g. Das Porenvolumen liegt vorzugsweise im Bereich von 0,7 bis 1,0 ml/100g, insbesondere im Bereich von 0,80 bis 1,0 ml/100g. Die Säureaktivierung solcher Rohtone kann wie hierin näher spezifiziert durchgeführt werden. Solche Tone sind beispielsweise in der DE 103 56 894.8 der gleichen Anmelderin beschrieben, die diesbezüglich ausdrücklich durch Bezugnahme in die vorliegende Be-• Schreibung aufgenommen wird. According to this special embodiment, particular preference is given to raw clays for acid activation whose cation exchange capacity is above 40 meq / 100 g, preferably in the range from 45 to 85 meq / 100 g. The specific BET surface area is particularly preferably in the range from 170 to 280 m 2 / g, in particular between 180 and 260 m 2 / g. The pore volume is preferably in the range from 0.7 to 1.0 ml / 100 g, in particular in the range of 0.80 to 1.0 ml / 100g. Acid activation of such raw clays can be carried out as specified herein. Such clays are described, for example, in DE 103 56 894.8 by the same applicant, which in this regard is expressly incorporated by reference into the present description.
Es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch gefunden, dass insbesondere die zweischichtigen und die dreischichtigen Schichtsilicate bereits ohne Säureaktivierung vorteilhaft in den Schichten zur Sorption von Nukleinsäuren und anderen Biomolekülen verwendet werden können. Besonders bevorzugt sind dabei die smektitischen Schichtsilicate (s.o.) wie Bentonit. Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann also ein nicht aktiviertes Schichtsilicat anstelle des säureaktivierten Schichtsilicats, oder eine Mischung aus beiden als erfindungsgemäßes Sorptionsmittel eingesetzt werden. Ansonsten gelten die in Bezug auf das Verfahren und die Verwendung des Sorptionsmittels genannten Angaben in der vorliegenden Beschreibung entsprechend. It has also been found in the context of the present invention that in particular the two-layer and the three-layer layer silicates can advantageously be used in the layers for sorption of nucleic acids and other biomolecules even without acid activation. The smectitic layered silicates (see above) such as bentonite are particularly preferred. According to a further aspect of the present invention, a non-activated layered silicate can be used instead of the acid-activated layered silicate, or a mixture of both as the sorbent according to the invention. Otherwise, the information given in relation to the method and the use of the sorbent apply accordingly in the present description.
Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform basiert das in der Schicht erfindungsgemäß eingesetzte Sorptionsmittel oder die Schicht selbst jedoch auf mindestens einem säureaktivierten Schichtsilicat, d.h. mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 75 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, insbesondere mindestens 95 Gew.-% oder sogar mindestens 98 Gew.-% des erfindungsgemäßen Sorptionsmittels bzw. der Schicht bestehen aus einem (oder mehreren) säureaktivierten Schichtsilicat (en) , wie hierin definiert. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird kein Silica oder Silica- gel verwendet. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Sorptionsmittel bzw. die Schicht im Wesentlichen oder vollständig aus mindestens einem _ I2 - säureaktivierten Schichtsilicat . Das erfindungsgemäß eingesetzte Sorptionsmittel kann jedoch auch mit anderen dem Fachmann geeignet erscheinenden Sorptionsmitteln oder weiteren Komponenten zusammen in der Schicht eingesetzt werden, beispielsweise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 1. According to a preferred embodiment of the invention, however, the sorbent used in the layer according to the invention or the layer itself is based on at least one acid-activated layered silicate, ie at least 50% by weight, preferably at least 75% by weight, more preferably at least 90% by weight, in particular at least 95% by weight or even at least 98% by weight of the sorbent or layer according to the invention consist of one (or more) acid-activated layered silicate (s), as defined herein. According to a preferred embodiment, no silica or silica gel is used. According to a further preferred embodiment, the sorbent according to the invention or the layer consists essentially or completely of at least one _ I 2 - acid activated layered silicate. However, the sorbent used according to the invention can also be used together with other sorbents or other components which appear suitable to the person skilled in the art, for example in the context of the method according to the invention.
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Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das säureaktivierte Schichtsilicat einen durchschnittlichen Porendurchmesser, bestimmt nach der BJH-Methode (DIN 66131) , zwischen etwa 2 nm und 25 nm, insbesondere zwischen etwa 4 und etwa 10 nm auf. According to a preferred embodiment of the invention, the acid-activated layered silicate has an average pore diameter, determined by the BJH method (DIN 66131), between approximately 2 nm and 25 nm, in particular between approximately 4 and approximately 10 nm.
Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt das Porenvolumen, bestimmt nach der CCl4-Methode gemäß Methodenteil, von Poren bis 80 nm Durchmesser zwischen etwa 0,15 und 0,80 ml/g, insbesondere zwischen etwa 0,2 und 0,7 ml/g. Die entsprechenden Werte für Poren bis zu 25 nm Durchmesser liegen im Bereich zwischen etwa 0,15 und 0,45 ml/g, insbesondere 0,18 bis 0,40 ml/g. Die entsprechenden Werte für Poren bis zu 14 nm liegen im Bereich zwischen etwa 0,10 und 0,40 ml/g, insbesondere etwa 0,12 bis 0,37 ml/g. Die Porenvolumina für Poren zwischen 14 und 25 nm Durchmesser können beispielsweise zwischen 0,02 und 0,3 ml/g liegen. Das Porenvolumen von Poren mit 25 bis 80 nm kann beispielsweise im gleichen Bereich liegen. According to a preferred embodiment of the invention, the pore volume, determined by the CCl 4 method according to the method part, of pores up to 80 nm in diameter is between approximately 0.15 and 0.80 ml / g, in particular between approximately 0.2 and 0.7 ml / G. The corresponding values for pores up to 25 nm in diameter are in the range between approximately 0.15 and 0.45 ml / g, in particular 0.18 to 0.40 ml / g. The corresponding values for pores up to 14 nm are in the range between approximately 0.10 and 0.40 ml / g, in particular approximately 0.12 to 0.37 ml / g. The pore volumes for pores between 14 and 25 nm in diameter can be, for example, between 0.02 and 0.3 ml / g. The pore volume of pores with 25 to 80 nm can be in the same range, for example.
Über die Bedingungen bei der Säureaktivierung der Schichtsilica- te, d.h. insbesondere die Menge bzw. Konzentration der eingesetzten Säure, der Temperatur und der Dauer der Säurebehandlung, kann auch die Porosimetrie der säureaktivierten Schichtsilicate gezielt beeinflusst werden kann. So kann z.B. durch eine stärkere Säureaktivierung mit einer erhöhten Säuremenge oder bei einer erhöhten Temperatur über eine längere Zeitdauer eine größere - - The porosimetry of the acid-activated layered silicates can also be influenced in a targeted manner via the conditions in the acid activation of the layered silicates, ie in particular the amount or concentration of the acid used, the temperature and the duration of the acid treatment. For example, a stronger acid activation with an increased amount of acid or at an elevated temperature over a longer period of time can result in a larger one - -
Porosität der Schichtsilicate bewirkt werden, vor allem im Bereich der kleineren Poren mit einem Durchmesser von weniger als 50 nm, insbesondere weniger als 10 nm, bestimmt nach der CCl4- Methode gemäß Methodenteil. So kann durch eine Erhöhung der zur Säureaktivierung verwendeten Säuremenge das Mikroporenvolumen des Schichtsilicats gesteigert werden. Gleichzeitig nimmt die Kationenaustauschkapazität ab. Somit kann für die jeweils interessierende Nukleinsäurespezies die Sorptionsfähigkeit des säureaktivierten Schichtsilicats bzw. dessen Ab- und Desorptionsra- te über die Säureaktivierung im Einzelfall, anhand routinemäßiger Untersuchung einer Reihe unterschiedlich säureaktivierter Schichtsilicate, optimiert werden. Beispielsweise können über die Säureaktivierung die Poren/Hohlräume in den erfindungsgemäßen Sorptionsmitteln in der gemäß EP 0 104 210 oder US 4,029,583 (s.o.) vorgesehenen Weise modifiziert werden. Porosity of the layered silicates are brought about, especially in the region of the smaller pores with a diameter of less than 50 nm, in particular less than 10 nm, determined by the CCl 4 method according to the method part. By increasing the amount of acid used to activate the acid, the micropore volume of the layered silicate can be increased. At the same time, the cation exchange capacity is decreasing. Thus, for the nucleic acid species of interest in each case, the sorption capacity of the acid-activated layered silicate or its absorption and desorption rate via acid activation in individual cases can be optimized on the basis of routine examination of a number of differently acid-activated layered silicates. For example, via the acid activation, the pores / cavities in the sorbents according to the invention can be modified in the manner provided in accordance with EP 0 104 210 or US 4,029,583 (see above).
Die erfindungsgemäß eingesetzten säureaktivierten Schichtsilicate werden allgemein dadurch hergestellt, dass man The acid-activated phyllosilicates used according to the invention are generally produced by:
Schichtsilicate mit mindestens einer Säure behandelt. Dazu werden die Schichtsilicate mit der (den) Säure (n) in Kontakt gebracht. Im Prinzip kann dabei jedes dem Fachmann geläufige Verfahren zur Säureaktivierung von Schichtsilicaten verwendet werden, einschließlich der in der WO 99/02256, der US- 5,008,226 und der US-5,869,415 beschriebenen Verfahren, die insoweit ausdrücklich durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen werden. Es können allgemein beliebige organische oder anorganische Säuren oder deren Gemische verwendet werden. Beispielsweise kann ein Aufsprühen von Säure nach einem sogenannten SMBE Prozess (Surface Modified Bleaching Earth) erfolgen. Hier findet die Aktivierung an der Oberfläche der Schichtsilicate statt, ohne dass in einer Lösung bzw. Dispersion gearbeitet wird. Bei einer ersten Ausführungsform wird somit die Aktivierung des Schichtsilicats in wässriger Phase durchgeführt. Dazu wird die Säure als wässrige Lösung mit dem Schichtsilicat in Kontakt gebracht. Es kann dabei so vorgegangen werden, dass zunächst das Schichtsilicat, welches vorzugsweise in Form eines Pulvers bereitgestellt wird, in Wasser aufgeschlämmt wird. Anschließend wird die Säure (z.B. in konzentrierter Form) zugegeben. Das Schichtsilicat kann jedoch auch direkt in einer wässrigen Lösung der Säure aufgeschlämmt werden, oder die wässrige Lösung der Säure auf das Schichtsilicat aufgegeben werden. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann die wässrige Säurelösung beispielsweise auf ein vorzugsweise gebrochenes oder pulverförmiges Schichtsilicat aufgesprüht werden, wobei die Wassermenge bevorzugt möglichst gering gewählt wird und z.B. eine konzentrierte Säure bzw. Säurelösung eingesetzt wird. Die Säuremenge kann vorzugsweise zwischen 1 und 10 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 2 und 6 Gew.-% einer Säure, insbesondere einer starken Säure, z.B. einer Mineralsäure wie Schwefelsäure, bezogen auf das wasserfreie Schichtsilicat (atro) , gewählt werden. Soweit erforderlich, kann überschüssiges Wasser abgedampft und das aktivierte Schichtsilicat dann bis zur gewünschten Feinheit gemahlen werden. Wie bereits oben erläutert, ist auch bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kein Waschschritt erforderlich, aber möglich. Nach Aufgabe der wässrigen Lösung der Säure wird lediglich, soweit erforderlich, bis zum Erreichen des gewünschten Feuchtigkeitsgehalts getrocknet. Meist wird der Wassergehalt des erhaltenen säureaktivierten Schichtsilicats auf einen Anteil von weniger als 20 Gew.-%, bevorzugt weniger als 15 Gew.-%, eingestellt. Layered silicates treated with at least one acid. For this purpose, the layered silicates are brought into contact with the acid (s). In principle, any method for the acid activation of phyllosilicates which is known to the person skilled in the art can be used here, including the methods described in WO 99/02256, US Pat. No. 5,008,226 and US Pat. No. 5,869,415, which are expressly incorporated by reference into the description. In general, any organic or inorganic acids or mixtures thereof can be used. For example, acid can be sprayed on using a so-called SMBE process (Surface Modified Bleaching Earth). Here, the activation takes place on the surface of the layered silicates without working in a solution or dispersion. In a first embodiment, the activation of the layered silicate is thus carried out in the aqueous phase. For this purpose, the acid is brought into contact with the layered silicate as an aqueous solution. The procedure can be such that the layered silicate, which is preferably provided in the form of a powder, is first slurried in water. Then the acid (eg in concentrated form) is added. However, the layered silicate can also be suspended directly in an aqueous solution of the acid, or the aqueous solution of the acid can be applied to the layered silicate. According to an advantageous embodiment, the aqueous acid solution can, for example, be sprayed onto a preferably broken or powdered layered silicate, the amount of water preferably being chosen to be as small as possible and, for example, a concentrated acid or acid solution being used. The amount of acid can preferably be selected between 1 and 10% by weight, particularly preferably between 2 and 6% by weight, of an acid, in particular a strong acid, for example a mineral acid such as sulfuric acid, based on the anhydrous layered silicate (atro). If necessary, excess water can be evaporated and the activated layered silicate can then be ground to the desired fineness. As already explained above, no washing step is required in this embodiment of the method according to the invention, but is possible. After the aqueous solution of the acid has been added, drying is only carried out, if necessary, until the desired moisture content has been reached. The water content of the acid-activated layered silicate obtained is usually adjusted to a proportion of less than 20% by weight, preferably less than 15% by weight.
