Способ электрофоретического разделениячастиц

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 020479 (21) 2745996/18-25 Р 1) М с присоединением заявки Йо С 01 й 27/26 Государственный комитет СССР по делам изобретенийи открытийДата опубликования описания 100681 т(54)СПОСОБ ЭЛЕКЙРОФОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯЧАСТИЦ Изобретение относится к техникепрепаративного разделения частиц,отличающихся по электрофоретическойподвижности, и может быть использовано для разделения биологическихсмесей.Известен способ электрофоретического разделения частиц, по.которомуразделяемая смесь тонкой струйкойвводится в плоский вертикальный потокнесущей жидкости, поперек которогов плоскости потока приложено постоянное электрическое поле. Под действием поля исходная смесь разделяется наряд фракций, которые отбираются из 15потока коллектором 1.Однако в ламинарно текущей черезкамеру разделения жидкости возникаетпараболлический профиль скоростей, апод действием электрического поля в 20жидкости возникает электроосмотический поток, направленный: параллельнополю и также имеющий параболлическийпрофиль. В результате поперечное сечение струи приобретает серповидную" 25форму, 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 12).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 направленях а горизонтальный поток создают в направлении, совпадающем с направлением электроосмотического потока у стенок камеры.Способ поясняется чертежом, гдеизображены - вертикально текущийслой несущей жидкости 1, стенки 2и 3, между которыми протекает жидкость, струя исходной смеси частиц 4,разделенные фракции 5, б и 7, накоторые исходная смесь разделяетсяпри отсутствии ортогонального плоскости потока электрического поля,фракции 8 и 9, образующиеся в отсутствии ортогонального плоскости электрического поля, и профиль скоростейвертикального потока 10 жидкости,профиль скоростей горизонтального потока 11 жидкости, электроосмотическийпрофиль скоростей 12, профиль скоростей горизонтального потока жидкости 1513, устанавливающийся после сложенияпрофилей 11 и 12, Стрелками Е показано направление электрического поля, дейстьующего вдоль плоскости потока, а стрелками Е- перпендикулярно плоскости потока. Стрелками Н показано направление горизонтальногопогока жидкости.Процесс разделения осуществляютследующим образом, 25Разделяемая смесь в виде тонкойструи 4 вводится в вертикальный слой1 недущей жидкости, заключенный междустенками 2 и 3, выполненными изэлектропроводного материала (например, ионообменных мембран, нанесенных на жесткий диэлектрический каркас), В результате в жидкости устанавливается параболический профильскоростей 10. При приложении поперекпотока электрического поля Е), действующего вдоль плоскости текущегослоя жидкости, частицы, имеющие противоположный заряд, сместятся в разные стороны и образуют вместе сэлектронейтральными частицами ряд 40фракций б, 8, 9. Частицы, имеющиезаряд одного знака, но разной величины, будут смещаться с разными скоростями и образуют. фракции, занимающие промежуточное положение между 45фракциями 8 и 9. При этом под действием поля Е в жидкости возникаетгоризонтальный электроосмотическийпоток, имеющий профиль скоростей 12.С помощью внешнего привода создаютгоризонтальный поток жидкости Н,имеющий параболический профиль 11.В результате в слое несущей жидкости устанавливается результирующийгоризонтальный однонаправленный поток,имеющий примерно равные величины скоростей по толщине камеры - профиль13. При наложении перпендикулярноплоскости слоя 1 несущей жидкостиэлектрического поля Е частицы, имеющие разноименные электрические заря- ЬОды, будут. смещаться под его действием в разные стороны: положительныек стенке 2, а отрицательные - к стенке 3. Перемещаясь таким образом, этичастицы будут попадать в более,мед ленные слои жидкости (в соответствиис профилем 10) и, достигнув стенок,будут скользить по ним со скоростьюво много раз меньшей,чем скоростьэлектронейтральных частиц, находящихся в центральном слое жидкости. Приэтом время нахождения частиц в электрическом поле Е будет в несколько раз больше, чем в случае, когда частицы смещались только под действиемполя 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 одноименныйзаряд, но отличающиеся друг от друга по его величине, будут смещаться поддействием поля Е по толщине слоя 1жидкости с разной скоростью 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, б и 7. Электронейтральные частицы будут давать фракцию б, 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 резуль-тате 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 1 и тем дольше она находится в поле Е, так какраньше достигает более медленных слоев жидкости под действием поля Е.Наложение горизонтального пото- :а 11 на электроосмотический поток 12 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 величинускорости 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 слоях несущей жидкости и, следовательно, смещал бы электронейтральную фракцию 6 и фракцию 7 по направлению друг к другу, то есть сближал бы их.П р и м е р . 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 вспомогательными электродными отделениями, циркулирующий в них бу ферный раствор имеет электропровод- ность 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 подвижность альбумина О = 0,13 мкм с в см, лизоцима О = 0,64 мкм с- в-см. Вре-мя разделейия с = 40 с, Напряженность основного электрического поля Е50 в/см.В обычном режиме (без дополнительного поля) расстояние между фракция 30 ми на выходе из камеры равноосн с = 1 ммгде аО = О - ОС 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 пп=- 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 изобретенияСпособ 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения разрешающейспособности, 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 экспертизе1. Разделение клеточных суепензий,М., фНаукаф, 1977, с. 48-49.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 92670791, кл.б 01 й 27/26,24.08,78, 1979.836573 Ф р Составитель И. Клешнииа липпова Техред М. Рейвес Корректоабине актор аказ 310 ИПИ по В 5 1130 П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,ил ираж 907Государственнелам изобретесква, Ж, Р Подписноо комитета СССРй и открытийушская наб., д. 4