Аппарат для электрофореза ПОТОК 1: домашний доктор и косметолог
Как справиться с воспалением или отеком не глотая лишние таблетки, без лишних уколов, сократив медицинские действия к минимуму? Электрофорез процедура, известная многим из нас с детства.
Лечили насморк, — и после этого нос по-настоящему дышал! Ушибы и растяжения мышц. Бронхиты, гипертония, воспаления внутренних органов, остеохондроз, боли в спине список недомоганий, которые лечит маленький аппарат с двумя электродами можно продолжать долго. И этот прибор очень просто купить!
Аппарат для электрофореза «ПОТОК — 1» (новый корпус)
Его легко поставить в кабинете даже самой маленькой клиники. Или установить дома и лечить всю семью!
Настольный прибор размером с толстую книгу легко уместится в ящике письменного стола. Эргономичный пластиковый корпус, жидкокристаллический дисплей, таймер со звуковым сигналом. Физиотерапевтический аппарат «Поток — 1» прост в управлении, надежен и сам по себе не требует дополнительного ухода. Достаточно включить в сеть, подсоединить электроды и настроить необходимую силу тока.
При использовании гальванизатора «Поток-1» могут применяться углетканевые электроды, а также специальные электроды для офтальмологических и гинекологических процедур.
Углетканевые электроды для электрофореза к аппарату ПОТОК — 1
Лечебные процедуры с аппаратом «Поток-1»:
- Электрофорез. Постоянный ток низкого напряжения мягко лечит и восстанавливает проблемные участки. При электрофорезе используют лекарства, которые проникают в организм с электродов. При этом кожа выступает как естественный фильтр и пропускает в организм лишь то, что действительно необходимо для лечения.
- Гальванизация. Терапия без лекарств восстанавливает обменные процессы во всем организме на клеточном уровне. Гальванизация усиливает лимфообращение, увеличивает количество капилляров. Усиливает сопротивляемость организма психологическим и физическим нагрузкам, повышает иммунитет, человек меньше болеет.
Пока врачи спорят, можно ли считать остеохондроз болезнью, миллионы людей мучаются от болей в спине. Корешковые зажимы, напряженные мышцы, спазмы, трудно купируемые боли в области шеи и поясницы вот далеко не полный «букет» проблем, которыми награждает нас цивилизация и малоподвижный образ жизни. Однако невралгию и мышечные боли легко можно снять правильной дозировкой электричества и совсем небольшой дозой новокаина. При этом лекарство отправляется напрямую в очаг боли, и через некоторое время восстанавливается кровообращение и чувствительность. Можно вдохнуть свободно!
Физиотерапевтический аппарат для электрофореза «ПОТОК-1»
Помимо болей в спине гальванизатор «Поток 1» успешно лечит суставы, ушибы и закрытые травмы. При этом:
- усиливается микроциркуляция в подкожных тканях,
- останавливаются воспалительные процессы,
- утихает или полностью уходит боль,
- расслабляются напряженные мышцы,
- происходит регенерация тканей,
- организм отдыхает и восстанавливается.
Пока работает аппарат можно спать или читать книгу. Процедура сама по себе абсолютно безболезненная, а кого-то приятное пощипывание и тепло в области электрода даже успокаивает.
Аппарат «Поток 1» действует до полного выздоровления!Когда прибор для электрофореза «Поток 1» наиболее эффективен? Есть целый список диагнозов, при которых электрофорез или гальванизация действуют наверняка. Вот только некоторые из болезней, при которых аппарат поможет подняться на ноги гораздо быстрее, чем при обычном лечении таблетками и уколами:
- Артериальная гипертензия, попросту гипертония.
- Гипотония, наступившая в результате хронической болезни.
- Проблемы в работе сердечено-сосудистой системы.
- Атеросклеротические поражения больших сосудов организма.
- Последствия ожогов, рубцы на коже после травм и операций.
- Инфекции мочеполового тракта у мужчин и женщин.
- Хронические болезни почек и желудочно-кишечного тракта.
- И многое-многое другое.
Конечно, имеются и ограничения, поэтому перед началом курса лечения необходимо познакомиться со списком противопоказаний для электрофореза, и проконсультироваться со специалистом.
Аппарат «ПОТОК — 1» — прибор для домашнего электрофореза!
Учебный фильм по физиотерапии, снятый в ГКБ 23 г. Москвы
специально для Московского Медицинского Колледжа 7
(в фильме продемонстрирован аппарат «поток-1» в старом корпусе)
Гальванизатор «ПОТОК-1» в старом корпусе
Поток-1 аппарат для гальванизации и электрофореза
Поток-1 аппарат для гальванизации и электрофореза
Модернизированный аппарат Поток-1 успешно применяется для лечения профилактики широкого спектра заболеваний как в стационарных, так и в домашних условиях. Сочетание гальванического тока с электрофорезом оказывает на организм мощный противовоспалительный, обезболивающий, противоотечный и противосудорожный эффект. Новый Поток-1 существенно улучшает питание клеток и циркуляцию крови, ускоряет обмен веществ и регенерацию тканей. Помимо этого, аппарат позволяет доставлять используемые лекарственные препараты непосредственно в очаг заболевания, а воздействие гальванического тока увеличивает проникающую способность клетки. В совокупности это дает максимальный лечебный эффект и, следовательно, более быстрое выздоровление.
Преимущества
Поток-1 в его усовершенствованном виде обладает компактностью, эргономичностью и привлекательным дизайном корпуса, который изготовлен из специального изоляционного пластика. Обновленный аппарат оснащен информативным цифровым индикатором и звуковым таймером, сигнализирующим по завершению процедуры. Пациент может самостоятельно регулировать интенсивность подаваемого тока и время воздействия с помощью удобной кнопочной клавиатуры, которая понятна даже для пожилых людей. При случайном отключении электродов, Поток-1 автоматически отключается от сети, что делает его совершенно безопасным.
Новый Поток-1 обладает большей лечебной эффективностью, а проведение процедур стало полностью безболезненным и даже приятным. Кроме этого, модернизированный аппарат можно спокойно сочетать с другими методами лечения и современными лекарственными препаратами. Вес Потока-1 в его новом исполнении не превышает 1 килограмма, благодаря чему его можно брать с собой в поездки. Единственный нюанс – производитель рекомендует аккуратно обращаться с электродами и следить за состоянием свинцовой пластины, идущей в комплекте, чтобы она не ржавела и не окислялась.
Показания к применению
Поток-1 показан для лечения невритов, радикулитов, эндометрита, колита, эрозивного гастрита, межпозвоночных грыж, цистита, пиелонефрита, мочекаменной болезни, гипертонии, артериальной гипертензии, вегето-сосудистой дистонии, аднексита, дискинезии желчевыводящих путей, пульпита и пародонтита.
Также модернизированный Поток-1 идеально подходит для лечения вывихов и подвывихов бедра у младенцев, рубцов, спаек, мышечного гипер- и гипотонуса, повреждений менисков и связок,, спортивных травм, бронхиальной астмы, бронхитов, последствий любых переломов, а также многих других заболеваний.
Противопоказания
Поток-1 нельзя применять при наличии острых или гнойных воспалительных процессов, запущенного атеросклероза, третьей стадии гипертонической болезни, системных заболеваниях крови, склонности к кровотечениям и второй/третьей степени недостаточности кровообращения.
Еще одним противопоказанием к применению аппарата также является беременность на любом сроке. Кроме этого, Поток-1 запрещен для лечения пациентов, страдающих от дерматитов, экзем, злокачественных новообразований, истощения и лихорадки. Также Поток-1 не подходит для лечения, если участки кожного покрова, на которые будут накладываться электроды, повреждены.
Комплектация
- Комплект принадлежностей со свинцовыми электродами
- Провода пациента, одинарные и раздвоенные
- Бинт (резиновый)
Список наиболее популярных веществ для проведения процедур лекарственного электрофореза:
Карипаин, Лидаза, Кальций, Бишофит, Ферменкол, Алое, Аминокапроновая кислота, Анальгин, Анаприлин, Аскорбиновая кислота, Аскорбиновая кислота, Баралгин, Бром, Витамин В, Гепарин, Нативная лечебная иловая грязь, Грязевой раствор, Препараты грязи (пелоидин, гумизоль), Дибазол, Димедрол, Дипразин, Йод, Калий, Карипазим, Коллализин, Литий, Магний, Марганец, Медь, Натрий, Никотиновой кислоты радикал, Новокаин, Но-шпа, Папаверин, Салициловой кислоты радикал, Сера, Теоникол (ксантинола никотинат),Теофиллин, ФиБС, Натрия фосфат, Натрия хлорид, Цинка сульфат, Випраксин, Апизартрон, Апифор, Мелливенон.
Поток-1 аппарат для гальванизации и электрофореза
Страница не найдена |
Страница не найдена |404. Страница не найдена
Архив за месяц
ПнВтСрЧтПтСбВс
12
12
1
3031
12
15161718192021
25262728293031
123
45678910
12
17181920212223
31
2728293031
1
1234
567891011
12
891011121314
11121314151617
28293031
1234
12
12345
6789101112
567891011
12131415161718
19202122232425
3456789
17181920212223
24252627282930
12345
13141516171819
20212223242526
2728293031
15161718192021
22232425262728
2930
Архивы
Авг
Сен
Окт
Ноя
Дек
Метки
Настройки
для слабовидящих
Аппарат поток 1 эма гальванизатор
Во многих больницах, частных клиниках, реабилитационных центрах можно увидеть такой аппарат, который предназначен для электрофореза.
Показания для использования аппарата для электрофореза
Данный прибор широко используется во многих европейских странах, но и сейчас есть возможность пользоваться им самостоятельно. Суть прибора заключается в том, что он подает небольшую силу тока, которая периодически воздействует на определенные участки тела человека.
Его назначают для лечения и профилактики следующих недугов:
· ВСД;
· болезни сердца, почек, легких;
· при болях в суставах;
· проблемах с позвоночником;
· болезнями кожи (нужно советоваться с дерматологом).