Für die oben beschriebene Aktivierung mit einer wässrigen Lösung einer Säure bzw. einer konzentrierten Säure kann die Säure an sich beliebig gewählt werden. Es können sowohl Mineralsäuren, als auch organische Säuren oder Gemische der vorstehenden Säuren - - verwendet werden. Es können übliche Mineralsäuren verwendet werden, wie Salzsäure, Phosphorsäure oder Schwefelsäure, wobei Schwefelsäure bevorzugt ist. Es können konzentrierte oder verdünnte Säuren bzw. Säurelösungen verwendet werden. Als organische Säuren können Lösungen von z.B. Citronensäure oder Oxalsäure verwendet werden. | For the activation described above with an aqueous solution of an acid or a concentrated acid, the acid itself can be chosen as desired. Both mineral acids and organic acids or mixtures of the above acids can be used - - be used. Conventional mineral acids can be used, such as hydrochloric acid, phosphoric acid or sulfuric acid, with sulfuric acid being preferred. Concentrated or diluted acids or acid solutions can be used. Solutions of, for example, citric acid or oxalic acid can be used as organic acids. |
Eine weitere bevorzugte Aktivierungsmöglichkeit stellt das Kochen der Schichtsilicate in einer Säure, insbesondere Salzoder Schwefelsäure, dar. Hierbei lassen sich durch die geeigneten Konzentrationen an Säure und Kochzeiten unterschiedliche Aktivierungsgrade einstellen und die Porenvolumenvertei- lung lässt sich gezielt einstellen. Solche aktivierten Another preferred activation option is the boiling of the layered silicates in an acid, in particular hydrochloric or sulfuric acid. Different degrees of activation can be set here by the appropriate concentrations of acid and cooking times, and the pore volume distribution can be set in a targeted manner. Such activated
Schichtsilicate werden häufig auch als Bleicherden bezeichnet. Nach dem Trocknen der Materialien werden diese nach gängigen Verfahren gemahlen. Layered silicates are often referred to as bleaching earths. After the materials have dried, they are ground using standard methods.
Bei der "klassischen" Aktivierung, die erfindungsgemäß in vielen Fällen bevorzugt wird, wird bei Temperaturen um etwa 1000C bis zum Kochpunkt (Siedepunkt) aktiviert. Demgegenüber wird bei dem SMBE-Verfahren üblicherweise bei Raumtemperatur gearbeitet, wobei erhöhte Temperaturen in Einzelfällen bessere Säureaktivierungen ermöglichen. Der Einfluss der Temperatur ist jedoch beim SMBE-Verfahren weit geringer als bei der "klassischen" Aktivierung (sogenanntes HBPE-Verfahren) . Die Verweilzeit (Dauer der Säureaktivierung) liegt beim HBPE- Verfahren z.B. zwischen ca. 8 Stunden, z.B. bei Verwendung von Salzsäure, und 12 bis 15 Stunden z.B. bei Verwendung von Schwefelsäure. Im Unterschied zum SMBE-Verfahren wird beim HBPE-Verfahren die Schichtstruktur angegriffen, woraus Bereiche mit Kieselsäure resultieren, neben strukturell weitgehend unveränderten Arealen. Beim SMBE-Verfahren werden beispielsweise 3 Gew.-% H2SO4 aufgegeben (100 + 3). Die Analyse des aufgearbeiteten Materials ergibt dann üblicherweise Säurege- - - halte im Bereich von 0,4 bis 1,0%, d.h. ein Großteil der Säure wird verbraucht (Austausch H+-Ionen gegen andere Kationen etc.). Ein geringer Teil wird gegebenenfalls durch enthaltenen Kalk verbraucht. Beim SMBE-Verfahren liegen die Kontaktzeiten mit der Säure labormäßig häufig bei etwa 15 Minuten. In the "classic" activation, which is preferable in the invention in many cases, is activated at temperatures of about 100 0 C to the boiling point (boiling point). In contrast, the SMBE process is usually carried out at room temperature, with elevated temperatures allowing better acid activations in individual cases. However, the influence of temperature is far less with the SMBE process than with the "classic" activation (so-called HBPE process). The dwell time (duration of acid activation) in the HBPE process is, for example, between about 8 hours, for example when using hydrochloric acid, and 12 to 15 hours, for example when using sulfuric acid. In contrast to the SMBE process, the HBPE process attacks the layer structure, which results in areas with silica, in addition to structurally largely unchanged areas. In the SMBE process, for example, 3% by weight of H 2 SO 4 are added (100 + 3). The analysis of the processed material then usually reveals acidity - - keep in the range of 0.4 to 1.0%, ie a large part of the acid is consumed (exchange of H + ions for other cations etc.). A small part may be consumed by the lime it contains. In the SMBE process, the contact times with the acid are often around 15 minutes in the laboratory.
Es wurde gefunden, dass je nach verwendetem Schichtsilicat eine Aktivierung mit geringen Säuremengen bereits ausreichen kann, um überraschend gute Sorptionsmittel zu erhalten. It has been found that, depending on the layered silicate used, activation with small amounts of acid may already be sufficient to obtain surprisingly good sorbents.
Nach einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungs- form wird das Schichtsilicat in einer Weise aktiviert, dass die Kationenaustauschkapazität (Cation Exchange Capacity, CEC) des eingesetzten säureaktivierten Schichtsilicats bei weniger als 50 meq/100 g, insbesondere bei weniger als 40 meq/ 100 g liegt. Besonders bevorzugt erfolgt dabei die Aktivierung mittels einer mindestens 1 molaren, insbesondere mindestens 2 molaren Säurelösung bei erhöhter Temperatur, insbesondere bei mehr als 300C, weiter bevorzugt mehr als 600C. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur vorteilhaften Aktivierung der Schicht- silicate eine Säure mit einem pKs-Wert von weniger als 4, insbesondere weniger als 3, weiter bevorzugt weniger als 2,5 eingesetzt. Bevorzugt werden z.B. starke mineralische Säuren, insbesondere Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure bzw. deren Mischungen, insbesondere in konzentrierter Form eingesetzt. Die bevorzugte Säuremenge liegt bei mehr als 1 Gew.-%, insbesondere mehr als 2 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 3 Gew.-% Säure, weiter bevorzugt mindestens 4 Gew.-% Säure bezogen auf die zu aktivierende Schichtsilicatmenge (bestimmt nach Trocknung bei 1300C) . Nach einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden durch die Säureaktivierung des Schichtsilicats die austauschbaren (Metall-) Kationen (Zwischenschicht- Kationen) im wesentlichen vollständig gegen Protonen ausgetauscht, d.h. zu mehr als 90%, insbesondere mehr als 95%, beson- ders bevorzugt mehr als 98%. Dies kann anhand der CEC und deren Ionenanteilen vor bzw. nach der Säureaktivierung bestimmt werden. According to a particularly preferred embodiment according to the invention, the layered silicate is activated in such a way that the cation exchange capacity (CEC) of the acid-activated layered silicate used is less than 50 meq / 100 g, in particular less than 40 meq / 100 g. Activation is particularly preferably carried out by means of an at least 1 molar, in particular at least 2 molar acid solution at elevated temperature, in particular at more than 30 ° C., more preferably more than 60 ° C. According to a further preferred embodiment, the layer silicates are advantageously activated an acid with a pKa value of less than 4, in particular less than 3, more preferably less than 2.5 is used. For example, strong mineral acids, in particular hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid or mixtures thereof, in particular in concentrated form, are preferably used. The preferred amount of acid is more than 1% by weight, in particular more than 2% by weight, particularly preferably at least 3% by weight of acid, more preferably at least 4% by weight of acid, based on the amount of layered silicate to be activated (determined from Drying at 130 0 C). According to a particularly preferred embodiment according to the invention, the exchangeable (metal) cations (interlayer cations) are essentially completely replaced by protons by the acid activation of the layered silicate, ie more than 90%, in particular more than 95%, particularly more preferably more than 98%. This can be determined on the basis of the CEC and its ion proportions before and after acid activation.
Nach einer Ausführungsform ist es bei der Säureaktivierung nicht erforderlich, dass die überschüssige Säure und die bei der Aktivierung entstehenden Salze ausgewaschen werden. Vielmehr wird nach Aufgabe der Säure, wie bei der Säureaktivierung üblich, kein Waschschritt durchgeführt, sondern das behandelte Schicht- silicat getrocknet und dann ggf. auf die gewünschte Korngröße vermählen. According to one embodiment, the acid activation does not require that the excess acid and the salts formed during the activation are washed out. Rather, after the acid has been fed in, as is customary for acid activation, no washing step is carried out, but the treated layered silicate is dried and then, if necessary, ground to the desired particle size.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Sorptionsmittel (säureaktivierte Schichtsilicat) kann in Form eines Pulvers, Granulats oder eines beliebig geformten Formkörpers eingesetzt werden. Generell kann die Verwendung der Sorptionsmittel in jeder beliebigen Form einschließlich von geträgerten bzw. immobilisierten Formen erfolgen. Beispielsweise ist auch ein Einsatz bei der Auftrennung von verschiedenen Nukleinsäurekomponenten anhand ihres Molekulargewichts denkbar. Die Anwendungsform der erfindungsgemäßen Adsorbentien ist dabei nicht auf die angeführten Beispiele beschränkt. The sorbent used according to the invention (acid-activated layered silicate) can be used in the form of a powder, granulate or any shaped body. In general, the sorbents can be used in any form, including supported or immobilized forms. For example, use in the separation of different nucleic acid components on the basis of their molecular weight is also conceivable. The application form of the adsorbents according to the invention is not limited to the examples given.
Bei der erfindungsgemäß eingesetzten Schicht mit dem mindestens einen säureaktivierten Schichtsilicat wird es sich in vielen Fällen um eine Schicht in einer Säule oder Kartusche handeln, wie sie üblicherweise zum Durchleiten eines flüssigen Mediums verwendet wird. Es kann sich hier beispielsweise um Chromatographiesäulen, einschließlich von Schwerkraftoder Zentrifugationssäulen, Festphasen-Chromatographien, Filterpatronen oder Membranen handeln. In many cases, the layer used according to the invention with the at least one acid-activated layered silicate will be a layer in a column or cartridge, as is usually used for the passage of a liquid medium. For example, these can be chromatography columns, including gravity or centrifugation columns, solid phase chromatography, filter cartridges or membranes.
Allgemein wird die Korn- bzw. Formkörpergröße des erfindungsgemäß als Sorptionsmittel verwendeten säureaktivierten Schichtsi- - - licats also von der jeweiligen Anwendung abhängen. Alle Korngrößen bzw. Agglomeratgrößen sind hier möglich. Beispielsweise kann das säureaktivierte Schichtsilicat in Pulverform, insbesondere mit einem D5o~Wert von 1 bis 1.000 um insbesondere von 5 bis 500 μm eingesetzt werden. Typische brauchbare Granulate liegen im Bereich (D50, volumenbezogen) zwischen 100 um bis 5.000 μm, insbesondere 200 bis 2.000 μm Teilchengröße. Allerdings sind für die erfindungsgemäß eingesetzten Schichten bzw. Säulenpackungen die vorstehend angegebenen Trockensiebrückstände besonders bevorzugt. Bei vielen Anwendungen kann vorteilhaft auf Formkörper aus bzw. mit den säureaktivierten Schichtsilicaten zurückgegriffen werden, beispielsweise bei Chromatographiesäulen, einschließlich von Schwerkraft- oder Zentrifugationssäulen, In general, the grain or shaped body size of the acid-activated layered - - Licenses depend on the respective application. All grain sizes or agglomerate sizes are possible here. For example, the acid-activated layered silicate in powder form, in particular with a D 5 ~ o value of 1 to 1,000 are used in particular from 5 to 500 microns in order. Typical usable granules are in the range (D 50 , by volume) between 100 μm to 5,000 μm, in particular 200 to 2,000 μm particle size. However, the above-mentioned dry sieve residues are particularly preferred for the layers or column packs used according to the invention. In many applications, it is advantageous to use moldings made from or with the acid-activated layered silicates, for example in the case of chromatography columns, including gravity or centrifugation columns,
Festphasenchromatographien, Filterpatronen, Membranen etc.. Solid phase chromatography, filter cartridges, membranes etc.
Nach einer besonders bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsform kann, wie vorstehend erwähnt, das erfindungsgemäß eingesetzte Sorbens in immobilisierter Form vorliegen. Beispielsweise kann das Sorbens in eine Filterpatrone, eine According to a particularly preferred embodiment of the invention, as mentioned above, the sorbent used according to the invention can be in immobilized form. For example, the sorbent can be placed in a filter cartridge, a
HPLC-Patrone oder eine vergleichbare Darreichungsform eingebettet sein. Auch eine Einbettung in Gele, wie z.B. Agarose- gele oder andere gelartige oder matrixartige Strukturen ist bevorzugt möglich. Solche Applikationen werden häufig im Rahmen von sogenannten Kits zur Aufreinigung von Nukleinsäuremo- lekülen verkauft, wie z.B. die Produkte der Firma Quiagen, wie Quiagen genomic tip oder dergleichen. Dabei wird allgemein das die interessierenden Nukleinsäuremoleküle enthaltende Medium durch eine das Sorbens enthaltende Säule bzw. Filterpatrone oder dergleichen geschickt. Anschließend kann mit geeigneten Puffern gewaschen werden, um anhaftende Verunreinigungen zu entfernen. Es folgt schließlich ein Elutions- schritt zur Gewinnung der interessierenden Nukleinsäuremoleküle . _ HPLC cartridge or a comparable dosage form can be embedded. Embedding in gels, such as agarose gels or other gel-like or matrix-like structures, is also preferably possible. Such applications are often sold as part of so-called kits for the purification of nucleic acid molecules, such as, for example, the products from Quiagen, such as Quiagen genomic tip or the like. The medium containing the nucleic acid molecules of interest is generally sent through a column or filter cartridge or the like containing the sorbent. It can then be washed with suitable buffers to remove adhering contaminants. Finally there follows an elution step to obtain the nucleic acid molecules of interest. _
Nach einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das säureaktivierte Schichtsilicat eine BET- Oberfläche (bestimmt nach DIN 66131) von mindestens 50 bis 800 m2/g, insbesondere mindestens 100 bis 600 irι2/g, besonders bevorzugt von mindestens 130 bis 500 m2/g, auf. Durch die hohe Oberfläche wird offenbar die Interaktion mit der Nukleinsäure erleichtert, wobei die Desorptionsmöglichkeit überraschend erhalten bleibt. According to a further preferred embodiment of the invention, the acid-activated layered silicate has a BET surface area (determined according to DIN 66131) of at least 50 to 800 m 2 / g, in particular at least 100 to 600 m 2 / g, particularly preferably of at least 130 to 500 m 2 / g g, on. Interaction with the nucleic acid is apparently facilitated by the high surface area, with the possibility of desorption surprisingly being retained.
Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform handelt es sich bei den Nukleinsäuren um DNA- oder RNA-Moleküle in doppelsträngiger oder einsträngiger Form mit einem oder mehreren Nukleotidbausteinen. According to a preferred embodiment of the invention, the nucleic acids are DNA or RNA molecules in double-stranded or single-stranded form with one or more nucleotide units.
In Bezug auf Nukleinsäuren ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft bei Medien, die Oligonukleotide bzw. Nukleinsäuren mit mindestens 10 Basen (paaren) , vorzugsweise mit mindestens 100 Basen (paaren) , insbesondere mindestens 1000 Basen (paaren) enthalten. Natürlich lässt sich dass erfindungsgemäße Verfahren auch bei Nukleinsäuren zwischen 1 und 10 Basen (paaren) einsetzen bzw. bei recht großen Nuklein- säuremolekülen, wie Plasmiden oder Vektoren mit beispielsweise 1 bis 50 kB oder längeren genomischen oder c-DNA-Frag- menten. Genauso umfasst sind Restriktionsverdaute DNA- und RNA-Fragmente, synthetische oder natürliche Oligo- und Polymere aus Nukleinsäuren, Cosmide etc.. With regard to nucleic acids, the method according to the invention is particularly advantageous in the case of media which contain oligonucleotides or nucleic acids with at least 10 bases (pairs), preferably with at least 100 bases (pairs), in particular at least 1000 bases (pairs). Of course, the method according to the invention can also be used with nucleic acids between 1 and 10 bases (pairs) or with quite large nucleic acid molecules, such as plasmids or vectors with, for example, 1 to 50 kB or longer genomic or c-DNA fragments. Restriction-digested DNA and RNA fragments, synthetic or natural oligo- and polymers from nucleic acids, cosmids etc. are also included.
Von Interesse ist z.B. die chromatographische Trennung von biologischen Makromolekülen wie langkettigen Oligonukleotiden, hochmolekularen Nukleinsäuren, tRNA, 5S-rRNA, anderen rRNA- Spezies, einsträngiger DNA, doppelsträngiger DNA (z.B. Plasmide oder Bruchstücke genomischer DNA) etc.. Dabei kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren überraschend eine verbesserte Auflösung bei hoher Durchsatzgeschwindigkeit erzielt werden. Die verwendeten Trägermaterialien sind dabei in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar und zeigen eine hohe Beladbarkeit . Auch zeigt das Trägermaterial eine hohe Druckbeständigkeit und eine lange Lebensdauer. For example, the chromatographic separation of biological macromolecules such as long-chain oligonucleotides, high-molecular nucleic acids, tRNA, 5S-rRNA, other rRNA species, single-stranded DNA, double-stranded DNA (eg plasmids or fragments of genomic DNA) etc. is of interest Surprisingly, an improved resolution can be achieved at a high throughput speed. The The carrier materials used can be used in a wide temperature range and are highly loadable. The carrier material also shows high pressure resistance and a long service life.
Auch steigt der Bedarf an hochreinen Nukleinsäuren, wie z.B. hochreine Plasmid DNA für moderne biotechnologische, aber auch medizinische Entwicklung, wie z.B. auf dem Gebiet der Gentherapie. Die im Stand der Technik bekannten Protokolle zur hochreinen Aufreinigung von Nukleinsäuren sind dabei häufig kosten- und/oder zeitintensiv, nicht geeignet zum Einsatz im Großmaßstab oder für therapeutische Zwecke nicht sicher genug, da toxische Lösungsmittel oder Enzyme tierischer Herkunft, wie z.B. RNAse verwendet werden. The need for high-purity nucleic acids, such as high-purity plasmid DNA for modern biotechnological, but also medical development, e.g. in the field of gene therapy. The protocols known in the prior art for the highly pure purification of nucleic acids are often costly and / or time-consuming, are not suitable for use on a large scale or are not safe enough for therapeutic purposes, since toxic solvents or enzymes of animal origin, such as e.g. RNAse can be used.
Unter flüssigem Medium wird erfindungsgemäß jedes nicht feste Medium verstanden, einschließlich von niedrig- oder hochviskosen und fluiden Medien. Bevorzugt wird es sich um polare Medien handeln, in denen die interessierenden Biomoleküle bzw. Nukleinsäuremoleküle in der Regel enthalten sind. Beispielsweise kann es sich auch um eine kolloidale Lösung, eine Suspension, eine Dispersion, eine Lösung oder Emulsion handeln. According to the invention, a liquid medium is understood to mean any non-solid medium, including low or high viscosity and fluid media. It will preferably be polar media in which the biomolecules or nucleic acid molecules of interest are generally contained. For example, it can also be a colloidal solution, a suspension, a dispersion, a solution or an emulsion.
Unter den besonders bevorzugten wässrigen oder alkoholischen Medien werden erfindungsgemäß alle wasser- oder alkoholhaltigen Medien, einschließlich wässrig-alkoholische Medien, verstanden. Allgemein sind auch alle Medien umfasst, in denen Wasser mit anderen Lösungsmitteln vollständig mischbar bzw. vollständig gemischt ist. Anzuführen sind insbesondere Alkohole, wie Methanol, Ethanol sowie C3- bis Cio-Alkohole mit einer oder mehreren OH-Gruppen oder auch Säuren. Denkbar sind also auch mit Wasser vollständig mischbare Lösemittel sowie deren Mischungen mit Wasser und Alkohol. Insbesondere handelt - - es sich in der Praxis hierbei um wässrige, wässrig-alkoholi- sche oder alkoholische Medien. According to the invention, the particularly preferred aqueous or alcoholic media are understood to mean all media containing water or alcohol, including aqueous-alcoholic media. In general, all media are also included in which water is completely miscible or completely mixed with other solvents. In particular, alcohols such as methanol, ethanol and C 3 - to Cio-alcohols with one or more OH groups or acids are to be mentioned. Solvents that are completely miscible with water and their mixtures with water and alcohol are also conceivable. In particular acts - - In practice, these are aqueous, aqueous-alcoholic or alcoholic media.
Typische Beispiele sind wässrige oder alkoholische Puffersysteme, wie sie in der Wissenschaft und Industrie verwendet werden, industrielle oder nicht-industrielle Abwässer, Prozessbrauchwässer, Fermentationsrückstände bzw. -medien, Medien aus der medizinischen oder biologischen Forschung, flüssige oder fluide Altlasten und dergleichen. Typical examples are aqueous or alcoholic buffer systems as used in science and industry, industrial or non-industrial waste water, process waste water, fermentation residues or media, media from medical or biological research, liquid or fluid contaminated sites and the like.
Das erfindungsgemäße Sorptionsmittel kann in der Schicht weitere Komponenten enthalten, solange diese die Adsorption der Nukleinsäuren, und soweit vorgesehen, auch deren Desorption nicht inakzeptabel beeinträchtigt. Solche zusätzlichen Komponenten können, ohne hierauf beschränkt zu sein, organische oder anorganische Bindemittel (siehe unten) , weitere dem Fachmann geläufige Sorptionsmittel für Biomoleküle oder andere interessierende anorganische oder organische Substanzen aus dem Medium, oder auch Trägerstoffe wie Glas, Kunststoff- oder keramische Materialien oder dergleichen umfassen. The sorbent according to the invention can contain further components in the layer as long as these do not unacceptably impair the adsorption of the nucleic acids and, if provided, their desorption. Such additional components can include, but are not limited to, organic or inorganic binders (see below), other sorbents for biomolecules or other inorganic or organic substances of interest from the medium which are known to the person skilled in the art, or also carriers such as glass, plastic or ceramic materials or the like include.
So können nach einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform in der eingesetzten Schicht die Sorptionsmittelteilchen über ein geeignetes Bindemittel zu größeren Agglome- raten, Granulaten bzw. Formkörpern verbunden oder auf einen Träger aufgebracht werden. Die Form und Größe solcher übergeordneter Strukturen, die die primären Sorptionsmittel- oder Schichtsilicatteilchen enthalten, richtet sich nach der jeweils gewünschten Anwendung. Es können somit alle dem Fachmann geläufigen und im Einzelfall geeigneten Formen und Größen eingesetzt werden. Beispielsweise können in vielen Fällen Agglomerate mit einem Durchmesser von mehr als 10 μm, insbesondere mehr als 50 μm bevorzugt sein. Bei einer Schüttung für Chromatographiesäulen und dergleichen kann dabei eine - - Thus, according to an advantageous embodiment according to the invention, the sorbent particles can be combined in the layer used to form larger agglomerates, granules or shaped bodies or applied to a carrier by means of a suitable binder. The shape and size of such superordinate structures, which contain the primary sorbent or layered silicate particles, depends on the particular application desired. It is therefore possible to use all shapes and sizes familiar to the person skilled in the art and suitable in individual cases. For example, in many cases agglomerates with a diameter of more than 10 μm, in particular more than 50 μm, may be preferred. In the case of a bed for chromatography columns and the like, one can - -
Kugelform der Agglomerate vorteilhaft sein. Mögliche Träger sind beispielsweise Calciumcarbonat, Kunststoffe oder keramische Materialien. Spherical shape of the agglomerates may be advantageous. Possible carriers are, for example, calcium carbonate, plastics or ceramic materials.
Auch kann jedes dem Fachmann geläufige Bindemittel verwendet werden, solange die An- bzw. Einlagerung der Biomoleküle in bzw. an das Sorptionsmittel in der Schicht nicht zu stark , beeinträchtigt wird bzw. die für die jeweilige Anwendung zu erfordernde Stabilität der Teilchenagglomerate bzw. Formkörper gewährleistet ist. Beispielsweise, ohne hierauf beschränkt zu sein, können als Bindemittel verwendet werden: Agar-Agar, Alginate, Chitosane, Pektine, Gelatinen, Lupi- nenproteinisolate oder Gluten. Any binder familiar to the person skilled in the art can also be used as long as the attachment or incorporation of the biomolecules in or onto the sorbent in the layer is not impaired too much or ensures the stability of the particle agglomerates or moldings required for the particular application is. For example, without being limited to this, the following can be used as binders: agar-agar, alginates, chitosans, pectins, gelatins, lupine protein isolates or gluten.
Wie vorstehend bereits ausgeführt, wurde nach einem erfindungsgemäßen Aspekt überraschend gefunden, dass die säureaktivierten Schichtsilicate selbst bereits besonders günstige Oberflächen zur Sorption von Nukleinsäuren bereitstellen. Bevorzugt erfolgt erfindungsgemäß somit keine (zusätzliche) Verwendung bzw. Behandlung des Schichtsilicats mit kationischen Polymeren und/oder Polykationen (multivalenten Kationen) . Weiterhin werden erfindungsgemäß vorzugsweise keine sonstigen Polymere (z.B. Polysaccharide), Polyelektrolyte, Polyanionen und/oder komplexbildende Agentien (zur Modifikation des Schichtsilicats) verwendet. Nach einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird insbesondere kein kationisches Polymer wie z.B. ein aminiertes PoIy- saccharidpolymer oder Polykation eingesetzt. Insbesondere wird nach einer weiter bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform das erfindungsgemäß verwendete säureaktivierte Schichtsilicat nicht mit einem (kationischen) Polymer oder einem Polykation modifiziert bzw. behandelt. - - As already stated above, it was surprisingly found according to one aspect of the invention that the acid-activated phyllosilicates themselves already provide particularly favorable surfaces for the sorption of nucleic acids. According to the invention, there is therefore preferably no (additional) use or treatment of the layered silicate with cationic polymers and / or polycations (multivalent cations). Furthermore, according to the invention, preferably no other polymers (eg polysaccharides), polyelectrolytes, polyanions and / or complexing agents (for modifying the layered silicate) are used. According to a particularly preferred embodiment of the invention, in particular no cationic polymer such as an aminated polysaccharide polymer or polycation is used. In particular, according to a further preferred embodiment of the invention, the acid-activated layered silicate used in accordance with the invention is not modified or treated with a (cationic) polymer or a polycation. - -
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl zur Anreicherung (d.h. Erhöhung der Konzentration des/der gewünschten Nuklein- säuremoleküle) als auch Abreicherung (d.h. Verringerung der Konzentration des/der gewünschten Nukleinsäuremoleküle) oder Auftrennung mehrerer unterschiedlicher Nukleinsäuremoleküle genutzt werden. The method according to the invention can be used both for enrichment (i.e. increasing the concentration of the desired nucleic acid molecule (s)) as well as for enrichment (i.e. reducing the concentration of the desired nucleic acid molecule (s)) or for separating several different nucleic acid molecules.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Entfernung oder Entsorgung von Nukleinsäuremolekülen abzielt, kann in einem weiteren Schritt die die Nukleinsäuremoleküle enthaltende Schicht entsorgt werden. Die Entsorgung kann dabei beispielsweise durch thermische Behandlung zur Entfernung des die Biomoleküle enthaltenden Schichtsilicats erfolgen, wobei nach der thermischen Desintegration der Nukleinsäuremoleküle das Schichtsilicat entsorgt werden kann. If the method according to the invention aims to remove or dispose of nucleic acid molecules, the layer containing the nucleic acid molecules can be disposed of in a further step. Disposal can be carried out, for example, by thermal treatment to remove the layered silicate containing the biomolecules, the layered silicate being able to be disposed of after the thermal disintegration of the nucleic acid molecules.
