Способ электрофоретического разделениячастиц

 

CoIo3 Советских

Социалистических

Республик п11836573

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву— < К„з (22) Заявлено 0204.79 (21) 2745996/18-25 с присоединением заявки ¹â€”

G 01 N 27/26

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 07.06,81. Бюллетень КЯ 21 (53) УДК 543 ° 545 (088.8) Дата опубликования описания 100681,,1|, В. N. Фомченков,I

jI

I .А

F 1. I

Всесоюзный научно-исследовательский институтщ>иклЩнЬЫ микробиологии (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЭЛЕКЙРОФОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ

ЧАСТИЦ

Изобретение относится к технике препаративного разделения частиц, отличающихся по электрофоретической подвижности, и может быть использовано для разделения биологических смесей.

Известен способ электрофоретического разделения частиц, по.которому разделяемая смесь тонкой струйкой вводится в плоский вертикальный поток несущей жидкости, поперек которого в плоскости потока приложено постоянное электрическое поле. Под действием поля исходная смесь разделяется на ряд фракций, которые отбираются из 15 потока коллектором P).

Однако в ламинарно текущей через камеру разделения жидкости возникает параболлический профиль скоростей, а под действием электрического поля в 20 жидкости возникает электроосмотический поток, направленный: параллельно полю и также имеющий параболлический профиль. B результате поперечное сечение струи приобретает "серповидную" 5 форму, что снижает эффективность разделения., Известен способ устранения серповидного искажения .путем наложения поперек вертикального потока жидкости 30 направленного перпендикулярно к нему горизонтального потока. При этом достигается увеличение производительности разделения за счет увеличения сечения .струи по толщине камеры (2).

Однако данный способ обеспечивает максимальное разрешение, не превышающее 0,1 мкм с " в " см, что также недостаточно, особенно в случае биологических частиц, имеющих, как правило, близкие электрофОретические подвижности.

Целью изобретения является увеличение разрешающей способности электрофоретического разделения частиц.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе электрофоретического .разделения частиц путем. ,наложения постоянного электрического поля поперек вертикального потока несущей жидкости, в который тонкой струей вводят разделяемую смесь и поперек которого создают горизонтальный поток жидкости, электрическое поле прикладывают поперек потока в двух взаимно перпендикулярных направленях1 а горизонтальный поток создают .в направлении, совпадающем с направлением электроосмотического потока у стенок камеры.

836573

Способ поясняется чертежом, где изображены — вертикально текущий слой несущей жидкости 1, стенки 2 и 3, между которыми протекает жидкость, струя исходной смеси частиц 4, разделенные фракции 5, 6 и 7, на которые исходная смесь разделяется при отсутствии ортогонального плоскости потока электрического поля, фракции 8 и 9, образующиеся в отсутствии ортогонального плоскости электрического поля, и профиль скоростей вертикального потока 10 жидкости, профиль скоростей горизонтального потока 11 жидкости, электроосмотический профиль скоростей 12, профиль скоростей горизонтального потока жидкости

13, устанавливающийся после сложения профилей 11 и 12. Стрелками E показано направление электрического поля, дейстьующего вдоль плоскости потока, а стрелками E g — перпендикуляр- 20 но плоскости потока. Стрелками V показано направление горизонтального погока жидкости.

Процесс разделения осуществляют следующим образом. 25

Разделяемая смесь в виде тонкой струи 4 вводится в вертикальный слой

1 недущей жидкости, заключенный между стенками 2 и 3, выполненными из электропроводного материала (например, ионообменных мембран, нанесенных на жесткий диэлектрический каркас). В результате в жидкости устанавливается параболический профиль скоростей 10. При приложении поперек потока электрического поля Е), действующего вдоль плоскости текущего слоя жидкости, частицы, имеющие противоположный заряд, сместятся в разные стороны и образуют вместе с электронейтральными частицами ряд 40 фракций 6, 8, 9. Частицы, имеющие заряд одного знака, но разной величины, будут смещаться с разными скоростями и образуют фракции, занимающие промежуточное положение между 45 фракциями 8 и 9. При этом под действием поля Е в жидкости возникает горизонтальный электроосмотический поток, имеющий профиль скоростей 12.

С помощью внешнего привода создают горизонтальный поток жидкости Н, имеющий параболический профиль 11.