Разновидности аппаратов для электрофореза
В данном интернет-магазине, вы сможете найти такие приборы, как аппарат для гальванизации и электрофореза поток 1 и многие другие. Благодаря данной технологии, существует ряд других устройств, которые направлены на улучшение жизни человека. Например, такими устройствами являются: Электрофорез ДНК, Электрофорез белков, Электрофорез в полиакриламидном геле и так далее.
В последнее время, большую популярность приобрели устройства стационарного типа.
На что обратить внимание при покупке данного товара
Приобретая такой важный прибор, нужно смотреть не только на цену, ведь можно купить китайскую подделку, которая прослужит не так долго, как хотелось бы. Перед покупкой, рекомендуется ознакомиться с его характеристиками, гарантийным сроком, типов, страной, которая его производит. Также, можно прочесть отзывы людей, которые его уже приобрели.
Уход и эксплуатация
В уходе устройство не прихотливое. Важно, после каждой процедуры, аккуратно положить его в футляр или сумку и хранить подальше от детей, которые его могут сломать.
Где купить
Приобрести аппарат для электрофореза можно в нашем интернет-магазине по доступной стоимости.
НЕВОТОН аппарат для гальванизации и электрофореза Элфор-Плюс
Самые выгодные предложения по НЕВОТОН аппарат для гальванизации и электрофореза Элфор-Плюс
Татьяна Николаевна, 16.06.2021
Достоинства:
о преимуществах узнать не успела. Аппарат не работает
Недостатки:
аппарат не работает
Комментарий:
Слов нет от досады.. Аппарат просто не работает. Видно зря я понадеялась на этого производителя. потратила 8 тыс. р. Для пенсионера тоже деньги. Да рекарства на 1.5 тыс. р. А боль в коленках как была, так и осталась. Как только не стыдно выпускать такую дрянь! Не советую покупать. Лучше уж в 2 раза дороже, да понадежнее. Мне советовали Поток-1, а я не послушала, решила сэкономить. Правильно говорят, скупой платит дважды. Не покупайте эту дрянь Везде, где только можно, оставлю свой отзыв, чтоб люди знали.
Татьяна Николаевна, 16.06.2021
Достоинства:
о достоинствах узнать не удалось
Недостатки:
аппарат просто не работает
Комментарий:
Слов нет от досады.. Аппарат просто не работает. Видно зря я понадеялась на этого производителя. потратила 8 тыс. р. Для пенсионера тоже деньги. Да рекарства на 1.5 тыс. р. А боль в коленках как была, так и осталась. Как только не стыдно выпускать такую дрянь! Не советую покупать. Лучше уж в 2 раза дороже, да понадежнее. Мне советовали Поток-1, а я не послушала, решила сэкономить. Правильно говорят, скупой платит дважды. Не покупайте эту дрянь Везде, где только можно, оставлю свой отзыв, чтоб люди знали.
Камила, 07.06.2021
Достоинства:
Цена, помощь после родов
Недостатки:
нету
Комментарий:
Хороший аппарат, мне очень сильно помогает от послеродовых растяжек. Стоит намного дешевле аналогов, и плюс когда я его покупала, в магазине лайф7 была на него хорошая скидка!
Имя скрыто, 31.07.2020
Достоинства: Научится этим аппаратом сможет любой. Понятный в плане управления. всё легко настраивается, нет нужны особо даже изучать инструкцию.За свою цену лучшее, что можно купить. Экономия идёт отличная, вообще нет смысла брать более старшие модели какие-то. Мощность тут достаточная для любого вида лечения.
Комментарий: Себе покупала для лечения межпозвоночной грыжи. В комплекте с лекарственным препаратом карипазим и димексид всё идёт более чем хорошо. По результатам МРТ через месяц лечения есть явный сдвиг в позитивную сторону. Продолжаю!!!
lLRabro, 08.02.2020
Комментарий: Ходил две недели на физ лечение. Честно говоря просто утомился. решил на дом купить аппарат электрофореза. Врач посоветовал взять именно этот вариант. Он и компактный, как раз для домашний условий и мощность ничем не уступает старшим моделям. По эффективности такой же, а эксплуатация куда проще. В общем пока всё идёт плохо. Лечусь дома, эффект есть. Посмотрим как будет по итогу в конце курса.
Сергей З., 08.12.2019
Достоинства: Удобный в использовании, компактный, маленький весНедостатки: Не сразу разобрался как он включается, думал, что брак уже какой-то, оказывается надо просто держать кнопку включения пару секунд
Комментарий: Я им доволен в целом. Аппарат хороший. Небольшой, пользоваться мне удобно. Иду к детям в гости с внучкой посидеть могу взять с собой. В нашей поликлинике такие чахлые приборы стоят в кабинете физиотерапии. Спасибо сыну он мне домой купил. Платишь один раз, а пользуешься долго и так хорошо работает. У меня боли прошли в суставах. Я пока прошел один курс и планирую вскорости повторить.
Юлия С., 07.12.2019
Достоинства: Нравится простота обслуживания и лёгкость в применении. Разобралась за пол часа где-то, всё настроила, подготовила, подключила и всё, уже можно лечение осуществлять. Аппарат мощно проводит лекарство в очаг и не вызывает каких-то неприятных ощущений. Силу тока настроить очень просто под себя.Недостатки: Пока каких-то серьёзных недостатков у аппарата не нашла.
Комментарий: Пока идёт всё хорошо, чувствую заметные улучшения в шее, не знаю, что будет в конце курса, но пока мне нравится.
Александр Х., 04.12.2019
Достоинства: Аппарат мне понравился своей эффективностью и простотой эксплуатации.Понятный интерфейс, без всякой инструкции разобрался и в этот же день после доставки прибора приступил к лечению по рекомендации своего невролога. Лечу им спину, у меня грыжа. Использую ферментный препарат и ещё один для лучшего проникновения в ткани этих ферментов. Легко настроить силу тока под себя. Аппарат реально достойный.
Недостатки: Пока каких-то минусов не заметил, аппарат работает как надо.
Алиса С., 01.12.2019
Достоинства: Простой в обращении, самостоятельно легко разобраться как пользоваться. Легко обслуживать.Комментарий: Использую аппарат три недели. Пока успешно. Уже начинает проходить вся проблематика сустава. Надеюсь добью до конца. Скажу точно, это куда лучше, чем ходить на процедуру в клинику.
Кирилл К., 27.11.2019
Достоинства: Простой в эксплуатации, понятный интерфейс. всё что как работает сразу очевидно, не пришлось прибегать к помощи инструкции. В обслуживании тоже не прихотлив. Лучший выбор в своём сегменте аппаратов для электрофореза.Недостатки: Слишком тяжёлый блок питания, который встроен в розетку. У меня например розетки в доме на середине стены, вниз ещё в полу пока не переносили и под тяжёлым весом розетка просто провисает иногда, поэтому пользуюсь удлинителем. который размещаю на полу
Комментарий: Аппарат элфор-плюс покрывает все мои потребности и я не вижу смысла переплачивать в 2 раза чтобы приобретать более мощные аппараты, учитывая что они идут с свинцовыми электродами (которые окисляются, не удобны для эксплуатации и вредны в долгосрочной перспективе). К слову в Поток-1 свинец вообще идет в машинном масле, оттирать его отдельное «удовольствие»
Кристина П., 24.11.2019
Комментарий: Дочка мне заказала этот элфор, привезли прямо домой с доставкой. С применением разбирались вместе с мужем, довольно быстро разобрались. Что насчет детей только не поняла. С какого возраста можно аппарат применять? Мне прибор по показаниям подходит, вроде, раньше проходила процедуры в поликлинике, не особо было удобно постоянно туда ходить. Теперь хоть могу дома всё это делать, гораздо удобнее и стоимость у аппарата адекватная. У много проблем со спиной, не один диагноз и аппарат электрофореза мне даёт значительные улучшения, если всё грамотно делать и главное регулярно.
Светлана К., 19.11.2019
Достоинства: Отличная эффективность аппарата Элфор Плюс. Сам по себе аппарат компактный, но мощный. Позволяет работать с любимыми лекарственными препаратами. Лёгок в обслуживании.Комментарий: Успешно лечу коленные суставы. Под действием тока на Элфоре все лекарственные вещества назначенные моим врачом легко проникают в глубь. Эффект значительный, что было до уже вспоминать не хочется даже.
Имя скрыто, 13.11.2019
Достоинства: Красивый, лёгкий и удобный аппарат для электрофореза. Понятная конструкция, легко выбрать ток нужной мощности, нет необходимости как-то по особому ухаживать за аппаратом. Просто главное все тряпочные повязки или как они называются правильно, честно говоря не знаю, всё это промывать и всё будет в порядке!Комментарий: Пока лечение с помощью электрофореза помогает. Главное, чтобы вам не назначили, добавляйте Димексид к любому лекарственному раствору для повышения проникновения лекарства в ткани.
Lex Dua, 08.11.2019
Достоинства: Мобильный аппарат для электрофореза, понятный интерфейс, силы тока с лихвой хватает для моих целей. Все комплектующие легко обслуживаются, не требую.т какого-то ухода значительного. В общем работает аппарат легко и просто.Комментарий: Аппарат использую по урологическим назначениями, покупал с несколькими ректальными тампонами в комплекте. Уролог показал как нужно всё ставить, затем, я уже дома самостоятельно всё освоил, даже жене не пришлось помогать мне. В общем аппарат рабочий, эффект ощущаю, главное чтоб получилось до конца забороть болезнь, с которой я уже довольно давно мучаюсь…
Филипп М., 02.11.2019
Комментарий: После травмы колена, вот прописали электрофорез, ходил по началу в поликлинику, но с больной ногой вообще не удобно конечно, поэтому взял себе на дом этот аппарат. Быстро разобрался, чё как, даже инструкция не нужна оказалась, и так всё понятно. Простой аппарат, с которым сможет справится любой более менее адекватный человек. Эффект ощущается, боли стихают, надеюсь, что удастся восстановиться полностью, загадывать не буду конечно, но верю!
Санек С., 29.10.2019
Комментарий: Хочу купить аппарат остановился на этом.может че посоветуете?