So ist es nach einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt möglich, Nukleinsäuren gezielt aus Medien zu entfernen. Dies spielt beispielsweise bei der Abwasseraufbereitung eine große Rolle, da hier in den meisten Staaten strenge gesetzliche Vorschriften zur Entfernung von Nukleinsäuren und anderen Biomolekülen aus Abwässern bestehen. According to a first aspect of the invention, it is possible to remove nucleic acids from media in a targeted manner. This plays a major role in wastewater treatment, for example, since in most countries there are strict legal regulations for removing nucleic acids and other biomolecules from wastewater.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann auch die Abreicherung bzw. Entfernung von Nukleinsäuremolekülen aus Kulturmedien durchgeführt werden. So kann es beispielsweise in Bioreaktoren aufgrund der im Medium enthaltenen hohen Konzentration an Nukleinsäuremolekülen, insbesondere hochmolekularen Nukleinsäuren, zu einem unerwünschten Anstieg der Viskosität kommen. Hier kann über das erfindungsgemäße Verfahren eine effiziente und biologisch verträgliche Entfernung der störenden Nukleinsäuremoleküle aus dem Kulturmedium erfolgen. - 4 - According to a further preferred embodiment of the invention, the depletion or removal of nucleic acid molecules from culture media can also be carried out. For example, an undesirable increase in viscosity can occur in bioreactors due to the high concentration of nucleic acid molecules contained in the medium, in particular high-molecular nucleic acids. Efficient and biologically compatible removal of the disruptive nucleic acid molecules from the culture medium can take place here using the method according to the invention. - 4 -
Genauso ist es in vielen Fällen erwünscht, die Konzentration an Nukleinsäuremolekülen in einem Medium zu erhöhen bzw. diese Nukleinsäuremoleküle möglichst in reiner Form zu gewinnen. Likewise, in many cases it is desirable to increase the concentration of nucleic acid molecules in a medium or to obtain these nucleic acid molecules as pure as possible.
Beispielsweise gehört die Gewinnung bzw. Aufreinigung gewünschter Nukleinsäuren aus Lösungen zu den Standardprozeduren in der biologischen und medizinischen Forschung. Dabei kann erfindungsgemäß in einem weiteren Schritt das Nukleinsäu- remolekül von dem Sorptionsmittel in der Schicht wieder desor- biert bzw. gewonnen werden, wodurch die Schicht auch erneut eingesetzt werden kann, gegebenenfalls nach erneuter Säureaktivierung des darin enthaltenen Schichtsilicats . For example, the extraction or purification of desired nucleic acids from solutions is one of the standard procedures in biological and medical research. In a further step, according to the invention, the nucleic acid molecule can be desorbed or recovered from the sorbent in the layer, as a result of which the layer can also be used again, if appropriate after renewed acid activation of the layered silicate contained therein.
Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann nach der Sorption des mindestens einen Nukleinsäuremoleküls in der Schicht mit dem säureaktivierten Schichtsilicat mindestens ein Waschschritt erfolgen. Dabei kann ein üblicher wässriger oder alkoholhaltiger Puffer verwendet werden, um Verunreinigungen, die neben den Nukleinsäuremolekülen in der Schicht angelagert sind, zu entfernen. Ein nicht-beschränkendes Beispiel für einen geeigneten Puffer ist 5OmM Citratpuf- fer (pH 4,0) . According to a preferred embodiment of the invention, after the sorption of the at least one nucleic acid molecule in the layer with the acid-activated layered silicate, at least one washing step can take place. A conventional aqueous or alcohol-containing buffer can be used to remove impurities that are deposited in the layer next to the nucleic acid molecules. A non-limiting example of a suitable buffer is 50 µm citrate buffer (pH 4.0).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde auch unerwartet gefunden, dass die säureaktivierten Schichtsilicate über einen sehr breiten pH-Bereich eine hohe Bindungskapazität für Nukleinsäuremoleküle aufweisen. Vorteilhafterweise können somit flüssige Medien mit sowohl saurem als auch basischem pH-Wert zur Sorption der darin enthaltenen Nukleinsäuremoleküle durch die Schicht mit dem säureaktivierten Schichtsilicat geleitet werden. Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt das Durchleiten des flüssigen Mediums bzw. die Sorption des Nukleinsäuremoleküls in der Schicht bei einem pH-Wert zwischen etwa pH 3 und pH 8, insbesondere zwischen etwa pH 6 und pH 8. Diese Bedingungen können einfach - 2 - durch Einstellen des pH-Wertes des flüssigen Mediums bereitgestellt werden. Die vorteilhafte Bindung der Nukleinsäuremo- leküle an die Schicht mit dem säureaktivierten Schichtsilicat über einen breiten pH-Bereich kann nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt auch dazu genutzt werden, um ein Nuklein- säuremolekül von beispielsweise im flüssigen Medium ebenfalls enthaltenen Proteinbestandteilen abzutrennen. So kann die Schicht nach dem Durchleiten des flüssigen Mediums (enthaltend das Nukleinsäuremolekül) mit einer Reihe von auf verschiedene pH-Werte eingestellten Puffern bzw. einem pH-Gradientenpuffer gewaschen werden, um Proteine mit unterschiedlichen isoelektrischen Punkten aus der Schicht zu lösen und auszuwaschen. Soweit die zur erwartenden Proteinverunreinigungen bekannt sind, kann anhand von Vorversuchen auch derjenige pH-Wert bestimmt werden, bei dem diese Proteinverunreinigungen (in der Regel in Abhängigkeit von ihrem isoelektrischen Punkt) die geringste Sorption an das säureaktivierte Schichtsilicat aufweisen. In the context of the present invention, it was also unexpectedly found that the acid-activated phyllosilicates have a high binding capacity for nucleic acid molecules over a very wide pH range. Advantageously, liquid media with both acidic and basic pH for sorption of the nucleic acid molecules contained therein can thus be passed through the layer with the acid-activated layered silicate. According to a preferred embodiment of the invention, the liquid medium is passed through or the nucleic acid molecule is sorbed in the layer at a pH between about pH 3 and pH 8, in particular between about pH 6 and pH 8. These conditions can be simple - 2 - can be provided by adjusting the pH of the liquid medium. According to a further aspect of the invention, the advantageous binding of the nucleic acid molecules to the layer with the acid-activated layered silicate over a wide pH range can also be used to separate a nucleic acid molecule from protein constituents which are also contained in the liquid medium, for example. After the liquid medium (containing the nucleic acid molecule) has been passed through, the layer can be washed with a series of buffers adjusted to different pH values or a pH gradient buffer in order to detach and wash out proteins with different isoelectric points from the layer. As far as the expected protein impurities are known, the pH value at which these protein impurities (as a rule depending on their isoelectric point) have the lowest sorption on the acid-activated layered silicate can be determined on the basis of preliminary tests.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine schichtförmige Zusammensetzung, enthaltend mindestens ein säureaktiviertes Schichtsilicat und mindestens ein Nukleinsäuremolekül, wobei die Schichtdicke bei mindestens einem Millimeter liegt. Wie hierin ausgeführt, kann eine solche schichtförmige Zusammensetzungen beispielsweise zur Abtrennung, Gewinnung oder Aufreinigung eines Nukleinsäuremoleküls aus einem flüssigen Medium vorteilhaft verwendet werden. Another aspect of the present invention relates to a layered composition comprising at least one acid-activated layered silicate and at least one nucleic acid molecule, the layer thickness being at least one millimeter. As stated herein, such a layered composition can advantageously be used, for example, to separate, recover or purify a nucleic acid molecule from a liquid medium.
Wie vorstehend ausgeführt, ist eine geringe Eisenverunreinigung des eingesetzten säureaktivierten Schichtsilicats vorteilhaft. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit auch die Verwendung eines säureaktivierten As stated above, a low iron contamination of the acid-activated layered silicate used is advantageous. Another aspect of the present invention thus also relates to the use of an acid-activated
Schichtsilicats mit einer geringen Eisenverunreinigung, wie vorstehend definiert, zur Sorption, insbesondere zur Abtren- - 6 - nung, Gewinnung oder Aufreinigung eines Nukleinsäuremoleküls aus einem flüssigen Medium. Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung eines solchen säureaktivierten Schichtsilicats als anorganischer Vektor zum Einbringen von Biomolekülen in Zellen oder als pharmazeutische Zusammensetzung, insbesondere als Reservoir zur Speicherung und kontrollierten Freisetzung von Biomolekülen, bevorzugt Nukleinsäuren. Layered silicate with a low iron contamination, as defined above, for sorption, in particular for separation - 6 - Preparation, extraction or purification of a nucleic acid molecule from a liquid medium. Another aspect relates to the use of such an acid-activated layered silicate as an inorganic vector for introducing biomolecules into cells or as a pharmaceutical composition, in particular as a reservoir for the storage and controlled release of biomolecules, preferably nucleic acids.
So wurde überraschenderweise gefunden, dass sich die erfindungsgemäßen Sorptionsmittel auch zu einer effizienten Ein- schleusung dieser Biomoleküle in prokaryontische oder eukary- ontische Zellen eignen. Offenbar lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Biomoleküle, insbesondere Nukleinsäuren, in besonders vorteilhafter Weise zur Einschleusung in Zellen "verpacken". Der prinzipielle Mechanismus einer solchen Einschleusung am Beispiel von DNA-LDH-Nanohybriden ist beispielsweise in der Literaturstelle Choy et al., Angew. It has surprisingly been found that the sorbents according to the invention are also suitable for efficiently introducing these biomolecules into prokaryotic or eukaryotic cells. Apparently, according to the method according to the invention, biomolecules, in particular nucleic acids, can be “packaged” in a particularly advantageous manner for introduction into cells. The basic mechanism of such an introduction using the example of DNA-LDH nanohybrids is described, for example, in the reference Choy et al., Angew.
Chem. 2000, 112 (22), Seiten 4207-4211, sowie in der EP 0 987 328 A2 beschrieben, auf die diesbezüglich verwiesen wird und die hiermit durch Bezugnahme im Hinblick auf das Verfahren in die Beschreibung aufgenommen werden. Die Verwendung als pharmazeutische Zusammensetzung, insbesondere als Reservoir zur Speicherung und kontrollierten Freisetzung von Biomolekülen, bevorzugt von Nukleinsäuren, ist als solche in der WO Chem. 2000, 112 (22), pages 4207-4211, and also described in EP 0 987 328 A2, to which reference is made in this regard and which are hereby incorporated into the description by reference to the method. The use as a pharmaceutical composition, in particular as a reservoir for the storage and controlled release of biomolecules, preferably of nucleic acids, is as such in WO
01/49869 beschrieben, auf die diesbezüglich verwiesen und die hiermit durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird. 01/49869, to which reference is made and which is hereby incorporated by reference into the description.
Methodenteil Method part
1. BET-Oberflache 1. BET surface
Die vorliegend angegebenen BET-Oberflächen wurden nach DIN The BET surfaces specified here were in accordance with DIN
66131 bestimmt. - 7 - 66131 determined. - 7 -
2. Porosimetrie 2. Porosimetry
Die angegebenen (mittleren) Porendurchmesser, -Volumina und -flächen wurden unter Verwendung eines vollautomatischen Stickstoff-Adsorptionsmessgerätes (ASAP 2000, Firma Micro- metrics) nach dem Standardprogramm des Herstellers (BET, BJH, t-plot und DFT) bestimmt. Die prozentualen Angaben zum Anteil bestimmter Porengrößen beziehen sich auf das Gesamtporenvolu- men an Poren zwischen 1,7 und 300 nm Durchmesser (BJH Adsorption Pore Distribution Report) .  The specified (average) pore diameters, volumes and areas were determined using a fully automatic nitrogen adsorption measuring device (ASAP 2000, company Micretrics) according to the manufacturer's standard program (BET, BJH, t-plot and DFT). The percentages of the proportion of certain pore sizes relate to the total pore volume of pores between 1.7 and 300 nm in diameter (BJH Adsorption Pore Distribution Report).
Soweit angegeben, wurde die Porosimetrie nach der CCl4-Methode wie folgt durchgeführt: As far as indicated, the porosimetry was carried out according to the CCl 4 method as follows:
Reagenzien: Reagents:
Tetrachlorkohlenstoff (CCl4) Carbon tetrachloride (CCl 4 )
Paraffin (flüssig), Fa. Merck, (Best.Nr. 7160.2500)  Paraffin (liquid), Merck, (Order No. 7160.2500)
Durchführung : Execution :
1 bis 2 g des zu prüfenden Materials werden in einem kleinen Wägegläschen bei 1300C im Trockenschrank getrocknet. Anschließend wird im Exsikkator abgekühlt, genau gewogen und das Gläschen in einen Vakuum-Exsikkator gestellt, der je nach dem zu messenden Mikroporenvolumen die folgenden Paraffin/ Tetrachlorkohlenstoff-Mischungsverhältnisse enthält : - 1 to 2 grams of the dried material to be tested in a small weighing bottle at 130 0 C in a drying cabinet. It is then cooled in the desiccator, weighed exactly and the glass is placed in a vacuum desiccator, which contains the following paraffin / carbon tetrachloride mixture ratios, depending on the micropore volume to be measured: -
Paraffin (ml) CCI4 (ml) Mikroporen (A) Paraffin (ml) CCI 4 (ml) micropores (A)
26 184 800 26 184 800
47,9 162,1 39047.9 162.1 390
66,5 143,5 25066.5 143.5 250
82,5 127,5 18082.5 127.5 180
96,4 113,6 14096.4 113.6 140
108,7 101,3 115 108.7 101.3 115
Der mit graduierter Kühlfalle, Manometer und Vakuumpumpe verbundene Exsikkator wird nun bis zum Sieden des Inhalts evakuiert. 10 ml Tetrachlorkohlenstoff werden verdampft und in der Kühlfalle aufgefangen. The desiccator connected to the graduated cold trap, manometer and vacuum pump is now evacuated to the boil of the contents. 10 ml of carbon tetrachloride are evaporated and collected in the cold trap.
