Способ электрофореза в свободной среде Советский патент 1988 года по МПК G01N27/26 

Изобретение относится к технике разделения частиц, отличающихся по электрофоретической подвижности, и может быть использовано для анализа и препаративного разделения биологических смесей. Известен способ электрофореза в свободной среде, включающий приложение к торцам плоскопараллельного CBO брдно стекающего слоя буфера постоянного напряжения, введение в сло образца и отбор разделившихся фракций. Недостатком способа является его невысокая разрешающая способность, обусловленная относительно небольшой длиной слоя буфера, где происходит разделение. Наиболее близким техническим реше нием является способ электрофореза в свободной среде путем наложения на горизонтальный коаксиальный слой буфера постоянных радиального магнитно го и аксиального электрического полей с непрерывным введением в него образца при одновременном аксиальном смещении слоя буфера. Заряженные частшды смеси при этом двигаются в слое по спиральным траекториям с наклрном, 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 периоди ческая инверсия конвекционных потоков и седиментации частиц. Разделившиеся фракции одновременно отбирают из слоя с потоком буферной жидкости. Вращение буферной жидкости в каме ре разделения многократно удлиняет путь, проходимый частицами, на котором они разделяются. Это улучшает разрешение фракций в сравнении с опи санным 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 встречны движением потока буфера в описанном способе ввода проб нельзя. Целью настоящего изобретения является повьш1ение эффективности разделения. Цель достигается тем, что в известном способе электрофореза в свободной среде, включающем наложение на горизонтальный коаксиальньй слой буфера радт ального 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 вра11а}ощегося 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 параметрй разделения: буфер с удельной электропроводностью X 2 х 10 Ом ,толщина слоя ,15 см, плотность тока в слое , магнитная индукция В 340 Гс.. I . Скорость вршпения жидкости в центре слоя определяется выражением и; hV. в ,(I) - где U(, - вектор скорости вращения , жидкости; j - вектор плотности электрического поля; В - вектор магнитной индукции; h - толщина слоя; 2 - вязкость буфера. Величина скорости вращения жидкости для данных параметров составляет Uj 0,53 см/с, что позволяет эффективно проводить разделение в камере с рассеиваемой мощностью до 1,5 Вт/см. Очевидно, что вектор скорости и,, не меняет своего направления при одновременном изменении направления векторов j и В.

310

- Направления векторов j и В выбирают таким образом, чтобы вектор j изменился в плоскости слоя буфера вдоль электрического поля (например, по закону j ), а вектор В изме1 ялся ортогонально слою по закону. В - В„Соз wt, где j и BO амплитудные значения векторов плотности тока и магнитной индукции, w частота.

При наложении переменного электрического поля на слой буфера частицы, вводимые в слой, колеблются в поле с частотой w. Отклонение частиц от среднего положения тем меньше, чем больше частота. Так, например, если электрофоретическая подвижность частиц Uj 2 мкм-см/Вс, напряженность электрического поля В/см частота электрического поля Гц, то смещение частиц составит - 2 см, что не приводит к заметному угаирению инжектируемой струи.

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

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 (V, см/с) при этом выбирают из соотнощения

.V, -|- и Е,(2)

ч.е

где и.

- электроосмотичес-

472

кая подвижность жидкости у стенок слоя, см /Вс;

Е - напряженность электрического поля в слое. В/см;

у, - дзета-потенциал стенок, ограничивающих слой буфера. В; - вязкость буфера, П.

Под действием постоянного электрического и ортогонального к нему магнитного полей смесь частиц разделяется на ряд кольцевых вращающихся зон, двигающихся к аноду или катоду в зависимости от величины и знака разнос739

ти электрофоретической подвижности частиц и электроосмотической подвижности жидкости у стенок слоя ,

Так, если , то фракции двигаются к аноду, если , то к катоду (при условии, что частицы имеют отрицательный заряд), если О, то фракции не перемещают0

После того, как разделяемые зоны

разошлись, одна относительно другой на расстояние, позволяющее отобрать их в отдельные пробирки (порядка 25 3 мм), для того, чтобы не прерывать кольцевое вращение жидкости на слой вторично воздействуют переменным электрическим и магнитным полем одинаковой частоты. Одновременно с этим Q останавливают аксиальное смещение буфера и элюируют все зоны одновременно через диаметр ьно противоположные стороны коаксиального слоя. Затем весь цикл повторяют.

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

На фиг.1 изображен продольный разQ рез коаксиального слоя буфера} на фиг.2 - поперечньй разрез слоя.

Коаксиальный слой буфера Г (фиг.1) ограничен соосными цихгиндрическимн дтенками 2; при этом j и В - вектор плотности электрического поля и вектор магнитной индукции;

и - вектор скорости вращения буфера;

Vg - распределение скорости жидкости аксиального потока; V - скорость электроосмотического потока в замкнутом слое буфера; Vg - электрофоретическая скорость

движения частиц;

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

V - распределение скорости враг

. о

щающейся жидкости в коаксиальном зазоре.

Как видно на фиг.1, результируго5 Щий профиль скорости движения частиц в слое V не зависит от координаты у при условии, что скорость смещающего потока выбрана по уравнению (2). Как видно из фиг.1 и 2, V «

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