Способ электрофореза в свободной среде

 

СПОСОБ ЭЛЕКТРОФОРЕЗА В СВОБОДНОЙ СРЕДЕ, включающий напожейне на горизонтальный коаксиальный слой буфера радиального магнитного и аксиального электрического полей введение в него образца с последующим его разделением в указанных постоянных магнитном и электрическом полях и отбор разделенных фракций, -отличающийся тем, что, сГ це« - , лью повыгаения эффективности разделения , введение образца и отбор разделенных фракций проводят периодически в переменных и синфазйых магнитном и электрическом полях в отсутствии аксиального смещения буферного раст (Л вора.. А . К .§ у f -11 / и сд bo Ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (51) ф G 01 N 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3263858/18-25 (22) 16.03.81 (46) 30.05.88..Бюл. В 20 (71) Всесоюзный научно-исследователь» ский институт прикладной микробиологии. (72) А.В,Гаврюшкин, И,С.Габуев . и В.Н.Брезгуиов (53) 543.545 (088.8) (56) Иирошииков А.И. и. др. Разделение клеточных суспензий. И., ".Наука", 1977, с. 43-44.

Патент США Р 3520793, ИКИ 204/299, 1970. (54)(57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОФОРЕЗА В СВО- .

БОДНОЙ СРЕДЕ, вкпючающий наложение на горизонтапьный коаксиальный слой буфера радиального магнитного и аксиального электрического полей, введение в него образца с последующим. его разделением в указанных постоянных магнитном и электрическом полях и отбор разделенных фракций, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности разделения, введение образца и отбор разде- . ленных фракций проводят периодически в переменных и синфазных магнитном и электрическом полях в отсутствии ак- Ф сиального смещения буферного раствора.

1015739

Изобретение относится к технике разделения частиц, отличающихся по электрофоретической подвижности, и может быть использовано для анализа

5 и препаративного разделения биологических смесей.

Известен способ электрофореза в свободной среде, включающий приложение к торцам плоскопараллельного сво- 10 бодно стекающего слоя буфера постоянного напряжения, введение в слой образца и отбор разделившихся фракции е

Недостатком способа является его невысокая разрешающая способность, обусловленная относительно небольшой длиной слоя буфера, где происходит разделение.

Наиболее близким техническим реше-20 нием является способ электрофореза в свободной среде путем наложения на горизонтальный коаксиальный слой буфера постоянных радиального магнитного и аксиального электрического по- 25 лей с непрерывным введением в него образца при одновременном аксиальном смещении слоя буфера. Чаряженные частицы смеси при этом двигаются в слое по спиральным траекториям с наклоном, определяемым их электрофоретическими подвижностями и периодом вращения. Поток буфера в аксиальном направлении от катода к аноду меняет шаг спиральной траектории частиц.

При вращении слоя происходит периодическая инверсия конвекционных потоков и седиментации частиц. Разделившиеся фракции одновременно отбирают из слоя с потоком буферной жид40 кости.

Вращение буферной жидкости в камере разделения многократно удлиняет путь, проходимый частицами, на котором они разделяются. Это улучшает разрешение фракций в сравнении с описанным способом.

Однако достигнутое разрешение фракций не может быть полностью использовано при их отборе в коллектор из-за их значительного серповидного искажения, вызванного электроосмосом.

Компенсировать электроосмос встречным движением потока буфера в описанном способе ввода проб нельзя.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности разделения.

Цель достигается тем, что в известном способе электрофореза в свободной среде, включающем наложение на горизонтальный коаксиальный слой буфера радиального магнитного и аксиального электрического полей, введение в него образца с последующим

его разделением в указанных постоянных магнитном и электрическом полях и отбор разделенных фракций, согласно изобретению введение образца и отбор разделенных фракций проводят периодически в переменных и синфазных магнитном и электрическом полях в отсутствии аксиального смещения буферного раствора.

Существо изобретения состоит в том, что при использовании переменных и синфазных (совпадающих по частоте и по фазе) электрического и магнитного полей удается сформировать разделяемую смесь во вращающемся слое буфера в виде вращающегося кольца, а не спирали, как в способе-прототипе.

При этом при периодических вводе и отборе образца можно создать встречное электроосмосу смещение буфера и тем самым скомпенсировать серповидное искажение фракций.

Для осуществления способа используют коаксиальную камеру разделения и обычные для электрофореза параметрБ1 разделения: буфер с удельной электропроводностью К = 2 х

10 Ом см,толщина слоя h=0 15 см, плотность тока в слое j =бх10 А/см магнитная индукция В = 340 Гс..