Диана К., 27.10.2019
Достоинства: Стоит он не много, функционал понятный любому пользователю. Не требует какого-то особо ухода за собой, всё прошло, промываешь, сушишь и можно снова использовать.Недостатки: Не нашла
Комментарий: Аппарат уже использую около трёх месяцев. С начала лечения есть значительные результаты. Наконец-то прошли боли в спине и появилась уверенность в целом, что меня нигде снова не скрутит. Вещь рабочая, естественно у кого проблемы похожие на мои, вам точно стоит попробовать, это куда лучше чем ходить на физ лечения по заведениям, проще всё дома на дому делать)
Ирина М., 22.10.2019
Достоинства: Лёгкий, удобный в использовании, интуитивно понятный, да же я не особо уж гений в этой всей технике легко разобралась, что к чему. И гораздо выгоднее чем какие-то более дорогие модели, которые по сути делают то же самое, но стоят в два раза дороже почти, не понятно вообще зачем их люди покупают, если этот делает тоже самое. Тут и сила тока отличная и мощность в целом, чтоб лекарство проникало глубоко внутрь. В общем одни лишь плюсы.Комментарий: Из Элфоров этот самый лучший на мой взгляд. Я давно приглядывалась к ним, но не было нормально возможности приобрести аппарат. Купила модель плюс как только вышла. Он прям все что нужно мне в себе сочетает. Лечу суставы, спину. Воспаление он снимает, это точно. Хорошо что электроды большие, можно на большую площадь разом воздействовать. Могу порекомендовать именно этот аппарат.
Имя скрыто, 18.10.2019
Достоинства: Отличный аппарат, мощности хватает чтобы делать электрофорез сразу на 3 зоны с электродами 100х150! На секундочку подобные аппараты более громоздкие и стоят 12-15 тыс.Недостатки: Нужно покупать отдельно многоразовые электроды для физиопроцедур с углеграфитовым слоем, на сколько успел разобраться, такая ситуация у всех приборов физиотерапии. Приходится докупать под свои нужны нужный размер электродов.
Комментарий: Покупкой более чем доволен, экономит время на поход в физиокабинет, делаю все на дому. Покупал по рекомендации врача и ни разу не пожалел.
Радмир К., 03.10.2019
Достоинства: Компактный, удобно брать с собой, весит не много. эффективный и мощный.Недостатки: Не обнаружил
Комментарий: Аппарат в последнее время сильно выручает. Мучился три месяца с болями в спине, теперь чувствую заметное облегчение. Работает вещь!!!
Имя скрыто, 30.09.2019
Комментарий: Покупал для лечения простатита. Ходил на процедуру в клинику, но лечение выходило слишком дорогим, поэтому решил взять аппарат для электрофореза на дом.
Эффективность мне нравится, все лекарства назначенные врачом вливаю в специальный ректальный тампон, силу тока регулирую уже по факту, ставлю где-то 0.14. Мне вполне достаточно.
Аппарат простой в использовании, никаких с ним проблем не было, а главное эффективный.
Дмитрий П., 27.09.2019
Комментарий: Такой аппарат имеется у меня дома. Считаю, что он не такой уж дешевый есть подешевле. Но зато действенный. Я постоянно делаю электро форез в домашних условиях и раньше у меня был другой фирмы маленький аппарат, он сломался быстро. Элфор-Плюс начал использовать в этом году и пока работает нормально. Кроме того мне кажется, что он лучше проводит лекарство. Использую также как и на старом ферменты и димексид.
альмира г., 24.09.2019
Достоинства: Качество отличноеНедостатки: Нет
Комментарий: Советую всем, покупала ночнушки, мужу — футболку. Цена и качество отличное и дрставили быстро.
Олег К., 21.09.2019
Достоинства: Интерфейс аппарата супер простой. Разобрался сразу же без всякой инструкции. Несколько месяцев использую Элфор. Действует эффективно, лечу им колено. Под действием тока лекарства отлично проникают внутрь. Даже особо высокое значение тока не приходится выставлять, Эффект ощущаю при лёгком показывании. В общем от аппарата впечатления хорошие у меня.Недостатки: Мог бы конечно покритиковать, но особо то плохого нечего сказать, будем смотреть как что будет идти дальше, пока нравится эффект.
Денис Н., 18.09.2019
Достоинства: Стоит гораздо дешевле более старших моделей( Поток-1 и Поток-БР), а закрывает 90% потребностей.Поэтому если, кто вдруг решил брать старшие модели, 10 раз подумайте, стоит ли переплачивать, если на Элфор-Плюс можно добиться поставленных целей.
Недостатки: Не сказал бы, что мне что-то не понравилось
Комментарий: Хороший аппарат, который мне реально помог, работает с разными лекарствами. Вот полгода примерно его использую, стал лучше себя чувствовать. Хоть и болезнь такая, что приходится постоянно делать процедуры для профилактики. В целом им доволен. Только вопрос есть. Вот написано в описании, что нельзя при остром воспалении его использовать. У меня к холодам флюс надуло, сейчас немного спала опухоль. Можно его использовать или нет? И сколько ждать? Когда совсем пройдет? Я пока не использую.
Денис К., 26.04.2019
Достоинства: Не дорогой, понятный, сам легко разобрался за 10 минут без инструкции.Недостатки: нет
Комментарий: Лечу им сустав колена. Помогает, посмотрим, что будет в конце курса. Пока нравится.
вред и польза. Советы физиотерапевта. Новости. Первый канал
Каждый из нас трепыхается в невидимых сверхпрочных сетях и даже не подозревает об этом. Прогресс, одарив нас тьмой электроприборов, заставляет жить в условиях постоянного излучения.
Никто не берётся точно сказать, как это отражается на здоровье. Врачи уже заявляют об особой «электромагнитной аллергии» и предлагают тех, кто вынужден больше часа в день говорить по мобильному телефону, приравнять к работникам вредных производств.
Репортаж Ивана Прозорова
Технологический бум в отдельно взятой квартире. Микроволновая печь, пароварка, стиральная машина, утюг, увлажнитель воздуха, компьютер, принтер, телевизор.
За последние 15 лет дома наполнились техникой, город – новыми источниками излучений. Сейчас они везде, констатируют учёные: в квартирах, машинах, на улице и в метро. Любой электрический прибор создаёт электромагнитное поле. Чем больше потребляет энергии, тем мощнее излучение. Его влияние на организм человека – до сих пор непаханое поле для исследований.
Олег Григорьев, заместитель председателя Российского национального комитета по защите от неионизирующих излучений: «Это вопрос, который стоит на повестке дня: каким образом оценить условия воздействия, когда человек подвергается воздействию многочисленных источников в течение продолжительного времени?»
Реакцию организма на бытовой уровень излучения почти невозможно заметить, говорят врачи. Нужно пройти полное медицинское обследование, выявить все заболевания и только потом анализировать, что из этого действительно от облучения. Болезни проще обнаружить у профессионалов, которые работают на специфических производствах. На мощное поле организм реагирует быстрее: слабость, головные боли, проблемы с сердцем.
Андрей Бушманов, первый заместитель генерального директора Федерального медико-биологического центра им. А.И. Бурназяна ФМБА РФ: «Оно обладает способностью изменять вегетативную нервную систему, сердечно-сосудистую систему, нервную систему, иммунную систему организма. Снижая показатели этих систем, оно, естественно, создает определенный фон для развития других заболеваний».
Как правило, так влияют сильные внешние источники. Например, линии электропередачи. Жители домов по улице Промышленная в Ульяновске окружены 20 высоковольтными линиями. Под проводами гуляют, рядом с ними живут. На жалобы на плохое самочувствие власти не реагируют. Наоборот, недавно хотели протянуть ещё одну ветку ЛЭП. Строительство удалось остановить только через суд.
Фаина Носова, жительница одного из домов: «Специалисты сказали, что не имеют права на таком близком расстоянии ставить, что тут вообще опасно для жизни».
Ученые условно делят все источники на внешние, которые находятся за пределами квартиры и создают мощное поле, например, станции, передатчики и любые беспроводные сети, и внутренние – с ними происходит непосредственный контакт, например, бытовая техника. Но есть случай, который специалисты называют особым: он сочетает и то, и другое воздействие. Это мобильная связь.
За изучение излучения фантом «Юлечка» отвечает головой. Вкупе с аппаратурой это самая независимая экспертиза. В подземной лаборатории атмосфера, как в бункере. Показания приборов словно в открытом поле – никаких помех.
Антон Меркулов, старший научный сотрудник Федерального медико-биологического центра им. А.И. Бурназяна ФМБА РФ: «Большая часть энергии электромагнитного поля, которое создается сотовым телефоном, будет поглощаться головой человека. Порядка 40-60%».
Учёные до сих пор спорят, как это влияет на мозг и сколько минут можно разговаривать без последствий. Ведь мобильниками пользуются даже дети и беременные женщины. Согласно таким исследованиям, больше половины телефонов не прошли проверку на соответствие санитарным нормам. Независимо от марки и цены.
Олег Григорьев, заместитель председателя Российского национального комитета по защите от неионизирующих излучений: «Всегда можно использовать систему «хендс-фри», любую. Это принципиальное решение проблемы, принципиальное, когда разрывается динамическая связь «антенна-голова».
«Полевая» проверка в квартире показала: электромагнитное поле есть. Самое сильное там, где неправильно заземлены приборы. Но с домашними заботами справиться проще. Принцип времени и расстояния – работать с техникой недолго и держаться от неё подальше. И ещё помнить, что стена или шкаф не защитят от излучения.
Антон Меркулов, старший научный сотрудник Федерального медико-биологического центра им. А.И. Бурназяна ФМБА РФ: «Находиться от источника, длительно находиться, располагать места ночного отдыха как минимум в 50-100 сантиметрах от постоянно действующих источников – таких, как холодильник, кондиционер и так далее».
Совсем отказаться от техники вряд ли возможно. Да и не нужно, говорят специалисты. Пара простых правил безопасности — и излучать можно будет только радость.
Гость в студии – Ирина Рачек, врач-физиотерапевт
Ведущий: Однако электромагнитное излучение не только вредит, но и с успехом используется в исцелении от многих недугов. С разъяснениями у нас в студии врач-физиотерапевт высшей категории Ирина Рачик. Ирина Игоревна, добрый день.