Sodann lässt man den Exsikkatorinhalt 16 bis 20 Stunden bei Raumtemperatur ausgleichen, anschließend lässt man langsam Luft in den Exsikkator. Nach Abnehmen des Exsikkatordeckels wird das Wägegläschen sofort verschlossen und auf der Analysenwaage zurückgewogen. The contents of the desiccator are then left to balance for 16 to 20 hours at room temperature, and then air is slowly let into the desiccator. After removing the desiccator lid, the weighing jar is closed immediately and weighed back on the analytical balance.
Auswertung: Evaluation:
Die Werte werden in Milligramm Tetrachlorkohlenstoff- Adsorption pro Gramm Substanz durch Gewichtszunahme errechnet. Durch Dividieren mit der Dichte des Tetrachlorkohlenstoffs ergeben sich die The values are calculated in milligrams of carbon tetrachloride adsorption per gram of substance by weight gain. By dividing by the density of the carbon tetrachloride, you get the
Porenvolumen in ml/g Substanz. Auswaage - Einwaage = Gewichtszunahme Pore volume in ml / g substance. Weight-out - weight-in = weight gain
g Substanz x Einwaage x Dichte CCl4 = ml/g Substanz. g substance x weight x density CCl 4 = ml / g substance.
(Tetrachlorkohlenstoff bei 2O0C, d = 1,595 g/cm3) - - (Carbon tetrachloride at 2O 0 C, d = 1.595 g / cm 3 ) - -
3 . Messung des Zeta-Potentials 3rd Measurement of the zeta potential
Von den zu untersuchenden Adsorbentien wurde jeweils eine wässrige Suspension mit dest. Wasser hergestellt. Die zu messende Suspension wurde jeweils auf pH 7 eingestellt. Das Ze- ta-Potential der Teilchen wurde mittels des Zetaphoremeters II der Firma Particle Metrix nach dem Prinzip der Mikro- elektrophorese bestimmt. Dabei wurde die Wanderungsgeschwindigkeit der Teilchen in einem bekannten elektrischen Feld gemessen. Die Partikelbewegungen, die in einer Messzelle stattfinden, werden mit Hilfe eines Mikroskops beobachtet. Die Wanderungsrichtung gibt Aussage über die Art der Ladung (positiv oder negativ) und die Teilchengeschwindigkeit ist direkt proportional zur elektrischen Grenzflächenladung der Teilchen bzw. zum Zeta-Potential. Die Partikelbewegungen in der Messzelle werden mittels Bildanalyse festgehalten und nach Ablauf der Messung werden die zurückgelegten Partikelbahnen berechnet und die daraus resultierende Teilchengeschwindigkeit ermittelt. An aqueous suspension with dist. Water. The suspension to be measured was adjusted to pH 7 in each case. The zeta potential of the particles was determined using the Zetaphoremeter II from Particle Metrix according to the principle of microelectrophoresis. The rate of migration of the particles was measured in a known electric field. The particle movements that take place in a measuring cell are observed with the aid of a microscope. The direction of migration provides information about the type of charge (positive or negative) and the particle velocity is directly proportional to the electrical interfacial charge of the particles or to the zeta potential. The particle movements in the measuring cell are recorded by means of image analysis and after the measurement the particle paths covered are calculated and the resulting particle speed is determined.
Unter Berücksichtung der Suspensionstemperatur und der elektrischen Leitfähigkeit wurde hieraus das Zeta-Potential (angegeben in mV) errechnet. Taking into account the suspension temperature and the electrical conductivity, the zeta potential (given in mV) was calculated from this.
Überraschenderweise wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, dass gute Ergebnisse auch mit Schichtsilicaten mit negativem Zeta-Potential erzielt werden können. Surprisingly, it was found in the context of the present invention that good results can also be achieved with layered silicates with a negative zeta potential.
4. Bestimmung der Teilchengrößen und Teilchengrößenverteilung 4. Determination of particle sizes and particle size distribution
Soweit nicht anders angegeben, erfolgt die Bestimmung der Teilchengrößen (Verteilung) nach dem Malvern-Verfahren. Hierzu wurde ein Mastersizer der Fa. Malvern nach den Angaben des Herstellers eingesetzt. Zur Bestimmung der Luft werden ca. 2- 3 g (1 Kaffeelöffel) von der zu untersuchenden Probe in den „Dry powder feeder" gegeben und je nach Probe auf den richtigen Messbereich eingestellt (je gröber die Probe, desto höher die Einwaage) . Unless otherwise stated, the particle sizes (distribution) are determined using the Malvern method. For this purpose, a Malvern Mastersizer was used according to the manufacturer's instructions. Approx. 2- Put 3 g (1 coffee spoon) of the sample to be examined in the "dry powder feeder" and set the correct measuring range depending on the sample (the coarser the sample, the higher the weight).
Zur Bestimmung in Wasser wird eine Probe (ca. 1 Messerspitze) ins Wasserbad gegeben bis Messbereich erreicht ist (je gröber desto höher die Einwaage) , und 5 Min. im Ultraschallbad gerührt. Anschließend erfolgt die Messung. For determination in water, a sample (approx. 1 knife tip) is placed in the water bath until the measuring range is reached (the coarser the higher the weight), and stirred for 5 minutes in the ultrasonic bath. The measurement is then carried out.
5. Kationenaustauschkapazität (CEC) 5. Cation Exchange Capacity (CEC)
Prinzip: Der Ton wird mit einem großen Überschuss an wässriger NH4C1-Lösung behandelt, ausgewaschen und die auf dem Ton verbliebene NH4 +-Menge mittels Elementaranalyse bestimmt. Principle: The clay is treated with a large excess of aqueous NH 4 C1 solution, washed out and the amount of NH 4 + remaining on the clay is determined by elemental analysis.
Me+ (Ton) ~+ NH4 + NH4 + (Ton) "+Me+ Me + (tone) ~ + NH 4 + NH 4 + (tone) " + Me +
(Me+= H+, K+, Na+, 1/2 Ca2+, 1/2 Mg2+....) (Me + = H + , K + , Na + , 1/2 Ca 2+ , 1/2 Mg 2+ ....)
Geräte: Sieb, 63 μm; Erlenmeyer-Schliffkolben, 300 ml; Analysenwaage; Membranfilternutsche, 400 ml; Cellulose-Nitrat-Filter, 0,15 um (Fa. Sartorius) ; Trockenschrank; Rückflusskühler; Heizplatte; Destillationseinheit, VAPODEST-5 (Fa. Gerhardt, No. Devices: sieve, 63 μm; Erlenmeyer ground flasks, 300 ml; Analytical balance; Membrane filter, 400 ml; Cellulose nitrate filter, 0.15 µm (from Sartorius); Drying cabinet; Reflux condenser; Hot plate; Distillation unit, VAPODEST-5 (Gerhardt, No.
6550); Messkolben, 250 ml; Flammen-AAS 6550); Volumetric flask, 250 ml; Flame carrion
Chemikalien: 2N NH4C1-Lösung; Neßlers-Reagens (Fa. Merck, Chemicals: 2N NH 4 C1 solution; Nessler's reagent (Merck,
Art. Nr. 9028); Borsäure-Lösung, 2 %-ig; Natronlauge, 32 %-ig; 0,1 N Salzsäure; NaCl-Lösung, 0,1 %-ig; KCl-Lösung, 0,1 %-ig. Art. No. 9028); Boric acid solution, 2%; Sodium hydroxide solution, 32%; 0.1 N hydrochloric acid; NaCl solution, 0.1%; KCl solution, 0.1%.
Durchführung: 5 g Ton werden durch ein 63 um-Sieb gesiebt und bei 1100C getrocknet. Danach werden genau 2 g auf der Analysenwaage in Differenzwägung in den Erlenmeyer-Schliffkolben eingewogen und mit 100 ml 2N NH4Cl-LÖsung versetzt. Die Suspension wird unter Rückfluss eine Stunde lang gekocht. Bei stark CaCO3- - - haltigen Bentoniten kann es zu einer Ämmoniak-Entwicklung kommen. In diesen Fällen muss solange NH4C1-Lösung zugegeben werden, bis kein Ammoniak-Geruch mehr wahrzunehmen ist. Eine zusätzliche Kontrolle kann mit einem feuchten Indikator-Papier durchgeführt werden. Nach einer Standzeit von ca. 16 h wird der NH4 +-Bentonit über eine Membranfilternutsche abfiltriert und bis zur weitgehenden Ionenfreiheit mit vollentsalztem Wasser (ca. 800 ml) gewaschen. Der Nachweis der Ionenfreiheit des Waschwassers wird auf NH4 +-Ionen mit dem dafür empfindlichen Neßlers- Reagens durchgeführt. Die Waschzahl kann je nach Tonart zwischen 30 Minuten und 3 Tagen variieren. Der ausgewaschene NH4 +-TOn wird vom Filter abgenommen, bei 1100C 2 h lang getrocknet, gemahlen, gesiebt (63 μm-Sieb) und nochmals bei 110 0C 2 h lang getrocknet. Danach wird der NH4 +-Gehalt des Tons mittels Elementaranalyse bestimmt. Procedure: 5 g of clay are sieved through a 63 μm sieve and dried at 110 ° C. Then exactly 2 g are weighed on the analytical balance in differential weighing into the Erlenmeyer ground flask and mixed with 100 ml of 2N NH4Cl solution. The suspension is boiled under reflux for one hour. With strong CaCO 3 - - - Containing bentonites may develop an ammonia. In these cases, NH 4 C1 solution must be added until there is no longer a smell of ammonia. An additional check can be carried out with a damp indicator paper. After a standing time of approx. 16 h, the NH 4 + bentonite is filtered off through a membrane filter and washed with deionized water (approx. 800 ml) until it is largely free of ions. Evidence of the freedom from ions in the wash water is carried out on NH 4 + ions with the sensitive Neßlers reagent. The number of washes can vary between 30 minutes and 3 days depending on the key. The washed NH 4 + clay is removed from the filter, h dried, milled at 110 0 C 2, screened (63 micron sieve), and again at 110 0 C for 2 hours dried. The NH 4 + content of the clay is then determined by elemental analysis.
Berechnung der CEC: Die CEC des Tons wurde in herkömmlicher Weise über den NH4 +-Gehalt des NH4 +-Tons, der über Elementaranalyse des N-Gehalts ermittelt wurde, bestimmt. Hierzu wurde das Gerät Vario EL 3 der Firma Elementar- Heraeus, Hanau, DE, nach den Angaben des Herstellers eingesetzt. Die Angaben erfolgen in mval/100 g Ton (meq/100g) . Calculation of the CEC: The CEC of the clay was determined in a conventional manner via the NH 4 + content of the NH 4 + clay, which was determined by elemental analysis of the N content. For this purpose, the Vario EL 3 device from Elementar-Heraeus, Hanau, DE, was used according to the manufacturer's instructions. The information is given in mval / 100 g clay (meq / 100g).
Beispiel: Stickstoff-Gehalt = 0,93 %; Example: nitrogen content = 0.93%;
Molekulargewicht: N = 14,0067 g/mol Molecular weight: N = 14.0067 g / mol
0,93 x 1000 0.93 x 1000
CEC = = 66,4 mVal/100g  CEC = = 66.4 mVal / 100g
14,0067  14.0067
CEC = 66,4 meq/100 g NH4 +-Bentonit - - CEC = 66.4 meq / 100 g NH 4 + bentonite - -
6. Quellfähigkeit (Sedimentvolumen) 6. Swelling capacity (sediment volume)
Die Quellfähigkeit wurde wie folgt bestimmt: Ein kalibrierter 100 ml-Messzylinder wird mit 100 ml dest. Wasser gefüllt. 2,0 g der zu messenden Substanz werden in Portionen von 0,1 bis 0,2 g langsam auf die Wasseroberfläche gegeben. Nach dem Absinken des Materials wird das nächste Quantum aufgegeben. Nach Beendigung der Zugabe wartet man 1 Stunde und liest dann das Volumen der aufgequollenen Substanz in ml/2 g ab. The swellability was determined as follows: A calibrated 100 ml measuring cylinder is washed with 100 ml dist. Filled with water. 2.0 g of the substance to be measured are slowly added to the water surface in portions of 0.1 to 0.2 g. After the material has dropped, the next quantum is given up. After the addition has ended, wait 1 hour and then read off the volume of the swollen substance in ml / 2 g.
7. Silikatanalyse: (a) ProbenaufSchluss 7. Silicate analysis: (a) sample digestion
Diese Analyse beruht auf dem Totalaufschluss des Schichtsilica- tes. Nach dem Auflösen der Feststoffe werden die Einzelkomponenten mit herkömmlichen spezifischen Analysemethoden, wie z.B. ICB, analysiert und quantifiziert. This analysis is based on the total digestion of the layered silicate. After the solids have dissolved, the individual components are analyzed using conventional specific analysis methods, e.g. ICB, analyzed and quantified.