В результате в слое несущей жидкости устанавливается результирующий горизонтальный однонаправленный поток, имеющий примерно равные величины скоростей по толщине камеры — профиль

13. При наложении перпендикулярно плоскости слоя 1 несущей жидкости электрического поля Е частицы, имеющие разноименные электрические заря- Я) ды, будут. смещаться под его действием в разные стороны: положительные к стенке 2, а отрицательные — к стенке 3. Перемещаясь таким образом, эти частицы будут попадать в более,мед- 65 ленные слои жидкости (в соответствии с профилем 10) и, достигнув стенок, будут скользить по ним со скоростью во много раз меньшей,чем скорость электронейтральных частиц, находящихся в центральном слое жидкости. При этом время нахождения частиц в электрическом поле Е будет в несколько раз больше, чем в случае, когда частицы смещались только под действием поля Е, находясь в центральчом слое жидкости. Следовательно, в этом случае смещение частиц под действием поля Е будет в несколько раз больше и разделившиеся фракции 5 и 7 займут новое положение, отстоящее друг от друга в несколько раз дальше, чем в случае, когда действовало только поле Е . Частицы, имеющие одноименный заряд, но отличающиеся друг от друга по его величине, будут смещаться -под действием поля Е по толщине слоя 1 жидкости с разной скоростью и достигнут стенок в разное время. В результате время их нахождения в поле Е 1 будет разное, что приведет к их разделению на фракции, занимающие промежуточное положение между фракциями 5, 6 и 7. Электронейтральные частицы будут давать фракцию 6, находя-. щуюся в центральном слое жидкости.

Увеличение разрешающей способности электрофоретического разделения достигается в предложенном способе за счет того, что с помощью наложенного перпендикулярно плоскости слоя несущей жидкости электрического поля Е> разделяемые частицы, имеющие электрический заряд, смещаются в более медленные слои жидкости. В результате поперечное смещение частиц в плоскости слоя несущей жидкости под действием поля Е„ увеличивается за счет того, что частицы, имеющие разные заряды, не только с разной скоростью перемещаются в поле Е, но и находятся в нем разное время изза смещения под действием поля Е в слои несущей жидкости, имеющие меньшую вертикальную скорость. Чем больше заряд частицы, тем больше ее скорость перемещения поперек потока под действием поля Е1 и тем дольше она находится в поле Е, так как раньше достигает более медленных слоев жидкости под действием поля Е .

Наложение горизонтального пото:<а 11 на электроосмотический поток

l2 в направлении, совпадающем с направлением электроосмотического потока у стенок камеры, обеспечивает устранение электроосмотического противотока в центральном слое жидкости и делает результирующий горизонтальный поток 13 однонаправленным и имеющим примерно равную величину скорости по толщине камеры. В результате устраняется искажающее действие электроосмотического потока 12, ко836573 торый ухудшал бы разделение из-за того, что он имеет разное направление в центральном и пристеночных слоях несущей жидкости и, следовательно, смещал бы электронейтральную фракцию 6 и фракцию 7 по направлению друг к другу, то есть сближал бы их.

Пример . Способ реализуется в устройстве с плоской вертикальной камерой разделения толщиной 1, шириной 60 и длиной 400 мм. Передняя и задняя стенки камеры разделения образованы жесткими полупроницаемыми мембранами. Чтобы избежать электрического шунтирования рабочего канала амеры вспомогательными электродными отделениями, циркулирующий в них буферный раствор имеет электропроводность в несколько раз меньшую, чем буферный раствор, протекающий через рабочий канал камеры. Отбор фракций. осуществляется любым известным спо- Л) собом.

Разделяется смесь альбумина и ли- зоцима. Электрофоретическая подвиж(-М ность альбумина 0 = 0,13 мкм с в см, лизоцима U> = 0,64 мкм с в- см. Bpe- gg мя разделейия t = 40 с. Напряженность основного электрического поля Е

50 в/см.

В обычном режиме (без дополнительного поля) расстояние между фракция30 ми на выходе из камеры равно

Eîñí где aU = t U - U„

С учетом конечной ширины струи . (0,2 мм) очевидно, что раздельный сбор этих фракций практически невоз- можен, так как расстояние между краями фракций менее 0,8 мм (с учетом уширения за счет диффузии), а расстояние между трубками коллектора, 40 как правило, 1,1 мм.

Приложение дополнительного электрического поля напряженностью Е д= — 1 в/см в рабочем канале камеры приводит к замедлению прохождения камеры фракцией лизоцима примерно в три раза по сравнению с фракцией альбумина.

Следовательно, расстояние между фракциями на выходе из камеры в этом случае составит около 3 мм, а значит разрешение устройства возрастет примерно втрое и фракции целиком будут отобраны в отдельные пробирки коллектора.

В случае увеличения толщины канала камеры в сравнении с его шириной отбор разделившихся фракций осуществляют с помощью нескольких рядов коллекторных отверстий или с помощью ряда щелевых отверстий.

Формула изобретения

Способ электрофоретического разделения частиц путем наложения постоянного электрического поля поперек вертикального потока несущей жидкости, в который тонкой струей вводят разделяемую смесь и поперек которого создают горизонтальный поток жидкости, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности, электрическое поле прокладывают поперек потока в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а горизонтальный поток создают в направлении,. совпадающем с направлением электроосмотического потока у стено камеры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Разделение клеточных суспензий.

M., "Наука", 1977, с. 48-49.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 92670791, кл.G 01 N 27/26, 24.08.78, 1979.

836573

Составитель И. Клешнииа

Редактор О. Филиппова ТехредМ.Рейвес КорректорН. Бабинец

Заказ 3107/34

Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

/Р