Гость: Добрый день.
Ведущий: При каких болезнях помогает физиотерапия?
Гость: Физиотерапия помогает при заболеваниях ЛОР-органов; органы сердечно-сосудистой системы – это сердце, сосуды периферические, регионарные, которые тоже поддаются очень хорошо физиолечению; далее идет желудочно-кишечный тракт; заболевания костно-суставной системы и заболевания кожи, что очень актуально, например, в детской практике. Это и различные детские дерматиты, экземы, нейродермиты, псориаз.
Ведущий: Есть ли противопоказания к физиотерапии?
Гость: Да, физиотерапия, конечно же, имеет ряд противопоказаний. К ним относятся злокачественные новообразования. Доброкачественные новообразования, склонные к росту. Миомы, фибромиомы, полипы. Системные заболевания крови. Декомпенсированные формы ишемической болезни сердца и органов кровообращения. Это артериальная гипертония выше второй стадии.
Ведущий: Детям с какого возраста можно делать физиотерапию?
Гость: Физиотерапию детям в настоящее время проводят уже в родильных домах. Например, для борьбы или для лечения омфалитов, это воспаление околопупочной ранки. А вообще детям физиотерапия показана. Они имеют те же самые показания, что и взрослые, но соответственно возрасту ребенку побирается специальная доза.
Ведущий: Сейчас в продаже очень много бытовых приборов для физиотерапии. Их безопасно, их эффективно использовать?
Гость: Они рассчитаны на широкого потребителя. То есть на наших пациентов. Единственное, на что надо обратить внимание, это на инструкцию, которая прилагается к каждому прибору, где четко определены время и место воздействия данным физическим фактором.
Ведущий: Какие-то опасности могут быть? Передозировки?
Гость: Конечно же, передозировки могут быть, если не следовать этим показаниям. И, вообще, каждый пациент имеет свои индивидуальные особенности. И, конечно же, лучше проконсультироваться с врачом перед тем, как начать лечение данным физическим фактором.
Ведущий: Какой тип подобных приборов бытовых для физиотерапии требует особого нашего внимания?
Гость: Я бы предостерегла от легкомысленного отношения к лазеротерапии. Мы, физиотерапевты, склонны к тому, чтобы процедуры лазеротерапии проводились под контролем врача.
Ведущий: Когда курс лечения физиотерапии проводит специалист, могут ли возникнуть какие-то побочные эффекты?
Гость: Да, конечно. Может быть индивидуальная непереносимость того или иного физического фактора. Это может быть ухудшение самочувствия, слабость, вялость, раздражительность.
Ведущий: Если ничего не болит, чувствуете себя хорошо, можно ли физиотерапию делать без показания, просто для профилактики?
Гость: Конечно, можно, ведь физиотерапия в переводе с греческого «физис» — «природа», а «терапия» — это исцеление, то есть лечение естественными природными факторами среды. Что у нас ими являются? Это солнце, воздух и вода. Поэтому, конечно, в профилактических целях использовать эти факторы очень, очень даже можно и нужно. А вот все, что касается факторов, то есть лечение, которое мы с вами получаем от физиотерапевтических приборов, конечно же, должно назначаться врачом. И должно проводится под его контролем.
Ведущий: Большое спасибо, Ирина Игоревна. Врач-физиотерапевт высшей категории Ирина Радчик рассказала нам об особенностях лечения в буквальном смысле слова силами природы.
Советы физиотерапевта Ирины Радчик
Физиотерапия помогает при самых разных недугах. Но, как правило, это лишь часть необходимого лечения, ускоряющая выздоровление.
В острой стадии болезни такие меры не помогут, даже противопоказаны. Также запрет на посещение кабинета со световыми, тепловыми и прочими приборами налагают некоторые хронические хвори.
Подобного рода лечением в домашних условиях лучше не увлекаться. Из числа бытовых медицинских агрегатов наибольшую угрозу таят те, что воздействуют лазером.
К тому же, при физиотерапии иногда возникают неприятные побочные эффекты. Заметить надвигающуюся опасность и правильно на неё среагировать может только специалист.
Электрод с токопроводящей тканью для электрофореза
Точное и правильное проведение физиотерапевтических процедур обеспечивает её эффективность. Зачастую даже в условиях физиотерапевтических кабинетах процедуру электрофореза проводят не правильно, не обеспечивая полноценный и равномерный контакт электрода на теле человека. Из-за этого часто нет достижения необходимого эффекта, и даже возникают раздражение на коже ввиду малого контакта электрода с телом. Дабы избежать нежелательных явлений и получить пользу, а не вред, рекомендуется при процедурах электрофореза или гальванизации использовать специальные электроды из токопроводящей ткани.
Это изделие представляет собой отрезок углеродистой ткани необходимого размера, помещенной в гидрофильную прокладку из фланелевой ткани. Эти материалы абсолютно безопасны для человека и могут быть промыты и дезинфицированы обычными методами после использования для дальнейшего применения. Электроды с токопроводящей тканью совместимы с большинством аппаратов для электрофореза. В них предусмотрен специальный кармашек для соединения с токопроводом от аппарата, может быть использован совместно с токопроводом типа «Флажок».
Подходит для проведения процедур совместно с аппаратами «Элфор», «Элфор проф», «Поток», «Поток-1», «Каскад», «Тонус-М» и др. Также могут быть использованы и с другими приборами, использующими в качестве действующего элемента электрический ток – миостимуляторы, аппараты ДДТ и др. Для наилучшего эффекта проконсультируйтесь с лечащим врачом о необходимой вам площади покрытия, по ней и выбираются размеры электродов.
Технические данные:
- Размеры электродов – 60*80 мм, 100*100 мм, 100*150 мм, 150*200 мм;
- Материал электродов – углеродистая ткань;
- Материал гидрофильной прокладки – фланель (9-12 слоев)
- Производитель – «Каскад-ФТО», РФ.
Вы можете купить электроды с токопроводящей тканью в Самаре в специализированном магазине «Медтехника Самара» по адресу Байкальский переулок д. 12. Подробности о вариантах доставки по Самаре или в другие регионы уточняйте у менеджеров по телефонам – (846)250-03-23, 8-939-752-60-85.
Микроэлектрофорез в свободном потоке: теория и применение
Anal Bioanal Chem. Авторская рукопись; доступно в PMC 2010 1 мая.
Опубликован в окончательной отредактированной форме как:
PMCID: PMC2739039
NIHMSID: NIHMS131951
Химический факультет, Университет Миннесоты, 207 Pleasant St. SE, Миннеаполис, MN 55455, США -mail: ude.nmu@reswob Автор, ответственный за переписку. Окончательная отредактированная версия этой статьи издателем доступна на сайте Anal Bioanal Chem. См. другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.Abstract
Электрофорез в свободном потоке (FFE) — это метод, при котором выполняется электрофоретическое разделение непрерывного потока аналита, протекающего через плоский канал потока. Электрическое поле прикладывается перпендикулярно потоку для отклонения аналитов в сторону в соответствии с их подвижностью при прохождении через канал разделения. Миниатюризация FFE (μFFE) за последние 15 лет позволила провести аналитическое и препаративное разделение проб небольшого объема. Достижения в конструкции микросхем позволили улучшить разделение за счет уменьшения помех от пузырьков, образующихся при электролизе.Механизмы уширения полосы были исследованы теоретически и экспериментально для улучшения разрешения в μFFE. Было продемонстрировано разделение с использованием различных режимов, таких как зональный электрофорез, изоэлектрическое фокусирование, изотахофорез и полевой электрофорез.
Ключевые слова: Электрофорез, микрофлюидика, электрофорез в свободном потоке
Введение
Электрофорез широко используется в биохимии из-за его способности разделять биомолекулы, такие как белки [1], пептиды, ДНК [2] и клетки [3] ].Общие методы, такие как гель-электрофорез и капиллярный электрофорез (КЭ), являются предпочтительными из-за их способности разделять биологические молекулы за относительно короткое время без потери функциональности молекул. Оба метода основаны на приложении электрического поля для разделения молекул на основе размера и заряда, когда молекулы движутся параллельно электрическому полю. Другой, менее известный метод электрофореза, электрофорез в свободном потоке (FFE), был разработан и используется в течение почти пятидесяти лет [4, 5].В FFE давление используется для пропускания потока пробы через плоский разделительный канал (). Электрическое поле прикладывается перпендикулярно направлению потока для отклонения аналитов в отдельные потоки [6]. В отличие от CE, ввод, разделение и сбор пробы могут происходить непрерывно, поскольку направление разделения отличается от направления объемного потока. Непрерывный характер метода обеспечивает высокопроизводительный механизм разделения, что делает FFE полезным методом для препаративного разделения пептидов [7], клеток [8, 9], клеточных компонентов [10], ферментов [11, 12] и белков. [13–15].Для препаративного FFE доступны различные коммерческие инструменты. Различные режимы электрофореза, например зонный электрофорез (ZE), изоэлектрическое фокусирование (IEF), изотахофорез (ITP) и полевой шаг, были продемонстрированы с использованием FFE [6, 16].
Иллюстрация принципов разделения. ( a ) Разделение при капиллярном электрофорезе. Аналиты перемещаются по капилляру в соответствии с их электрофоретической подвижностью и электроосмотическим потоком. ( b ) Разделение при электрофорезе в свободном потоке.Аналиты движутся вниз по чипу за счет буферного потока, управляемого давлением. Аналиты отклоняются в потоках проб в зависимости от их электрофоретической подвижности
Хотя FFE можно использовать для препаративного разделения, он ограничен джоулевым нагревом из-за относительно большой площади поперечного сечения и низкого отношения площади поверхности к объему канала разделения. Кроме того, разрешение в FFE осложняется рядом механизмов расширения. В открытой трубке электроосмотический поток (EOF) создает плоский профиль потока.В FFE электроды изолированы от зоны разделения мембраной, чтобы пузырьки электролиза не нарушали потоки пробы. Это создает замкнутую систему, вызывающую электродинамические искажения [17]. В закрытой системе встречный поток создается в центре канала, поскольку для выхода EOF из канала нет пути. Этот встречный поток приводит к образованию серповидного профиля потока [18]. Параболический профиль потока, создаваемый потоком, управляемым давлением, также способствует расширению, как обсуждается позже.Эти факторы обычно делают разрешение CE выше, чем у FFE. Хотя исследования направлены на оптимизацию FFE [18], большинство приложений FFE все еще ограничены разрешением.