Für den ProbenaufSchluss werden ca. 10 g der zu untersuchenden Probe fein vermählen und 2 Stunden lang im Trockenschrank bei 120 0C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Ca. 1,4 g der getrockneten Probe werden in einen Platintiegel gegeben und die Probeneinwaage bis zu einer Genauigkeit von 0,001 g ermittelt. Danach wird die Probe im Platintiegel mit der 4 bis 6-fachen Gewichtsmenge einer Mischung aus Natriumcarbonat und Kaliumcar- bonat (1 : 1) vermischt. Die Mischung wird mit dem Platintiegel in einen Simon-Müller-Ofen gestellt und 2 - 3 Stunden bei 800 - 850 0C geschmolzen. Der Platintiegel mit der Schmelze wird mit einer Platinzange aus dem Ofen genommen und zum Abkühlen Stehen gelassen. Die abgekühlte Schmelze wird mit wenig destilliertem Wasser in eine Kasserolle gespült und vorsichtig mit konzentrierter Salzsäure versetzt. Nach Beendigung der Gasentwicklung wird die Lösung bis zur Trockene eingedampft. Der Rückstand wird - - erneut in 20 ml konz. Salzsäure aufgenommen und erneut zur Trockene eingedampft. Das Eindampfen mit Salzsäure wird noch einmal wiederholt. Der Rückstand wird mit ca. 5 - 10 ml Salzsäure For sample digestion, about 10 g of the sample to be examined are finely ground and dried in a drying cabinet at 120 ° C. for 2 hours to constant weight. Approx. 1.4 g of the dried sample are placed in a platinum crucible and the sample weight is determined to an accuracy of 0.001 g. The sample is then mixed in the platinum crucible with 4 to 6 times the amount by weight of a mixture of sodium carbonate and potassium carbonate (1: 1). The mixture is provided with the platinum crucible into a Simon-Müller furnace and 2 - melted 850 C 0 - 3 hours at 800th The platinum crucible with the melt is taken out of the oven with a platinum tongs and left to cool. The cooled melt is rinsed into a saucepan with a little distilled water and carefully mixed with concentrated hydrochloric acid. After the evolution of gas has ended, the solution is evaporated to dryness. The backlog will - - again in 20 ml conc. Hydrochloric acid was taken up and again evaporated to dryness. Evaporation with hydrochloric acid is repeated once more. The residue is mixed with approx. 5 - 10 ml hydrochloric acid
(12 %) angefeuchtet, mit ca. 100 ml dest. Wasser versetzt und erwärmt. Unlösliches SiO2 wird abfiltriert, der Rückstand drei Mal mit heißer Salzsäure (12 %) gewaschen und dann mit heißem Wasser (dest.) gewaschen, bis das Filtratwasser chlorijdfrei ist. (12%) moistened with approx. 100 ml dist. Water added and heated. Insoluble SiO 2 is filtered off, the residue washed three times with hot hydrochloric acid (12%) and then (dest.), Washed with hot water until the filtrate water is Dfree chlori j.
(b) Silikatbestimmung (b) Silicate determination
Das SiO2 wird mit dem Filter verascht und ausgewogen. The SiO 2 is incinerated and weighed with the filter.
(c) Bestimmung von Eisen (und Aluminium, Calcium und Magnesium) (c) Determination of iron (and aluminum, calcium and magnesium)
Das bei der Silikatbestimmung gesammelte Filtrat wird in einen 500 ml Messkolben überführt und bis zur Eichmarke mit destilliertem Wasser ergänzt. Aus dieser Lösung wird dann mittels FAAS die Eisenbestimmung (bzw. auch für Aluminium-, Calcium- und Magnesium) durchgeführt. The filtrate collected in the silicate determination is transferred to a 500 ml volumetric flask and supplemented with distilled water up to the calibration mark. The iron determination (or also for aluminum, calcium and magnesium) is then carried out from this solution using FAAS.
(d) Bestimmung von Kalium, Natrium und Lithium (d) Determination of potassium, sodium and lithium
500 mg der getrockneten Probe werden auf 0,1 mg genau in einer Platinschale eingewogen. Danach wird die Probe mit ca. 1 - 2 ml dest. Wasser durchfeuchtet und 4 Tropfen konzentrierte Schwefelsäure zugegeben. Danach wird dreimal mit ca. 10 - 20 ml konz. HF bis zur Trockene im Sandbad eingedampft. Zuletzt wird mit H2SO4 befeuchtet und auf der Ofenplatte bis zur Trockene abgeraucht.- Nach kurzem Glühen der Platinschale werden ca. 40 ml dest. Wasser und 5 ml Salzsäure (18 %) zugegeben und die Mischung aufgekocht. Die erhaltene Lösung wird in einen 250 ml Messkolben überführt und bis zur Eichmarke mit dest. Wasser ergänzt. Aus dieser Lösung wird mittels EAS der Natrium-, Kalium- und Lithiumgehalt ermittelt. - - 500 mg of the dried sample are weighed to the nearest 0.1 mg in a platinum dish. Then the sample with approx. 1 - 2 ml dist. Moisturized water and 4 drops of concentrated sulfuric acid added. Then it is concentrated three times with approx. 10 - 20 ml. HF evaporated to dryness in a sand bath. Finally, moisten with H 2 SO 4 and smoke to dryness on the oven plate. - After briefly glowing the platinum shell, approx. 40 ml dist. Add water and 5 ml of hydrochloric acid (18%) and boil the mixture. The solution obtained is transferred to a 250 ml volumetric flask and up to the calibration mark with dist. Water added. The sodium, potassium and lithium content is determined from this solution using EAS. - -
8. DNA-Quantifizierung durch Fluoreszenz-Markierung 8. DNA quantification by fluorescent labeling
Zur Bestimmung des DNA Gehaltes von Lösungen, die für die Adsorptionsuntersuchungen im dynamischen System eingesetzt wurden, wurde die Methode der fluoreszenzphotometrische Quantifizierung von DNA mittels des Fluoreszenz-Markers Hoechst 33342 (2 ' - (4-Ethoxyphenyl) -5- (4-methyl-l-piperazinyl) -2,5'- bi-lH-benzimidazol 3HCl ) eingesetzt, (Fa. Sigma, Steinheim). Diese basiert auf der nicht interkalativen Bindung des Farbstoffs an das Basenpaar Adenin-Thymin der DNA. Durch die Bindung des Fluorochroms an die DNA vervielfacht sich dessen Fluoreszenzintensität um den Faktor 60. Die Lage des Maximums der Anregungs- und Emissionswellenlänge von ungebundenem Hoechst-Farbstoff verschiebt sich von 340 nm und 510 nπi zu 355 nm und 465 nm für an DNA gebundenen Farbstoff. Mittels eines Fluoreszenzphotometers kann die Fluoreszenzintensität einer mit dem Fluorochrom inkubierten Probe bestimmt werden. Da sich die Wellenlänge des Anregungs- und Emissionsmaximums des Fluorochroms bei der Anlagerung an die DNA verschieben, lässt sich der gebundene Farbstoff selektiv anregen, wodurch ein starkes Hintergrundsignal vermieden wird. To determine the DNA content of solutions that were used for the adsorption studies in the dynamic system, the method of fluorescence-photometric quantification of DNA using the fluorescence marker Hoechst 33342 (2 '- (4-ethoxyphenyl) -5- (4-methyl- l-piperazinyl) -2,5'- bi-1H-benzimidazole 3HCl) was used (from Sigma, Steinheim). This is based on the non-intercalative binding of the dye to the base pair adenine-thymine in the DNA. The binding of the fluorochrome to the DNA multiplies its fluorescence intensity by a factor of 60. The location of the maximum excitation and emission wavelength of unbound Hoechst dye shifts from 340 nm and 510 nmi to 355 nm and 465 nm for dye bound to DNA . The fluorescence intensity of a sample incubated with the fluorochrome can be determined by means of a fluorescence photometer. Since the wavelength of the excitation and emission maximum of the fluorochrome shifts when it is attached to the DNA, the bound dye can be selectively excited, thereby avoiding a strong background signal.
Für dieses Verfahren wurden folgende Stammlösungen eingesetzt : The following stock solutions were used for this process:
Hoechst-33342-Stammlösung. : 10 mg-ml-1 Hoechst 33342 in ddH2O Ix TNE-Puffer: 10 mM Tris, 1 mM EDTA, 0,2 M NaCl in 1000 ml ddH2O, pH 7,4)  Hoechst 33342 stock solution. : 10 mg-ml-1 Hoechst 33342 in ddH2O Ix TNE buffer: 10 mM Tris, 1 mM EDTA, 0.2 M NaCl in 1000 ml ddH2O, pH 7.4)
Es wurde nun wie folgt eine Kalibrationsgerade zur Fluores- zenzphotometrischen Bestimmung der DNA-Konzentration erstellt: A calibration line for fluorescence photometric determination of the DNA concentration was now created as follows:
• Auf eine schwarze 96-Loch-Platte (Nunc, Roskilde, Dänemark) werden jeweils 10 μl Probe sowie eine Standardreihe - - mit DNA-Konzentrationen von 100 μg-ml"1 bis 4750 μg-ml x dreifach aufgetragen. • 10 μl sample and a standard series are placed on a black 96-hole plate (Nunc, Roskilde, Denmark) - - applied with DNA concentrations of 100 μg-ml "1 to 4750 μg-ml x three times.
• Die Proben werden mit 200 μl einer Mischung aus 100 μl  • The samples are mixed with 200 μl of a mixture of 100 μl
Hoechst-33342-Stammlösung mit 20 ml Ix TNE-Puffer (10 niM Tris, 1 mM EDTA, 0,2 M NaCl in 1000 ml ddH2O, pH 7,4) versetzt. Hoechst-33342 stock solution with 20 ml Ix TNE buffer (10 niM Tris, 1 mM EDTA, 0.2 M NaCl in 1000 ml ddH 2 O, pH 7.4).
• Die Proben werden 30 min lang unter Lichtausschluss und unter Schütteln bei 120 rpm inkubiert.  • The samples are incubated for 30 min with the exclusion of light and with shaking at 120 rpm.
• Die Fluoreszenzintensität der Proben wird durch Anregung bei 360 nm und Detektion bei 460 nm im Fluoreszenzphotometer gemessen.  • The fluorescence intensity of the samples is measured by excitation at 360 nm and detection at 460 nm in the fluorescence photometer.
Analog wie im letzten Abschnitt beschrieben wurde mit den DNA haltigen Lösungen bei der Untersuchung der DNA Bindung an die sauer aktivierte Bentonite in den dynamischen Systemen verfahren. Dabei wurde die vorher erstellte Kalibrationsgerade zur Bestimmung der DNA Gehalte benutzt. Analogous to the description in the last section, the DNA-containing solutions were used to examine the DNA binding to the acid-activated bentonites in the dynamic systems. The previously created calibration line was used to determine the DNA content.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von nicht-beschränkenden Beispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of non-limiting examples.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 zeigt die DNA-Beladung der erfindungsgemäßen Adsorben- tien A und B bei verschiedenen pH-Werten 1 shows the DNA loading of the adsorbents A and B according to the invention at different pH values
Fig. 2 zeigt die DNA-Beladung der erfindungsgemäßen Adsorben- tien A und B bei verschiedenen Flussgeschwindigkeiten durch eine Säulenpackung. - - 2 shows the DNA loading of the adsorbents A and B according to the invention at different flow rates through a column packing. - -
Beispiele Examples
1. Herstellung eines Sorptionsmittels 1. Preparation of a sorbent
Ein Rohton mit einem Montmorillonitgehalt zwischen 70 bis 80% wird in Wasser aufgeschlämmt und über Zentrifugation aufgereinigt. Die erhaltene Slurry wird dann einer Säureaktivierung unterworfen. Hierbei werden die Konzentrationen so eingestellt, dass 56% Bentonit mit 44% 36 Gew.-%iger Salzsäure versetzt werden und 8 Stunden bei einer Temperatur von 95 bis 990C gekocht wird. Anschließend wird mit Wasser so lange gewaschen, bis der Restchloridgehalt bei kleiner oder gleich 5%, bezogen auf den Feststoff liegt. Zur Analyse des Restchloridgehalts wird 10g Feststoff in 100 ml destilliertem Wasser gekocht und über einen Faltenfilter abfiltriert. Das Filtrat wird zur Bestimmung des Restchloridgehaltes mit Silbernitrat-Lösung titriert. Schließlich erfolgt eine Trocknung auf eine Restfeuchte von 8 bis 10 Gew.-%. Das erhaltene Endprodukt hat ein Gewicht von 430 bis 520 g/l. Durch ein Absieben bzw. zusätzliche Vermahlung lassen sich besonders bevorzugte Partikelgrößen einstellen. A raw clay with a montmorillonite content between 70 to 80% is slurried in water and purified by centrifugation. The slurry obtained is then subjected to acid activation. The concentrations are adjusted so that 56% bentonite is mixed with 44% 36% by weight hydrochloric acid and the mixture is boiled at a temperature of 95 to 99 ° C. for 8 hours. The mixture is then washed with water until the residual chloride content is less than or equal to 5%, based on the solid. To analyze the residual chloride content, 10 g of solid is boiled in 100 ml of distilled water and filtered through a pleated filter. The filtrate is titrated with silver nitrate solution to determine the residual chloride content. Finally drying takes place to a residual moisture content of 8 to 10% by weight. The end product obtained has a weight of 430 to 520 g / l. Particularly preferred particle sizes can be set by sieving or additional grinding.
2. Charakterisierung des Sorptionsmittels 2. Characterization of the sorbent
Die charakteristischen Daten dieses Sorptionsmittels (Adsor- bens 1) und des entsprechenden Mahlgrads sind in den folgenden Tabellen angeführt. Die Charakterisierung der Oberfläche zeigt, dass in Lösungen ein negatives Zeta-Potential vorliegt. Die Oberflächenladungsdichte ist jedoch relativ klein. Hier können bei speziellen modifizierten Materialien Werte über 200 μeq/g erzielt werden. - - The characteristic data of this sorbent (adsorbent 1) and the corresponding freeness are given in the following tables. The characterization of the surface shows that there is a negative zeta potential in solutions. However, the surface charge density is relatively small. Values above 200 μeq / g can be achieved with specially modified materials. - -
Tabelle 1: Oberflächenladungsdichte und Zeta-Potential Table 1: Surface charge density and zeta potential
Tabelle 2 : Teilchengrößenverteilung Table 2: Particle size distribution
Probe Teilchen« größenverteilung Teilchengrößenverteilung Sample Particle Size Distribution Particle Size Distribution
in Luft in Wasser  in air in water
μm [%] μm [%]  μm [%] μm [%]
Adsorbens 1 > 25 4,13 > 25 5,41  Adsorbent 1> 25 4.13> 25 5.41
> 20 6,14 > 20 9,15  > 20 6.14> 20 9.15
> 10 18,56 > 10 30,00  > 10 18.56> 10 30.00
< 5 57,42 < 5 38,42 <5 57.42 <5 38.42
< 2 27,57 < 2 7,61  <2 27.57 <2 7.61
< 1 10,79 < 1 0,87  <1 10.79 <1 0.87
Das Adsorbens 1 wurde nach der BJH-Methode und BET-Methode (DIN 66131) bezüglich des durchschnittlichen Porendurchmessers und der BET-Oberflache charakterisiert. Es ergaben sich folgende Werte: Adsorbent 1 was characterized according to the BJH method and BET method (DIN 66131) with regard to the average pore diameter and the BET surface area. The following values resulted:
- - - -
Tabelle 3: BET-Oberflache und Porendurchmesser Table 3: BET surface area and pore diameter
Nach der CCl4-Methode (vgl. oben) ergaben sich folgende Werte: According to the CCl 4 method (see above), the following values resulted:
Tabelle 4 : Porendurchmesser und Porenvolumen Table 4: Pore diameter and pore volume
Um die Eignung des neuen Adsorbenstyps für eine Bindung von DNA zu testen, wurden Adsorptionsexperimente von Heringssperma DNA (Aldrich) durchgeführt. In order to test the suitability of the new adsorbent type for binding DNA, adsorption experiments of herring sperm DNA (Aldrich) were carried out.