Ф

Скорость вращения жидкости в центре слоя определяется выражением

U = h /.80)jj > >В), (1) где U — вектор скорости вращения жидкости

j — вектор плотности электрического поля;

 — вектор магнитной индукции;

h — - толщина слоя; — вязкость бункера.

Величина скорости вращения жидкости для данных параметров составляет U = 0,53 см/с,.что позволяет эффективно проводить разделение в камере с рассеиваемой мощностью до

1,5 Вт/см

Очевидно, что вектор скорости О не меняет своего направления при одновременном изменении направления векторов j u B.

3 . )0)

Направления векторов j и В выбирают таким образом, чтобы вектор изменился в плоскости слоя буфера вдоль электрического поля (например, по закону j = j,Cos w-t), а .вектор

В изменялся ортогонально слою по закону: В = В,Cos w-t, где 1 и В, амплитудные значения векторов плотности тока и магнитной индукции, w— частота.

При наложении переменного электрического поля на слой бункера частицы, вводимые в слой, колеблются в поле с частотой w. Отклонение частиц от среднего положения тем меньще, чем больше частота. Так, например, если электрофоретическая подвижность частиц U < = 2 мкмжд см/В с, напряженность электрического поля Е=100 В/см, частота электрического поля ъг=)0 Гц, то смещение частиц составит — 2»

-э

<10 см, что не приводит к заметному уширению инжектируемой струи.

При одновременном наложении ортогонального переменного магнитного поля той же частоты частицы описывают в коаксиальном слое кольцевую траекторию, образуя узкую зону смеси часТица

Когда формирование кольцевой зоны закончено, разделение осуществляют в постоянных электрическом и магнитном полях, при наложении аксиального смещающего потока жидкости, направленного навстречу ее электроосмотическому смещению. Величину скорости смещающего потока буфера (Че, см/с) при этом выбирают из соотношения

Ч = )) Е, 3 (2) где U — — — электроосмотичес-4в кая подвижность жидкости у стенок слоя, см /В с;

Š— напряженность электрического поля в слое, В/см;

1„, — дзета-потенциал стенок, ограничивающих слой буфера, В; — вязкость буфера, П.

5739

4 ти электрофоретической подвижности частиц и электроосмотической подвижности жидкости у стенок слоя U f -U в

Так, если U -П > О, то фракции

5 аноду есл то к катоду (при условии, что частицы имеют отрицательный заряд), если

U«-Uù = О, то фракции не перемещают10

После того, как разделяемые зоны разошлись одна относительно другой на расстояние, позволякицее отобрать их в отдельные пробирки (порядка 23 мм), для того, чтобы не прерывать кольцевое вращение жидкости на слой вторично воздействуют переменным электрическим и магнитным полем одинаковой частоты. Одновременно с этим останавливают аксиальное смещение буфера и элюируют все зоны одновременно через диаметрально противоположные стороны коаксиального слоя. Затем весь цикл повторяют.

Следует отметить,.что боковое смещение не используют, если стенки камеры покрыты материалом с нулевым дзета-потенциалом.

На фиг.l изображен продольный раз30 рез коаксиального слоя буфера; на фиг.2 — поперечный разрез слоя.

Коаксиальный слой буфера 1 (фиг.l) ограничен соосными цилиндрическими стенками 2; при этом и  — вектор плотности электричес35 кого поля и вектор магнитной индукции;

U — вектор скорости вращения буфера;

40 -- е

V — распределение скорости жидкости аксиального потока;

V — скорость электроосмотического потока в замкнутом слое буфера;

V« — элек трофоретическая скорость движения частиц;

V — распределение результирующей скорости движения частиц в слое под действием электрического поля;

Vð — распределение скорости вращающейся жидкости в коаксиальном зазоре.

Под действием постоянного электрического и ортогонального к нему магнитного полей смесь частиц разделяетея на ряд кольцевых вращающихся зон, двигающихся к аноду или катоду в зависимости от величины и знака разносКак видно на фиг.l, результирую- "

55 щий профиль скорости движения частиц в слое V и не зависит от координаты у при условии, что скорость смещающего потока выбрана по уравнению (2). Как видно из фиг. 1 н 2, Чц

1015739

„4 еД

4 а .2

Составитель И. Клешнина

Редактор Н.Сипьнягина Техред М.Дидык

Корректор И.Патай

Заказ 3387

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 (U -Uù)Å не зависит также и от е1 распределения скорости жидкости в плоскости у-z так как разделение проводят в остановленном- протоке, поэтому время нахождения частиц в поле не зависит от того, на каком расстоянии от стенок слоя находится частицы (в отличии от прототипа, где время нахождения частиц в поле зависит от их положения в слое, что приводит к серповидным искажениям фракций). Данный способ позволяет использовать . весь зазор слоя, что позволяет наряду с повышением разрешающей способности повысить производительность устройств.