Последние тенденции привели к миниатюризации различных устройств, предполагая, что аналогичные улучшения могут быть достигнуты в FFE [19]. Миниатюризация дает более высокое отношение площади поверхности к объему для более быстрого рассеивания тепла, уменьшает время пребывания, требует меньше реагентов и меньше образца и позволяет интегрировать с другими микроустройствами [20].В то время как ранние попытки миниатюризировать коммерческие FFE [6] были сделаны Raymond et al. в 1994 г. [21, 22]. Это устройство значительно уменьшило джоулев нагрев, а также включало онлайн-систему обнаружения, в которой разделение можно было отслеживать в режиме реального времени. Другие группы работали над улучшением разрешающей способности и качества изготовления, а также над расширением областей применения μFFE. Эти улучшения превратили μFFE из крупномасштабного препаративного метода в аналитический и микропрепаративный инструмент.Непрерывное разделение и обнаружение образцов позволяет в реальном времени контролировать концентрацию и состав образцов. Было высказано предположение, что μFFE можно использовать для онлайн-контроля качества промышленных процессов, медицинских приложений и других интегрированных систем μTAS [20]. В этом обзоре будет представлен обзор μFFE, включая обсуждение основ разделения, методов изготовления и приложений.
Расширение полосы и разрешение в μFFE
FFE имеет много общих свойств с CE свободной зоны, которые можно использовать для моделирования поведения разделения [23, 24].Зональный электрофорез разделяет аналиты на основе различий в электрофоретической подвижности ( μ e ) из-за различий в их размере и заряде ( q ):
, где r — ионный радиус, а η — вязкость. Электроосмотический поток увеличивает подвижность аналита. Таким образом, μ всего используется для описания подвижности молекул в электрическом поле. При капиллярном зональном электрофорезе разделения происходят во времени, когда каждый аналит перемещается по длине капилляра ().Скорость ( v ) каждого аналита определяется уравнением:
, где E — приложенное электрическое поле. Положение аналита ( d ) по длине капилляра в данный момент времени ( t ) может быть определено с помощью:
Ур. 3 также описывает расстояние d , на которое аналит мигрирует в латеральном направлении в μFFE (). Время, в течение которого аналит находится в электрическом поле, зависит от линейной скорости разделительного буфера ( v b ) и длины канала разделения ( L ):
Et был определен как разделительная способность в FFE, поскольку он включает в себя две основные переменные, которые влияют на разделение — электрическое поле и скорость буфера [21, 22].Следовательно, и электрическое поле, и скорость буфера могут быть изменены, чтобы отрегулировать положение потока аналита в μFFE.
Расширение полосы при электрофорезе в свободном потоке
В FFE упоминается ряд источников расширения полосы, в том числе объем впрыска ( σ ing ), диффузия ( σ D ), гидродинамическое уширение ( σ HD ), электродинамическое уширение ( σ ED ), электрогидродинамическое уширение ( σ EHD ) и джоулев нагрев ( σ JH ) [6]:
σtotal2 = σinj2 + σD2 + σHD2 + σED2 + σEHD2 + σJh3
(5)
Ширина потока пробы на входе в канал разделения в конечном итоге ограничивает минимальную ширину потока аналита.Диффузия вызовет уширение, которое увеличивается со временем прохождения аналита через канал разделения [25]:
, где D — коэффициент диффузии, а t — время. Гидродинамическое расширение является результатом параболического потока, вызванного потоком, управляемым давлением. Аналиты вблизи центра разделительного канала перемещаются быстрее в параболическом профиле потока и, следовательно, испытывают электрическое поле в течение более короткого периода времени, мигрируя на более короткое расстояние, чем аналит у стенки канала ().Гидродинамическое уширение приводит к распределению в виде полумесяца [18]. Электродинамическое расширение в закрытых системах, как описано выше, также создает распределение в форме полумесяца, которое способствует расширению. Электрогидродинамическое искажение наблюдается, когда проводимость буфера для образцов выше, чем проводимость разделительного буфера [6]. Эта разница в проводимости приводит к разнице в электрическом поле в исходном потоке образца и в окружающем буфере разделения, что, в свою очередь, вызывает разницу в подвижности по мере того, как аналиты мигрируют в буфер разделения.
Графическое изображение гидродинамического и диффузионного уширения при электрофорезе в свободном потоке. Когда аналит не имеет чистой подвижности в электрическом поле ( μ = 0), диффузия будет расширять пик по мере его движения через канал. Если аналит отклоняется электрическим полем ( μ 0), возникают эффекты гидродинамического уширения. Гидродинамическое расширение вызвано разницей скоростей, создаваемой параболическим профилем потока в потоке, управляемом давлением. Аналиты у стенок канала будут течь медленнее, дольше испытывать электрическое поле и, таким образом, мигрировать дальше, чем аналиты вблизи центра канала.Перепечатано с разрешения Fonslow et al. (2006) Анал. Chem. Copyright 2006 Американское химическое общество
Расширение полосы при микролитическом электрофорезе в свободном потоке
Хотя механизмы уширения FFE являются хорошей отправной точкой для понимания механизмов μFFE, различия между системами требуют исключения или изменения некоторых параметров. Raymond et al. обнаруженный при применении механизмов расширения FFE к μFFE, не все наблюдаемое поведение согласуется с теорией [22]. Большинство устройств μFFE, за некоторыми исключениями, представляют собой открытые системы, в которых нет физического барьера между электродами и разделительным каналом [26, 27].Удаление барьера между разделительным каналом и электродом устраняет эффекты электродинамического уширения, поскольку поток жидкости, создаваемый EOF, не направляется обратно в разделительный канал. До сих пор эффект электродинамического уширения в конструкциях МКФЭ с закрытыми электродами не изучался. Поэтому остается неясным, существует ли минимальная глубина канала, ниже которой электродинамические эффекты не возникают. Электрогидродинамического уширения можно избежать в большинстве устройств, выбрав буферы с соответствующей проводимостью.Эффекты джоулева нагрева значительно уменьшены или устранены в μFFE из-за повышенного рассеивания тепла микромасштабных устройств [21, 28]. Таким образом, расширение полосы в устройствах μFFE с открытым каналом определяется диффузионным расширением, шириной полосы инжекции и гидродинамическим расширением [29]:
σtotal2 = σinj2 + σD2 + σHD2
(7)
Fonslow et al. включили эти источники уширения полосы, чтобы получить общее уравнение для уширения в μFFE [29]:
σtotal2 = winj212 + 2DLv + h3d2v105DL
(8)
где w — ширина входа для образца, D — коэффициент диффузии, L — длина до детектора, v — линейная скорость буфера, а ч — высота канала.Из этого уравнения можно сделать несколько ключевых наблюдений. Очевидно, что уменьшение высоты канала уменьшает его уширение. Помимо минимизации эффектов джоулева нагрева, миниатюризация FFE также снижает эффект гидродинамической дисперсии. Во-вторых, Fonslow et al. продемонстрировали, что уравнение уширения для μFFE аналогично уравнению ван Деемтера [30], используемому для оптимизации скорости подвижной фазы в хроматографии [29]. Как и при хроматографии, скорость потока влияет на расширение полосы как положительно, так и отрицательно.Возникает оптимальная скорость потока, уравновешивающая эффект диффузии с гидродинамическим расширением. Fonslow et al. смогли продемонстрировать это экспериментально [29]. В результате этих экспериментов было предложено следующее уравнение для разрешения в μFFE:
Rs = d1 − d2 (w1 + w2) / 2 = (μtotalr1 − μtotalr2) Et2 (winj212 + 2D1Lv + h3d12v105D1L + winj212 + 2D2Lv + h3d22v105D2L)
(9) Для упрощения
случаев оптимизации условий оптимизации учитывались все доминирующие источники уширения.Условия, при которых размер инжекции был основным источником уширения полосы, экспериментально не наблюдались, но уравнение. 9 предсказывает, что разрешение увеличивается линейно с увеличением разделительной способности. При более низких буферных скоростях разрешение определяется диффузией, что приводит к следующему упрощению уравнения. 9:Когда преобладает диффузия, разрешение увеличивается линейно с увеличением электрического поля и уменьшается с корнем от линейной скорости.
При высоких линейных скоростях буфера гидродинамическое уширение является доминирующим, и разрешение обратно пропорционально зависит от высоты канала и квадратного корня из линейной скорости.
Интересно, что было продемонстрировано, что разрешение в условиях преобладающего гидродинамического уширения не зависит от электрического поля и силы разделения. Fonslow et al. предложил, что лучшая стратегия для максимизации разрешения в μFFE состояла в том, чтобы выбрать мощность разделения (уравнение 4), которая распределяет аналиты по всей ширине канала разделения, а затем отрегулировать скорость буфера для оптимизации ширины полосы. Обратите внимание, что электрическое поле должно быть отрегулировано, поскольку скорость буфера оптимизирована так, чтобы разделительная мощность Et и, следовательно, положение пика оставались постоянными.Кроме того, было обнаружено, что EOF не вносит вклад в разделение аналитов, но вносит вклад в гидродинамическое расширение за счет увеличения расстояния миграции некоторых аналитов. Было замечено, что аналиты с более длинными расстояниями миграции испытывают большее уширение полосы. Модифицируя EOF буферными добавками, Fonslow et al. смогли настроить положение и полосу пропускания выбранных потоков сэмплов [29]. Путем тщательного выбора буферов для контроля EOF ключевые аналиты в смеси могут быть изолированы и разделены.
Изготовление μFFE
Устройства μFFE были изготовлены из различных материалов, обычно используемых в μTAS, включая стекло [27, 28, 31–33], кремний [21, 22], поли (диметилсилоксан) (PDMS) [34–37 ] и другие материалы, включая оргстекло [38] и майлар [39]. Стекло, кремний и PDMS — обычные подложки, используемые при изготовлении μTAS, и методы изготовления устройств из этих материалов подробно описаны в других источниках [40–42]. Таким образом, в этом обзоре будут освещены детали методов изготовления и материалов, представляющих особый интерес для μFFE.
