Способ электрофоретического разделениячАСТиц Советский патент 1981 года по МПК G01N27/26 

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 пото несущей жидкости, поперек которого в плоскЪсти потока приложено постоян ное электрическое поле. Под действием поля исходная смесь разделяется н ряд фракций, которые отбираются из потока коллектором fl. Однако в ламинарно текущей через KciMepy разделения жидкости возникает параболлический профиль скоростей, а под действием электрического поля в жидкости возникает электроосмотический поток, направленный; параллельно ПОЛЮ и также имеющий параболлический профиль. В результате поперечное сечение струи приобретает серповидную форму, что снижает эффективность раз деления. . Известен способ устранения серповидного искажения -путем наложения по перек вертикального потока жидкости 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 и 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 вертика.пьногс) потока несущей жидкости, в который тонкой струёй вводят разделяемую смесь и поперек которого создают горизонтальный поток жидкости, электрическое поле приклсщывают поперек потока в двух взаимно перпендикулярных направленях. а горизонтгшьный поток создают в направлении, совпгщающем с направлением электроосмотического потока у стенок камеры. Способ поясняется чертежом, где изображены - вертикально текущий слой несущей жидкости 1, стенки 2 и 3, между которыми протекает жидкость, струя исходной смеси частиц раздеяенные 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 элект рического поля, и профиль скоростей вертикального потока 10 жидкости, профиль скоростей горизонтального по тока 11 жидкости, электроосмотически профиль скоростей 12, профиль скоро тей горизонтального потока жидкости 13, устанавливающийся после сложени профилей 11 и 12. Стрелками Е пока зано направление электрического поля, действующего вдоль плоскости по тока, а стрелками перпендикуля но плоскости потока. Стрелками V п казано направление горизонтального потока жидкости. Процесс разделения осуществляют следующим образом. Разделяемая смесь в виде тонкой струи 4 вводится в вертикальный сло 1 несущей жидкости, заключенный меж 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 попере потока электрического поля Е, действующего вдоль плоскости текущего слоя жидкости, частицы, имеющие про тивоположный заряд, сместятся в раз ные стороны и образуют вместе с электронейтральными частицами ряд фракций 6, 8, 9. Частицы, имеющие заряд одного знака, но разной величины, будут смещаться с разными ско ростями и образуют фракции, занимающие промежуточное положение межд фракциями 8 и 9. При этом под дейст вием поля Е в жидкости возникает горизонтальный электроосмотический поток, имеющий профиль скоростей 12 С помощью внешнего привода создают горизонтальный поток жидкости V, имеющий параболический профиль 11. В результате в слое несущей- жидкости устанавливается результирующий горизонтальный однонаправленный пот имеющий примерно равные величины ск ростей по толщине камеры - профиль , 13. При наложении перпендикулярно плоскости слоя 1 несущей жидкости электрического поля частицы, име щие разноименные электрические заря ды, будут смещаться под его действи ем в разные стороны: положительные к стенке 2, а отрицательные к сте ке 3, Перемещаясь таким образом, эт частицы будут попадать в более, медленные 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 центральном слое жидкости. Следовательно, в этом случае смещение ча.стиц 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, HOV отличающиеся друг от друга по его величине, будут смещатьсяпод действием поля Е2 по толщине слоя 1 жидкости с разнойскоростью и достигнут стенок в разное время. В результате время их нахождения в поле Е( будет разное, что приведет к их разделению на фракции, занимающие промежуточное положение между фракциями 5, 6 и 7. Электронейтральные частицы будут давать фракцию б, находящуюся в центральном слое жидкости. Увеличение разрешающей способности электрофорётического разделения достигается в предложеннрм 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 Е и тем дольше она находится в поле Е, так как раньше достигает более медлен1 ых слоев жидкости под действием поля Е. Наложение горизонтального потока 11 на электроосмотический поток 12 в направлении, совпадающем с направлением электроосмотического потока у стенок камеры, обеспечивает устранение электроосмотического противотока в центргшьном 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, который ухудшал бы разделение из-за того, что он имеет разное направление в центральном и пристеночных сл ях несущей жидкости и, следовательно, смещал бы электронейтральную фракцию б и фракцию 7 по направлени 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 камеры вспомогательныг.ш электродными отделениями, циркулирующий в них буферный раствор имеет электропроводность в несколько раз меньшую, чем буферный раствор, протекающий через рабочий канал камеры. Отбор фракций осуществляется любьил известным способом. - Разделяется смесь альбумина и лизоцима. Электрофоретическая подвижность альбумина U 0,13 мкм с всм лизоцима Uj 0,64 мкм в см. Вре мя разделения t 40 с. Напряженност основного электрического поля , 50 в/см. В обычном режиме (без дополнител ного поля) расстояние между фракциями на выходе из камеры равно uS Л и . Е оси t 1 мм где ли / Ujj - Щ / С учетом конечной ширины струи (0,2 мм) очевидно, что раздельный сбор этих фракций практически невозможен, так как расстояние между краями фракций менее 0,8 мм (с учетом уширения за счет диффузии), а расстояние между трубками коллектора, как правило, 1,1 мм. Приложение дополнительного электрического поля напряженностью Едоп 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 кгинеры 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,отличающий с я тем, что, с целью увеличения разрешавшей 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, М., Наука, 1977, с. 48-49. 2.Авторское рвидетельство СССР по заявке №2670791, кл.С 01 N 27/26, 24.08.78, 1979. / 7 / / / 8 6 S