Zur Konzentrationsbestimmung bei den Adsorptionsexperimenten wurde die DNA-Konzentration photometrisch bestimmt. Dabei wurde zur Messung eine Wellenlänge von 260 nm eingestellt. Zur Kalibration des Verfahrens mit dem eingesetzten DNA-Salz wurde eine Messung mit einer Konzentrationsreihe durchgeführt. Die erhaltene Kalibrationsgerade wurde zur photometrischen Bestimmung der DNA-Konzentration bei den Adsorptionsexperimenten eingesetzt. - - To determine the concentration in the adsorption experiments, the DNA concentration was determined photometrically. A wavelength of 260 nm was set for the measurement. In order to calibrate the method with the DNA salt used, a measurement was carried out using a series of concentrations. The calibration line obtained was used for the photometric determination of the DNA concentration in the adsorption experiments. - -
Für die Adsorptionsexperimente wurde eine Heringssperma DNA- Lösung mit einer Konzentration von 1 mg/ml, 2 mg/ml, 5,63 mg/ml und 9,9 mg/1 hergestellt und mittels 1OmM Tris/HCL und ImM EDTA auf pH 8 eingestellt. Anschließend wurden 0,1 g der Adsorbentien jeweils mit 5 ml der DNA-Lösung versetzt und 1 Stunde bei Raumtemperatur geschüttelt. Anschließend wurde 15 Minuten mit 2500 rpm zentrifugiert und der Überstand wurde steril filtriert. Schließlich wurde die DNA-Konzentration im Überstand gemessen und daraus die Bindungskapazität für DNA berechnet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle sowie in der folgenden Graphik zusammengestellt: For the adsorption experiments, a herring sperm DNA solution with a concentration of 1 mg / ml, 2 mg / ml, 5.63 mg / ml and 9.9 mg / 1 was prepared and adjusted to pH 8 using 1OmM Tris / HCL and ImM EDTA . Then 0.1 g of the adsorbents were each mixed with 5 ml of the DNA solution and shaken for 1 hour at room temperature. The mixture was then centrifuged at 2500 rpm for 15 minutes and the supernatant was sterile filtered. Finally, the DNA concentration in the supernatant was measured and from this the binding capacity for DNA was calculated. The results are summarized in the following table and in the following graphic:
Tabelle 5: DNA-Bindungskapazitäten Table 5: DNA binding capacities
BK = Bindungskapazität -^ umgerechnet in mg DNA bezogen auf 1 g der Adsorbentien BK = binding capacity - ^ converted into mg DNA based on 1 g of the adsorbents
Um die gebundene DNA aus den Adsorbentien zurück zu gewinnen, wird mit 1,5 molarer Natriumchloridlösung in 10 mM Tris HCL pH 8,5 1 Stunde eluiert (Elutionsvolumen: 100 ml), 15 min. bei 2500 rpm zentrifugiert, der Überstand steril filtriert und die Absorption gemessen. Tabelle 4: Elution der gebundenen DNA In order to recover the bound DNA from the adsorbents, elution is carried out with 1.5 molar sodium chloride solution in 10 mM Tris HCL pH 8.5 for 1 hour (elution volume: 100 ml), 15 min. Centrifuged at 2500 rpm, the supernatant sterile filtered and the absorption measured. Table 4: Elution of the bound DNA
Dabei wurde gefunden, dass die gebundene DNA nahezu quantitativ aus den Adsorbentien wieder zurückgewonnen werden kann. Dies zeigt den potentiellen Einsatz der neuen Adsorbentien sowohl beim Abtrennen als auch zum Aufreinigen von DNA. It was found that the bound DNA can be recovered almost quantitatively from the adsorbents. This shows the potential use of the new adsorbents both for separating and for purifying DNA.
Um die Bindungskapazität der erfindungsgemäßen Adsorbentien für DNA im Vergleich zum Stand der Technik einordnen zu können, wurden analoge Bindungsversuche mit einem kommerziell erhältlichen Anionenaustauscher (Quiagen®, genomic Tip) durchgeführt. Die Matrix wurde aus der Säule entnommen und auf vergleichbare Korngröße wie das erfindungsgemäße Material vermählen. Die Vergleichsergebnisse sind in der folgende Tabelle aufgelistet. In order to be able to classify the binding capacity of the adsorbents according to the invention for DNA in comparison with the prior art, analogous binding tests were carried out using a commercially available anion exchanger (Quiagen®, genomic tip). The matrix was removed from the column and ground to a grain size comparable to that of the material according to the invention. The comparison results are listed in the following table.
Tabelle 5 : Vergleichsergebnisse zur DNA-Bindungskapazität mit kommerziell erhältlichem Adsorbens Table 5: Comparative results on DNA binding capacity with commercially available adsorbent
Wie der Vergleich der Tabelle 3 und Tabelle 4 zeigt, weist der erfindungsgemäße Adsorbenstyp eine wesentlich höhere Bindekapazität auf als der Vergleichs-Anionentauscher . Somit _ _ werden Bindekapazitäten von Adsorbentien, die nach dem Stand der Technik komerziell erhältlich sind, erreicht bzw. übertroffen. Hinzu kommt, dass die erfindungsgemäßen Adsorbentien eine wesentlich schnellere DNA-Bindung aufweisen, weil die entsprechenden DNA Mengen bereits nach 1 Stunde gebunden sind im Vergleich zur Adsorptionszeit von 16 Stunden bei dem Vergleichsmaterial . As the comparison of Table 3 and Table 4 shows, the adsorbent type according to the invention has a significantly higher binding capacity than the comparison anion exchanger. Consequently _ _ Binding capacities of adsorbents that are commercially available according to the state of the art are reached or exceeded. In addition, the adsorbents according to the invention have a much faster DNA binding because the corresponding amounts of DNA are already bound after 1 hour compared to the adsorption time of 16 hours for the comparison material.
Die Daten legen nahe, dass bei den erfindungsgemäßen Adsorbentien insbesondere für große Biomoleküle die Bindestellen wesentlich besser zugänglich sind als für das Vergleichs- adsorbens . The data suggest that the binding sites of the adsorbents according to the invention are much more accessible, especially for large biomolecules, than for the comparative adsorbent.
2. Herstellung weiterer Sorptionsmittel (erfindungsgemäß) 2. Production of further sorbents (according to the invention)
Zwei weitere Rohtone mit einem Montmorillonitgehalt zwischen 70 bis 80% wurden analog zu dem in Abschnitt 1 beschriebenen Verfahren mit Säure aktiviert. Die Endprodukte wurden auf eine Restfeuchte von 8 bis 10 Gew.-% getrocknet. Die erhaltenen Endprodukte hatten Schüttgewichte zwischen 460 bis 510 g/l. Durch ein Absieben bzw. zusätzliche Vermahlung lassen sich besonders bevorzugte Partikelgrößen einstellen. Es wurden Materialien mit Trockensiebrückständen von mehr als 90% bei 5, 10 und 35 μm verwendet. Two further raw clays with a montmorillonite content between 70 to 80% were activated with acid analogously to the method described in Section 1. The end products were dried to a residual moisture content of 8 to 10% by weight. The end products obtained had bulk densities between 460 to 510 g / l. Particularly preferred particle sizes can be set by sieving or additional grinding. Materials with dry sieve residues of more than 90% at 5, 10 and 35 μm were used.
Charakterisierung der Sorptionsmittel Characterization of the sorbents
Die charakteristischen Daten der vorstehenden Sorptionsmittel (Adsorbens A bzw. B) sind in den folgenden Tabellen angeführt. - - The characteristic data of the above sorbents (adsorbent A or B) are given in the following tables. - -
Tabelle 6: Oberflächenladungsdichte und Zeta-Potential Table 6: Surface charge density and zeta potential
Die Adsorbentien A und B wurden nach der BJH-Methode und BET- Methode (DIN 66131) bezüglich des durchschnittlichen Porendurchmessers und der BET-Oberflache charakterisiert. Es ergaben sich folgende Werte: Adsorbents A and B were characterized according to the BJH method and BET method (DIN 66131) with regard to the average pore diameter and the BET surface area. The following values resulted:
Tabelle 7 : BET-Oberflache und Porendurchmesser Table 7: BET surface area and pore diameter
Nach der CClή-Methode (vgl. oben) ergaben sich folgende Werte: Tabelle 8 : Porendurchmesser und Porenvolumen According to the CClή method (see above), the following values were obtained: Table 8: Pore diameter and pore volume
Die Silcatanalyse ergab folgende Werte: The silcat analysis showed the following values:
Tabelle 9: Silcatanalyse Table 9: Silcat analysis
Für beide Adsorbentien A und B konnte eine vergleichbare DNA- Bindungskapazität wie vorstehend für Adsorbens 1 beschrieben nachgewiesen werden. Eine Untersuchung der DNA-Bindekapazität bei verschiedenen pH-Werten (pH 3 bis pH 8) ergab eine gute DNA-Beladung über den gesamten pH-Bereich, wie in Fig. 1 dargestellt. - - A comparable DNA binding capacity to that described above for adsorbent 1 could be demonstrated for both adsorbents A and B. Examination of the DNA binding capacity at various pH values (pH 3 to pH 8) showed good DNA loading over the entire pH range, as shown in FIG. 1. - -
Untersuchung der DNA-Bindung an eine Schicht des Sorptions- mittels (im dynamischen System) Examination of the DNA binding to a layer of the sorbent (in the dynamic system)
Um die Eignung der Sorptionsmittel zur DNA-Bindung bzw. Abtrennung im erfindungsgemäßen Verfahren zu überprüfen, wurden die Materialien Adsorbens A und Adsorbens B in einer Chromatographiesäule (15x50 mm mit 10 um PTEE-Fritten) gepackt und bei verschiedenen Flussraten mit DNA beladen (DNA Natriumsalz aus Heringssperma , Sigma D6898) . Die Säulen wurden im Einzelnen wie folgt gepackt: 1000 mg des Adsorbens (A oder B) wurden in einem 15 ml-Falconröhrchen mit 5 ml 50 mM Citrat-Puffer (pH 4,0) auf- geschlämmt und in die mit einem Stempel nach unten abgeschlossene Säule pipettiert. Das zweite Säulenendstück wird aufgesetzt, die Säule wird mit einer FPLC-Anlage so verbunden, dass sie von der mobilen Phase von unten nach oben durchströmt wird. Die FPLC-Pumpe wird auf die Flussrate eingestellt, für die die Kapazität des Adsorbers ermittelt werden soll. Der bewegliche Stempel der Säule wird während der Equilibrierung mit 50 ml 50 mM Citrat-Puffer (pH 4,0) langsam handfest angezogen und anschließend um eine Viertel-Gewindedrehung entlastet. In order to check the suitability of the sorbents for DNA binding or separation in the process according to the invention, the materials adsorbent A and adsorbent B were packed in a chromatography column (15 × 50 mm with 10 μm PTEE frits) and loaded with DNA at different flow rates (DNA sodium salt from herring sperm, Sigma D6898). The columns were packed in detail as follows: 1000 mg of the adsorbent (A or B) were slurried in a 15 ml falcon tube with 5 ml of 50 mM citrate buffer (pH 4.0) and into that with a stamp down completed column pipetted. The second column end piece is put on, the column is connected to an FPLC system so that the mobile phase flows through it from bottom to top. The FPLC pump is set to the flow rate for which the capacity of the adsorber is to be determined. The movable plunger of the column is slowly hand-tightened during equilibration with 50 ml 50 mM citrate buffer (pH 4.0) and then relieved by a quarter turn of the thread.
Zur Beladung der Säule mit DNA wurden jeweils 25 ml einer DNA- Lösung mit einer DNA-Konzentration von 1 mg/ml in 50 mM Citrat- puffer (pH 4) mittels einer FPLC-Pumpe durch die mit 1000 mg Adsorbens A bzw. B gepackten Säulen gepumpt. To load the column with DNA, 25 ml of a DNA solution with a DNA concentration of 1 mg / ml in 50 mM citrate buffer (pH 4) were packed with 1000 mg of adsorbent A or B using an FPLC pump Pumped columns.