Первые устройства μFFE были сконструированы из кремния, поскольку это жесткий материал, совместимый со многими широко используемыми методами микрообработки. Хотя кремний широко используется в микроэлектронике, он не является предпочтительным материалом для μFFE. Кремний имеет низкое напряжение пробоя, которое ограничивает напряжение, которое может быть приложено в устройствах μFFE, изготовленных из этого материала [21, 22]. После того, как Раймонд и др. Представили первое устройство μFFE, от кремния отказались в пользу других материалов.Стекло также является жестким материалом, но может выдерживать гораздо более высокие напряжения [31, 32]. Методы изготовления стекла включают стандартную фотолитографию и методы влажного травления, как описано в литературе () [19, 21, 32]. Металлические электроды наносятся и определяются с использованием аналогичных процессов. Затем пластина с рисунком прикрепляется к стеклянной пластине, образуя герметичный канал. Склеивание стекла со стеклом может быть выполнено термическим или анодным способом. Изначально в устройствах μFFE предпочтение было отдано анодному соединению для предотвращения провисания разделительного канала при приближении стекла к температуре отжига [32].При анодном соединении тонкий слой аморфного кремния наносится на одну из стеклянных пластин. Когда прикладывается высокое напряжение, миграция ионов натрия приводит к образованию обедненного слоя вблизи границы раздела пластин. Две пластины плотно стянуты вместе за счет электростатического взаимодействия, и окисление аморфного кремния до кремнезема ковалентно связывает их вместе. Термоплавкое соединение также успешно применялось в конструкциях микросхем с аналогичными областями разделения [27, 43]. В этом методе соединения стеклянные пластины прижимаются друг к другу и нагреваются до температуры чуть ниже температуры отжига (примерно 600 ° C) в течение нескольких часов.
Принципиальная схема изготовления микросхемы многослойного травления стекла. ( 1 ) Нанесите маскирующие слои из аморфного кремнезема (aSi) и фоторезиста. ( 2 ) Фотолитография. ( 3 ) Сухое травление ASI. ( 4 ) Стекло для влажного травления с HF ( 5 ) Фотолитография, травление aSi. ( 6 ) Протравка HF. ( 7 ) Удалите маскирующие слои. ( 8 ) Нанесите титан, золото и фоторезист. ( 9 ) Фотолитография, влажное травление металлов.( 10 ) Станок просверлите отверстия в верхней пластине. ( 11 ) Депозит aSi. ( 12 ) Анодное соединение
Другим распространенным материалом для изготовления микрожидкостных микросхем является мягкий формуемый полимер PDMS. Изготовление устройств в PDMS обычно быстрее и дешевле, чем из стекла или кремния. Этот материал имеет множество преимуществ, в том числе: он изолирующий, прозрачен для света выше 280 нм, нетоксичен и может обратимо связываться с самим собой или стеклом [40]. Химия поверхности PDMS обычно гидрофобна, но может быть сделана гидрофильной путем введения поверхностных групп Si-OH, таким образом вызывая EOF [40].Одним из недостатков изготовления μFFE с использованием PDMS является эластичность материала, что требует введения опорных столбов в разделительный канал для предотвращения провисания [34]. Чтобы изготовить микрочип PDMS, шаблон положительной рельефной мастер-формы формируется с использованием отрицательного фоторезиста SU-8. Свет, проецируемый через маску, полимеризует СУ-8 в жесткий материал, пригодный для формования. Неотвержденный ПДМС заливают мастером и оставляют для отверждения при температуре примерно 60 ° C в течение часа. Отвержденный PDMS отделяется от мастера, который можно повторно использовать для создания нескольких копий подложки PDMS.Затем подложку прикрепляют к жесткой опоре, такой как стеклянная пластина.
Другие методы изготовления μFFE описаны в литературе, хотя и не так распространены. Mazereeuw et al. обработанное оргстекло для формирования отсеков для электродов, буферных входных и выходных камер [38]. В верхней крышке просверлено отверстие для ввода пробы. Верхняя и нижняя пластины из оргстекла были разделены прокладкой размером 100 мкм для образования разделительного канала, в то время как пластины удерживались вместе с помощью гаек и болтов.Хотя этот метод изготовления может быть менее сложным, чем другие методы, размер канала ограничен толщиной прокладки. Stone et al. представили микросхему μFFITP, изготовленную из литого полистирола. Этот метод изготовления был представлен как способ быстрого изготовления нескольких устройств по низкой цене [44], хотя размеры каналов были ограничены обработкой пресс-формы. Другой метод изготовления, который, как предполагается, является быстрой и простой альтернативой стандартному стеклу и PDMS, — это микрочип, использующий тонер для лазерных принтеров в качестве конструкционного материала.Устройство изготавливается путем переноса распечатанного рисунка на предметное стекло [45]. Затем чип запечатывают другим предметным стеклом.
Конструкция μFFE
Одной из наиболее сложных проблем, связанных с миниатюризацией электрофореза в свободном потоке, является изоляция пузырьков электролиза, образованных приложением электрического поля. Пузырьки в канале разделения мешают разделению, искажая как положение потока аналита, так и электрическое поле. В приборах для электрофореза в макромасштабе со свободным потоком используются ионообменные мембраны для физической изоляции электродов от области разделения.В этих устройствах мембрана используется в качестве разделителя между двумя параллельными пластинами для определения зоны разделения. Толщина мембраны, в некоторых случаях составляющая всего 100 мкм [38], часто определяла высоту разделительного канала FFE. Хотя этот метод был успешным для более крупных устройств, небольшая высота канала устройств μFFE значительно усложняет интеграцию этих мембран. В этом разделе будут рассмотрены различные методы контроля пузырьков электролиза.
обобщает некоторые стратегии, используемые для уменьшения эффекта электролизных пузырьков.Самые ранние устройства μFFE использовали мембраноподобные массивы каналов, встроенные в устройство, в попытке изолировать разделительный канал от электродов [21, 22, 32, 34, 37]. Эта конструктивная особенность создавала высокое гидравлическое сопротивление, предотвращающее попадание пузырьков в разделительный канал, но также создавала высокое электрическое сопротивление, что приводило к низкому КПД по напряжению [34]. Было подсчитано, что всего 5% приложенного электрического поля испытывалось в канале разделения. Казалось бы, простое решение этой проблемы — увеличить приложенное напряжение, но это приводит к увеличению тока и большему образованию пузырьков.Кроме того, при установлении градиента pH с использованием амфолитов в IEF, поскольку большая часть падения напряжения происходила в боковых каналах, 95% градиента pH «терялось» в боковых каналах и не способствовало разделению. Другие ранние устройства были изготовлены с электродами без изоляции от канала разделения, что требовало низкого напряжения для предотвращения образования пузырьков. Лу и др. использовали электроды, непосредственно контактирующие с разделительным каналом, для выполнения μFFIEF [46]. Они ограничили применяемое разделительное напряжение до менее 2 В.Это предотвратило образование пузырьков, но также значительно увеличило время разделения, чем сообщалось ранее для других устройств μFFIEF [27, 37]. Macounova et al. использовали аналогичный подход в своем устройстве μFFIEF [39], но обнаружили, что использование палладиевых электродов снижает образование пузырьков [47]. Следующее поколение устройств μFFE начало включать ионообменные мембраны для предотвращения образования пузырьков газа. Альбрехт и др. изготовили устройство из ПДМС и заполнили область разделения полиакриламидным гелем [36]. Электроды не были запаяны внутри чипа, а вместо этого были электрически соединены через буфер внутри геля.В этом устройстве при разделении использовались электрические поля до 500 В · см -1 , но для смягчения эффектов джоулева нагрева требовалось активное охлаждение. Kohlheyer et al. представили цельностеклянное устройство с фотоизображением ионообменных мембран () [27] После изготовления и герметизации стеклянных элементов устройства чип был заполнен фотополимеризирующимся полиакриламидом. Области мембраны определялись воздействием воды через маску для полимеризации геля. Пузырьки выходили вокруг электродов через отверстия, расположенные в верхней части микросхемы.Это устройство имело расчетную полевую эффективность 40–60%, но мембраны страдали от проблем со стабильностью. Позже стабильность мембран этого устройства была улучшена за счет добавления стеклянных опорных столбов внутрь мембран [48]. DeJesus et al. представили стеклянное устройство μFFE с нанесенным тонером для лазерного принтера [45]. Они использовали боковые резервуары, заполненные полиакриламидным гелем, чтобы изолировать канал разделения. Электроды находились в «модуле раздельного электролиза» (MSE), заполненном электролитическим раствором, подключенном через полиэтиленовую трубку к боковым резервуарам ().Пузырьки электролиза захватывались электродными модулями и не влияли на разделение. Сообщалось, что 69% приложенного электрического поля было создано в канале разделения. Не сообщалось о проблемах с электролизом во время 3-часовой непрерывной работы устройства при 500 В. В целом устройства, в которых использовался полиакриламидный гель для изоляции электродов, предлагали гораздо более высокую полевую эффективность и эффективное управление пузырьками электролиза.
Различные конструктивные особенности, предотвращающие появление пузырьков электролиза, препятствующих разделению.( a ) Массивы микроканалов. Перепечатано частично с разрешения Raymond et al. (1994) Анал. Chem. Авторское право 1994 г. Американское химическое общество. ( b ) Протравленные электродные каналы. ( c ) Ионопроницаемые мембраны с открытыми электродами. ( d ) Электростатическая индукция заряда
Процесс изготовления ионообменных мембран с фотограммой. Kohlheyer et al. (2006) Лабораторный чип. Воспроизведено с разрешения Королевского химического общества
Принципиальная схема модуля для раздельного электрофореза (MSE).( a ) кабель источника напряжения; ( b ) поршень шприца; ( c ) цилиндр шприца объемом 1 мл; ( d ) резиновый поршень шприца; ( e ) платиновая проволока; ( f ) силиконовая втулка трубки; и полиэтиленовая трубка ( г ). deJesus et al. (2006) Электрофорез Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Воспроизведено с разрешения
Fonslow et al. свести к минимуму проблему образования пузырьков электролиза за счет использования глубины канала для изоляции электродов от канала разделения [28].Электроды изготавливались на участке, в четыре раза превышающем глубину разделительного канала. Используя теорию смазки и данные велосиметрии, авторы показали, что линейная скорость буфера в канале электрода была в 16 раз быстрее, чем в канале разделения. Увеличенный поток буфера над электродами выводил пузырьки из устройства, не мешая разделению. Электрическое поле до 589 В см -1 могло быть приложено до того, как джоулев нагрев стал ограничивающим фактором.Большая часть электрического сопротивления была сосредоточена внутри разделительного канала, в результате чего приблизительно 91% приложенного напряжения локализовалось в разделительном канале. Эта конструкция микросхемы потребовала дополнительных этапов изготовления и более сложной схемы накачки буфера. Позднее устройство было модернизировано, чтобы можно было вводить буфер разделения через единственное отверстие для доступа [49]. Недавнее исследование с использованием этого устройства показало, что положения пиков внутри разделительного канала были стабильными в течение примерно 20 минут при непрерывной работе при 50 В см -1 [50].Кобаяши и др. использовались узкие банки шириной 1 мм и толщиной 20 мкм для создания изоляции между электродом и областью разделения [51]. Хотя они сообщили о прилагаемом напряжении 2 кВ, авторы не обсуждают эффективность удаления пузырьков в их устройстве.
Индукция электростатического заряда — еще один метод применения μFFE без пузырьков. В этом устройстве используется изолирующая стенка для отделения электрода от разделительного канала. Когда на электрод подается заряд, прилегающая стенка изолятора образует диполь с противоположным зарядом, направленным по направлению к электроду ().Это передает заряд от электрода к внутренней стенке изолятора. Непрерывный поток буфера через чип не позволяет заряженным частицам в буфере нейтрализовать поверхностный заряд изолятора. Электрический ток и образование пузырьков не были обнаружены во время эксперимента по изотахофорезной фокусировке. Сообщалось, что напряжение прорыва ограничивало максимальное электрическое поле примерно до 180 В см -1 .
Изображение электростатической индукции. На металлический электрод, контактирующий с изолятором, подается напряжение.Возникающий в результате индуцированный диполь изолятора вызывает электростатический заряд в канале разделения. Нижняя панель : Эквивалентная принципиальная схема. Janasek et al. (2006) Лабораторный чип. Воспроизведено с разрешения Королевского химического общества
Подавление образования пузырьков с помощью электрохимических средств было продемонстрировано Kohlheyer et al. [43]. Окисление – восстановление гидрохинона и p -бензохинона (HQ) использовали для замены электролиза воды вблизи электродов.Пиковая стабильность между экспериментами с HQ и без него показала улучшение разрешения в 2,5 раза. Данные предполагают, что максимальное приложенное электрическое поле составляло 215 В см -1 до того, как начали формироваться пузырьки электролиза. Также отмечается, что окисление-восстановление HQ вызывает значительные изменения pH в канале разделения возле электродов. Это ограничивало эффективную область разделительного канала.
Различные конструктивные особенности и методы подавления образования пузырьков позволили значительно повысить КПД по напряжению и разрешение разделения в мкФФЭ.Однако у этих методов также есть свои ограничения. О непрерывной работе устройства μFFE без пузырьков в течение длительных периодов времени (более 1 ч) при высоких полях (более 200 В см -1 ) еще не сообщалось. Чтобы использовать весь потенциал μFFE, устройство должно работать непрерывно, без помех при разделении проб. Интеграция μFFE с другими устройствами μTAS еще не достигнута, отчасти из-за неэффективного долговременного подавления пузырьков. Электрохимическое подавление электролиза кажется многообещающим для долговременной работы μFFE, но ограниченные значения напряжения и изменения pH обескураживают.Комбинированный подход с использованием электрохимического подавления и глубины канала может обеспечить лучшие результаты.
Обнаружение μFFE
Обнаружение аналитов имеет первостепенное значение для успеха любого аналитического метода. Поскольку μFFE находит применение в качестве аналитической системы, критически важны низкие пределы обнаружения. Большинство систем FFE контролируют аналиты с помощью УФ-обнаружения после фракционирования [6], хотя сообщалось о некоторых примерах схем онлайн-обнаружения [38, 52]. Обнаружение аналитов во всех микрофлюидных устройствах ограничено небольшими объемами образцов и короткими длинами пути.Кроме того, обнаружение на кристалле в μFFE требует обнаружения по всей ширине разделительного канала. В отличие от детекторов в ВЭЖХ или КЭ, где аналит обнаруживается при прохождении фиксированной точки в заданное время, обнаружение должно происходить в более широкой области, потому что разделение в μFFE происходит в пространстве, а не во времени. Встроенные системы обнаружения для устройств μFFE были разработаны с использованием либо подвижного сканирующего детектора с точечным источником [21, 22, 38], либо непрерывного отображения более широкой области с помощью микроскопа и камеры [26, 28, 32, 33, 36, 39, 43, 45, 46, 48] ().Получение изображений с помощью микроскопа обычно является предпочтительным, поскольку оно не требует движущихся частей и позволяет одновременно обнаруживать все потоки образцов. Флуоресценция, электрохимия, комбинационное рассеяние с усилением поверхности, инфракрасное преобразование Фурье и другие методы обнаружения использовались в различных системах μTAS [19]. До сих пор большинство устройств μFFE использовали детектирование флуоресценции из-за его высокой чувствительности и селективности. Возбуждение флуоресценции осуществлялось с помощью возбуждающего света от лампы, прошедшей через микроскоп, или флуоресценции, индуцированной лазером.Возбуждение с помощью лампы с эпифлуоресцентной схемой легко выполняется на большинстве микроскопов, что делает этот источник обычным для большинства систем обнаружения. Чтобы улучшить пределы обнаружения, некоторые системы обнаружения μFFE включают лазерно-индуцированную флуоресценцию (LIF) () [21, 22, 38, 49, 50]. Несмотря на то, что они обеспечивают большую мощность возбуждения, установки LIF более сложны, поскольку они должны расширять луч, чтобы осветить линию через область разделения или обеспечивать метод сканирования ширины кристалла. Кроме того, лазерный луч должен пересекать чип под небольшим углом, чтобы освободить место для детектора.Некоторые группы избегают использования приборов для обнаружения флуоресценции, ограничивая свои исследования видимыми красителями [44, 45]. На сегодняшний день большинство исследований μFFE сосредоточено на улучшении разрешения разделения и внедрении новых рабочих режимов, в то время как пределы обнаружения и методы в значительной степени игнорируются. Недавно исследование пределов обнаружения с использованием LIF и усреднения сигнала в μFFE показало, что пределы обнаружения для флуоресцеина составляют всего 15 пмоль / л -1 [50]. Для достижения этого предела обнаружения было собрано до 2000 последовательных изображений μFFE и усреднено менее чем за 5 мин.Непрерывный характер разделения μFFE позволил собрать так много точек данных за такое короткое время. Используя традиционные методы разделения, усреднение сигнала нескольких разделений нецелесообразно из-за времени, необходимого для выполнения нескольких разделений, и воспроизводимости, необходимой между разделениями.
Встроенные флуоресцентные системы обнаружения для μFFE. ( a ) Лазерная линия проецируется по ширине разделительного канала для возбуждения. Флуоресцентный сигнал отображается под микроскопом и записывается камерой CCD.( b ) Установка аналогична ( a ), но возбуждение осуществляется светом, проецируемым через оптику микроскопа. ( c ) Лазерная точка на чипе возбуждает небольшую часть канала разделения. Флуоресцентный сигнал регистрируется с помощью фотоумножителя. Этап трансляции сканирует чип через окно обнаружения для сбора данных по ширине канала разделения
μFFE Разделение трех флуоресцентных красителей родамина 123 ( 1 ), родамина 110 ( 2 ) и флуоресцеина ( 3 ). ).( a ) Встроенное LIF-изображение красителей в зоне обнаружения. ( b ) Линейный скан того же разделения μFFE. Turgeon и Bowser (2009) Электрофорез Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Воспроизведено с разрешения
Были предложены методы обнаружения, отличные от флуоресценции. В недавнем обзоре Kohlheyer et al. предложено обнаружение поверхностного плазмонного резонанса (ППР) [53], но до сих пор в литературе не опубликовано никаких данных. Janasek et al. предложили использовать двумерный бесконтактный детектор проводимости, чтобы избежать флуоресцентного мечения и нефлуоресцентных спейсеров в своих устройствах μFFITP [33].На сегодняшний день об использовании детекторов проводимости не сообщается.
Приложения
Непрерывное разделение и обнаружение образцов дает μFFE уникальные преимущества по сравнению с традиционными методами разделения, такими как ВЭЖХ или КЭ. μFFE был предложен для предварительной обработки образцов в устройствах μTAS [22]. Использование онлайн-обнаружения также делает это устройство идеальным для мониторинга химических процессов в реальном времени [22]. Как и в случае с другими методами электрофореза, были разработаны различные режимы работы μFFE, включая зонный электрофорез (ZE), изоэлектрическое фокусирование (IEF) и изотахофорез (ITP).Большинство исследований μFFE на сегодняшний день были экспериментальными экспериментами, подтверждающими концепцию, чтобы показать улучшения в конструкции микросхем, пиковом разрешении и изготовлении микросхем, но применения этого метода начинают появляться.