Es wurden Kapazitäten für die Flussraten 0,5, 1, 3, 5 und Capacities for the flow rates 0.5, 1, 3, 5 and
10 ml/min ermittelt. Der DNA-Gehalt des Durchlaufs wurde fluo- reszenzphotometrisch gemäß dem im Methodenteil beschriebenen Verfahren durch Markierung mit dem Fluoreszenz-Farbstoff Hoechst 33342 (Fa. Sigma, Steinheim) bestimmt. Die Differenz der DNA- Mengen im Durchlauf und der aufgetragenen Lösung wird als an den Adsorber gebunden angenommen. Dividiert man diese Differenz durch die eingesetzte Masse des Adsorbers, so erhält man dessen Beladung bei der zugehörigen Flussrate. Die Messwerte für Adsor- bens A und B sind als Mittelwerte einer Doppelbestimmung in Fig.2 dargestellt. Die Flussrate wurde mit der Fläche des Säulenquerschnitts in die Flussgeschwindigkeit mit der Einheit cm/h umgerechnet . Die unter den angegebenen Versuchsbedingungen ermittelten Kapazitäten lagen beide Adsorbentien bei über 12 μg/mg1 für eine Flussgeschwindigkeit von 16,8 cm/h. 10 ml / min determined. The DNA content of the run was determined by fluorescence photometry in accordance with the method described in the method section by labeling with the fluorescent dye Hoechst 33342 (Sigma, Steinheim). The difference between the amounts of DNA in the run and the solution applied is assumed to be bound to the adsorber. If you divide this difference by the mass of the adsorber used, you get its load at the associated flow rate. The measured values for adsor bens A and B are shown as mean values of a double determination in FIG. The flow rate was converted with the area of the column cross section into the flow speed with the unit cm / h. The capacities determined under the specified test conditions were both adsorbents above 12 μg / mg 1 for a flow rate of 16.8 cm / h.
Nach den Herstellerangaben weist der schwach basische Anionen- austauscher (Genomic Tip) der Firma Qiagen eine dynamische Kapazität von 0,2 μg-mg-1 für genomische DNA auf. According to the manufacturer's instructions, the weakly basic anion exchanger (Genomic Tip) from Qiagen has a dynamic capacity of 0.2 μg-mg-1 for genomic DNA.
Elution der gebundenen DNA Elution of the bound DNA
Zur Elution von an die Adsorbentien gebundener DNA wurde der nachstehende Puffer verwendet. Alle Chromatographieschritte wurden bei einer Flussrate von 1 ml/min durchgeführt.  The following buffer was used to elute DNA bound to the adsorbents. All chromatography steps were carried out at a flow rate of 1 ml / min.
Elutionspuffer: 50 mM Tris in ddH2O, pH 8,0 Elution buffer: 50 mM Tris in ddH 2 O, pH 8.0
1000 mg Adsorbens A wurden im Durchflussbetrieb (siehe oben) mit 25 ml einer DNA-Lösung mit einer Konzentration von 1 mg/ml in 50 mM Citrat-Puffer pH 4 beladen. Die Säule wurde mit 20 ml 50 mM Citratpuffer (pH 4 gespült) . Die Elution der DNA wurde mit 30 ml Elutionspuffer durchgeführt. Der DNA-Gehalt des Durchlaufs, der Wasch- und der Elutionsfraktion wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 10 als Mittelwerte einer Doppelbestimmung angegeben. 1000 mg of adsorbent A were charged in flow mode (see above) with 25 ml of a DNA solution with a concentration of 1 mg / ml in 50 mM citrate buffer pH 4. The column was rinsed with 20 ml of 50 mM citrate buffer (pH 4). The DNA was eluted with 30 ml of elution buffer. The DNA content of the run, the wash and the elution fractions were determined. The results are shown in Table 10 below as the mean of a duplicate determination.
Tabelle 10 Table 10
Somit ergibt sich eine Wiederfindungsrate im Eluat, ausgedrückt als % der DNA-Beladung, von mehr als 85%. This results in a recovery rate in the eluate, expressed as% of the DNA loading, of more than 85%.

Claims

- - PATENTANSPRÜCHE - - PATENT CLAIMS
1. Verfahren zur Sorption von mindestens einem Nukleinsäure- molekül aus einem flüssigen Medium, umfassend die folgenden Schritte: 1. A method for the sorption of at least one nucleic acid molecule from a liquid medium, comprising the following steps:
a. Bereitstellen eines flüssigen Mediums, enthaltend mindestens ein Nukleinsäuremolekül;  a. Providing a liquid medium containing at least one nucleic acid molecule;
b. Bereitstellen einer Schicht enthaltend mindestens ein säureaktiviertes Schichtsilicat, wobei die Schicht für das flüssige Medium durchlässig ist und die  b. Providing a layer containing at least one acid-activated layered silicate, the layer being permeable to the liquid medium and the
Schichtdicke bei mindestens 1 mm liegt;  Layer thickness is at least 1 mm;
c. Durchleiten des flüssigen Mediums mit dem mindestens einen Nukleinsäuremolekül gemäß Schritt a. durch die Schicht gemäß Schritt b., um das mindestens eine Nukleinsäuremolekül in der Schicht zu sorbieren.  c. Passing the liquid medium with the at least one nucleic acid molecule according to step a. through the layer according to step b. in order to sorb the at least one nucleic acid molecule in the layer.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das säureaktivierte Schichtsilicat einen Eisengehalt, berechnet als Fe2Cb bezogen auf die Gesamtmenge an eingesetztem säureaktiviertem Schichtsilicat, von weniger als 6 Gew.-%, bevorzugt weniger als 4 Gew.-%, weiter bevorzugt weniger als 3 Gew-%, insbesondere weniger als 2,5 Gew.-% aufweist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the acid-activated layered silicate has an iron content, calculated as Fe 2 Cb based on the total amount of acid-activated layered silicate used, of less than 6% by weight, preferably less than 4% by weight preferably has less than 3% by weight, in particular less than 2.5% by weight.
3. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Schicht gemäß Anspruch 1, Schritt b. bei mehr als 0,3 cm, bevorzugt bei mehr als 0,5 cm, insbesondere zwischen 0,1 und 100 cm liegt. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the layer thickness of the layer according to claim 1, step b. is more than 0.3 cm, preferably more than 0.5 cm, in particular between 0.1 and 100 cm.
4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das säureaktivierte Schichtsilicat eine Quellfähigkeit von nicht mehr als 15 ml/2g, insbesondere nicht - - mehr als 10 ml/2g aufweist, weiter bevorzugt von 1 bis 15 ml/2g, insbesondere von 2 bis 10 ml/2g. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the acid-activated layered silicate has a swellability of not more than 15 ml / 2g, in particular not - - Has more than 10 ml / 2g, more preferably from 1 to 15 ml / 2g, in particular from 2 to 10 ml / 2g.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das säureaktivierte Schichtsilicat in Teilchenform mit einem Trockensiebrückstand von weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, weiter bevorzugt weniger als 1% bei 5 um, insbesondere bei 10 um, weiter bevorzugt bei 35 um, eingesetzt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the acid-activated layered silicate in particulate form with a dry sieve residue of less than 10%, in particular less than 5%, more preferably less than 1% at 5 .mu.m, in particular at 10 .mu.m, more preferably at 35 µm.
6. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem flüssigen Medium um ein wässriges oder alkoholisches Medium handelt. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the liquid medium is an aqueous or alcoholic medium.
7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsilicat ausgewählt ist aus der Gruppe der natürlichen oder synthetischen Schichtsilicate. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the layered silicate is selected from the group of natural or synthetic layered silicates.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsilicat nicht mit einem kationischen Polymer oder Polykation behandelt ist. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the layered silicate is not treated with a cationic polymer or polycation.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kationenaustauschkapazität des säureaktivierten Schichtsilicats bei weniger als 70 meq/100 g, insbesondere bei weniger als 50 meq/100 g, weiter bevorzugt bei weniger als 40 meq/100 g liegt. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the cation exchange capacity of the acid-activated layered silicate is less than 70 meq / 100 g, in particular less than 50 meq / 100 g, more preferably less than 40 meq / 100 g.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das säureaktivierte Schichtsilicat eine BET-Oberfläche von mindestens 50 m2/g, insbesondere mindestens 100 m2/g, besonders bevorzugt von mindestens 130 m2/g, aufweist. - - 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the acid-activated layered silicate has a BET surface area of at least 50 m 2 / g, in particular at least 100 m 2 / g, particularly preferably at least 130 m 2 / g. - -
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das säureaktivierte Schichtsilicat, vorzugsweise in Granulatform, eine Korngröße (D50) von 100 bis 500 um, insbesondere von 200 bis 2.000 um, aufweist. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the acid-activated layered silicate, preferably in granular form, has a grain size (D50) of 100 to 500 µm, in particular from 200 to 2,000 µm.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das säureaktivierte Schichtsilicat eine Porosimetrie wie folgt aufweist: Poren bis 80 nm Durchmesser zwischen etwa 0,15 und 0,80 rhl/g, insbesondere zwischen etwa 0,2 und 0,7 ml/g; Poren bis zu 25 nm Durchmesser zwischen etwa 0,15 und 0,45 ml/g, insbesondere 0,18 bis 0,40 ml/g; Poren bis zu12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the acid-activated layered silicate has a porosimetry as follows: pores up to 80 nm in diameter between about 0.15 and 0.80 rhl / g, in particular between about 0.2 and 0.7 ml / g; Pores up to 25 nm in diameter between about 0.15 and 0.45 ml / g, in particular 0.18 to 0.40 ml / g; Pores up to
14 nm zwischen etwa 0,10 und 0,40 ml/g, insbesondere etwa 0,12 bis 0,37 ml/g, jeweils bestimmt nach der CCl4-Methode. 14 nm between about 0.10 and 0.40 ml / g, in particular about 0.12 to 0.37 ml / g, each determined according to the CCl 4 method.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Porendurchmesser nach der BJH-Methode des säureaktivierten Schichtsilicats zwischen 2 und 25 nm, insbesondere zwischen 4 und 20 nm, liegt. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the average pore diameter according to the BJH method of the acid-activated layered silicate is between 2 and 25 nm, in particular between 4 and 20 nm.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Nukleinsäuremolekül ausgewählt ist aus Mono-, Oligo- und Polynukleotiden oder deren Mischungen. 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one nucleic acid molecule is selected from mono-, oligo- and polynucleotides or mixtures thereof.
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Nukleinsäuremolekül ausgewählt ist aus Ribonukleinsäuren (RNA) und Desoxyribonukleinsäuren (DNA) oder deren Mischungen. 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one nucleic acid molecule is selected from ribonucleic acids (RNA) and deoxyribonucleic acids (DNA) or mixtures thereof.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Nukleinsäuremolekül mindestens 10 Nukleotidbausteine, vorzugsweise mindestens 100 Nukleotidbausteine und besonders bevorzugt mindestens 1000 - - 16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one nucleic acid molecule at least 10 nucleotide building blocks, preferably at least 100 nucleotide building blocks and particularly preferably at least 1000 - -
Nukleotidbausteine aufweist. Has nucleotide building blocks.
17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem vorzugsweise wässrigen oder alkoholischen Medium mit dem mindestens einen Nukleinsäuremole- kül um eine kolloidale Lösung, Suspension, Dispersion, Lösung oder Emulsion handelt. 17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the preferably aqueous or alcoholic medium with the at least one nucleic acid molecule is a colloidal solution, suspension, dispersion, solution or emulsion.
18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht mit dem sorbierten Nuleinsäure- molekül nach Schritt c. von Anspruch 1 mit einem wässrigen oder alkoholischen Puffer gewaschen wird, um Verunreinigungen zu entfernen. 18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the layer with the sorbed nucleic acid molecule after step c. of claim 1 is washed with an aqueous or alcoholic buffer to remove contaminants.
19. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt c. von Anspruch 1 eine Abtrennung bzw. Desorption des mindestens einen Nukleinsäuremole- küls aus der Schicht erfolgt, wodurch das Nukleinsäuremolekül gewonnen wird und die Schicht gegebenenfalls erneut zur Sorption mindestens eines Nukleinsäuremoleküls eingesetzt werden kann. 19. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that after step c. from at least one separation or desorption of the at least one nucleic acid molecule from the layer, whereby the nucleic acid molecule is obtained and the layer can optionally be used again for sorption of at least one nucleic acid molecule.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt c. von Anspruch 1 in einem weiteren Schritt die Schicht zusammen mit dem Nukleinsäuremolekül entsorgt wird. 20. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that after step c. of claim 1 in a further step the layer is disposed of together with the nucleic acid molecule.
21. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht im wesentlichen oder vollständig aus mindestens einem säureaktivierten Schichtsilicat besteht. 21. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the layer consists essentially or completely of at least one acid-activated layered silicate.
22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Desorption bzw. Abtrennung des mindestens einen Nukleinsäuremoleküls in einer alkalischen (pH 8 oder mehr) Pufferlösung, insbesondere einer Hochsalz-Pufferlösung, vorzugsweise mit mehr als 1 M NaCl, erfolgt. 22. The method according to claim 19, characterized in that the desorption or separation of the at least one nucleic acid molecule in an alkaline (pH 8 or more) buffer solution, in particular a high salt buffer solution, preferably with more than 1 M NaCl.
23. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine säureaktivierte 23. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one acid-activated
Schichtsilicat in der Schicht mit einem Bindemittel zu Teilchenaggregaten oder Formkörpern verbunden oder auf einen Träger aufgebracht ist. Layered silicate is combined in the layer with a binder to form particle aggregates or moldings or is applied to a carrier.
24. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bindemittel um Alginat, Agar-Agar, Chitosane, Pektine, Gelatine, Lupinenproteinisolate oder Gluten handelt. 24. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the binder is alginate, agar-agar, chitosans, pectins, gelatin, lupine protein isolates or gluten.
25. Schichtförmige Zusammensetzung, enthaltend mindestens ein säureaktiviertes Schichtsilicat und mindestens ein Nukleinsäu- remolekül, wobei die die Schichtdicke bei mindestens 1 mm liegt. 25. Layered composition containing at least one acid-activated layered silicate and at least one nucleic acid molecule, the layer thickness being at least 1 mm.
26. Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24 oder einer schichtförmigen Zusammensetzung gemäß Anspruch 25 zur Abtrennung, Gewinnung oder Aufreinigung eines Nuleinsäuremoleküls . 26. Use of a method according to any one of claims 1 to 24 or a layered composition according to claim 25 for the separation, recovery or purification of a nucleic acid molecule.
27. Verwendung gemäß Anspruch 26 zur Abtrennung eines Nuklein- säuremoleküls von Proteinbestandteilen in einem flüssigen Medium. 27. Use according to claim 26 for separating a nucleic acid molecule from protein components in a liquid medium.
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