Микрозонный электрофорез в свободном потоке (μFFZE)
В литературе описано множество различных разделений зонным электрофорезом с использованием устройств μFFE. Первые чипы μFFE разделяли флуоресцентно меченые аминокислоты с помощью зонного электрофореза [21]. Следующее исследование с использованием того же устройства показало, что μFFE способен разделять большие биомолекулы, такие как брадикинин, рибонуклеаза А и сывороточный альбумин человека [22].Это устройство было ограничено электрическим полем 50 В см -1 , с оценкой 2,5 В см -1 в канале разделения. Сообщенная пиковая емкость составляла восемь пиков см -1 . Позже Кобаяши и др. разделили два белка, цитохром C и миоглобин [51], в цельностеклянном чипе с большим разделительным каналом (ширина 56,5 мм × длина 35 мм × глубина 30 мм). Электрические поля величиной до 285 В см -1 были приложены для достижения непрерывного разделения. Первый чип PDMS μFFE разделял флуоресцентные красители флуоресцеин и родамин 110 и меченые аминокислоты [34].Устройство достигло разделения за 72 мс при зарегистрированной напряженности электрического поля 137 В см -1 в канале разделения. Fonslow et al. разделили смесь флуоресцентных красителей флуоресцеина, родамина 110 и родамина 123, чтобы показать возможность их многоуровневой конструкции чипа и изучить влияние условий разделения [28, 29, 32]. Их первое полностью стеклянное устройство имело максимальное электрическое поле в разделительном канале 283 В см −1 [32]. В то время как это устройство было ограничено электролизными пузырьками, более поздняя конструкция с глубоко протравленными электродными областями позволяла достигать полей 586 В · см −1 в канале разделения [28].Kohlheyer et al. также использовали флуоресцентные красители для проверки своего устройства μFFE [27]. Флуоресцеин и родамин B были разделены, и положение потока внутри чипа контролировалось путем изменения скорости потока на входных отверстиях буфера.
Микро-изоэлектрическая фокусировка со свободным потоком (μFFIEF)
Изоэлектрическая фокусировка — еще один распространенный способ разделения, распространенный в CE и FFE, который был продемонстрирован в μFFE. IEF разделяет молекулы на основе их изоэлектрической точки (pI). При приложении электрического поля внутри разделительной камеры устанавливается градиент pH.Электролиз воды на электродах и буферные смеси амфолита используются для создания градиента pH [37, 46]. Заряженные аналиты мигрируют через градиент pH, пока не достигнут зоны pH, равной их pI (и). Любое отклонение от этого положения заставляет молекулу заряжаться и перефокусироваться. Эта фокусировка ограничивает эффекты диффузного расширения бренда в IEF. μFFIEF был впервые представлен Xu et al. [37] с использованием устройства, ранее описанного для μFFE [34]. Миниатюризация полезна для ИЭФ, потому что она сокращает расстояния, на которые молекулы должны пройти, чтобы сфокусироваться.Сюй показал, что законы масштабирования миниатюризации применяются к μFFIEF, сокращая время фокусировки их устройств. Согласно законам масштабирования для переноса молекулярной массы, при десятикратном уменьшении размера разделение должно происходить в 100 раз быстрее [20]. По сравнению с обычным FFIEF, образцы концентрировались в 400 раз быстрее, чем сообщалось ранее [37].
Изоэлектрическое фокусирование с высоким разрешением семи флуоресцентных pH-маркеров с использованием чипа μFFE. Градиент от 4 до 10 единиц pH был установлен с использованием предварительно разделенных амфолитов.Флуоресцентный маркер имел pI 4, 5,1, 6,2, 7,2, 8,1, 9 и 10,3. Перепечатано частично с разрешения Kohlheyer et al. (2007) Анал. Chem. Copyright 2007 Американское химическое общество
При использовании μFFIEF был достигнут ряд заметных разделений. Первое устройство μFFIEF фокусировалось на флуоресцентных красителях и меченных ангиотензинами I и II [37]. Лу и др. отделяли субклеточные органеллы при низких напряжениях, но требовали длительного времени фокусировки, около 6 мин [46]. Song et al. представили прибор μFFIEF, в котором не применялось внешнее электрическое поле [54].Устройство создавало диффузионный потенциал, помещая образец между двумя буферами с высокой ионной силой. С помощью этого устройства они смогли разделить смесь пептидов и белков. Kohlheyer et al. использовали свое устройство для μFFIEF для разделения флуоресцентных маркеров с разными pI [27]. В улучшенной версии этого устройства буфер амфолита был введен предварительно разделенным, чтобы сократить время фокусировки аналитов [48]. Они достигли разрешения разделения аналитов с разницей pI 0,4 единицы pH.Разделение происходило в течение 2,5 с, а электрическое поле составляло 200 В · см −1 . По их оценкам, пиковая емкость устройств составляла 16 пиков см –1 . Альбрехт и Йенсен представили устройство μFFIEF с функционализированным гелем в канале разделения. Функционализированные гели обеспечивали буферизацию pH и предотвращали попадание пузырьков электролиза в канал разделения [36]. В следующей статье Альбрехт и Йенсен представили первое микропроточное устройство, в котором выполнялось линейное разделение «спина к спине» [35].Первое разделение μFFIEF произошло с использованием крутого градиента pH для достижения разделения с низким разрешением. Отделенные аналиты перетекали из одного из трех выпускных отверстий в одну из трех идентичных разделительных камер, работающих параллельно. Во втором разделении использовали неглубокий градиент pH для достижения IEF-разделения с высоким разрешением. Это устройство позволило получить высокое разрешение, сохранив при этом короткое время фокусировки. Подход к разделению, используемый в этом устройстве, может быть использован в других устройствах μFFE для более быстрого достижения разделения с высоким разрешением.С помощью этого устройства был разделен ряд различных белков.
Микро-изотахофорез в свободном потоке (μFFITP)
Изотахофорез используется для разделения и концентрирования больших объемов образца путем помещения образца между электролитными буферами с различной подвижностью. Он широко используется в капиллярном электрофорезе, а также в режиме свободного потока [6, 55] и μFFE [33]. В этих экспериментах электрическое поле внутри буфера обратно пропорционально проводимости буфера.Выбирается ведущий электролит, имеющий более высокую подвижность, чем аналит, в то время как конечный буфер имеет более низкую подвижность. Аналиты складываются в зоны между ведущим и конечным буферами. Аналиты концентрируются таким образом, чтобы проводимость зон соответствовала проводимости ведущего и ведомого электролитов. FFITP можно использовать для непрерывного концентрирования потока пробы. μFFITP представлен как метод предварительного концентрирования небольших объемов образцов с использованием преимуществ непрерывного потока для возможной интеграции с другими устройствами μTAS [33].Математическое моделирование было выполнено для оптимизации FFITP [56], но на сегодняшний день применимость этих моделей в отношении μFFITP не подтверждена экспериментально.
В литературе описано лишь несколько разделений с использованием μFFITP. Janasek et al. впервые продемонстрировал μFFITP, сосредоточив внимание на флуоресцеине, ацетилсалициловой кислоте и эозине G () [33]. Напряженность приложенного электрического поля составляла 525 В · см −1 при времени пребывания в камере 50 с. Со вторым устройством μFFITP, использующим электростатическую индукцию, максимальное электрическое поле 180 В см -1 было достигнуто в разделительной камере [26].
Разделение флуоресценции и эозина G с помощью изотахофореза μFFE. TE и LE — это аббревиатуры завершающих и ведущих электролитов соответственно. Печатается с разрешения Janasek et al. (2006) Анал. Chem. Copyright 2006 Американское химическое общество
Микроэлектрофорез в свободном потоке в поле (μFFFSE)
Последний способ разделения в FFE — это этапный электрофорез в поле. При ступенчатом электрофорезе по краям разделительной камеры используются буферы с высокой проводимостью.Это создает «стену», в которой подвижность образца будет уменьшаться, что заставляет полосу фокусироваться аналогично тому, как это происходит в ITP [6]. О первом использовании μFFFSE кратко сообщили Kohlheyer et al. в недавнем обзоре [53]. Авторы сообщили о разделении и фокусировке флуоресцеина от родамина B, но на момент написания этой рукописи никаких дополнительных данных опубликовано не было.
Динамическое разделение μFFE
Хотя описанные выше разделения представляют собой прогресс в разработке μFFE, никто не пытается извлечь выгоду из преимуществ непрерывного потока μFFE.Фонслоу и Баузер представили первое применение μFFE, которое действительно полагается на непрерывный поток [49]. Они использовали μFFE для непрерывного мониторинга разделения свободных зон, поскольку буферные условия разделения менялись с течением времени. Это позволяло наблюдать эффект ряда условий разделения в течение нескольких минут. Huh et al. использовали μFFE для непрерывного удаления мочевины из образца белка [57]. Задачи интеграции μFFE с другими устройствами μTAS или мониторинга разделенных аналитов в реальном времени с использованием μFFE еще предстоит реализовать, но эти последние тенденции в μFFE показывают, что устройства начинают переходить от проверки концепции к устройствам реального мира.
Заключение
Сильной стороной разделительных устройств FFE является способность непрерывно вводить, разделять и обнаруживать данный аналит. Миниатюризация FFE позволила улучшить разделительную способность за счет устранения джоулева нагрева. Миниатюризация сделала μFFE пригодной для интеграции с другими устройствами μTAS. Усовершенствования в конструкции устройства увеличили эффективную разделительную способность и улучшили разрешение. Различные методы подавления воздействия пузырьков электролиза также улучшили разрешение разделения.На сегодняшний день исследования предоставили достаточно улучшений, чтобы исследовать области применения, для которых µFFE уникально подходит. Внедрение μFFE в биоаналитические анализы и предварительную обработку образцов в сочетании с другими микрофлюидными устройствами находится в ближайшем будущем.
Биография
Майкл Т. Баузер в настоящее время является адъюнкт-профессором Университета Миннесоты, где он был преподавателем кафедры химии с 2000 года. Майкл был лауреатом премии ACS для молодых исследователей в области сепарационной науки в 2005 году.Его исследовательские интересы включают микрофлюидные устройства, измерения высокоскоростных нейромедиаторов и методы выделения высокоаффинных аптамеров.
Ссылки
7. Пруски З., Касичка В., Мудра П., Степанек Дж., Смекал О., Главак Дж. Электрофорез. 1990; 11: 932–986. [PubMed] [Google Scholar] 8. Zeiller K, Loser R, Pascher G, Hannig K. Hoppe-Syler’s Z Physiol Chem. 1975; 356: 1225–1244. [PubMed] [Google Scholar] 12. Нат С., Шютте Х., Вебер Дж., Хустедт Х., Деквер В-Д. Электрофорез. 1990; 11: 937–941.[PubMed] [Google Scholar] 14. Клифтон MJ, Jouve N, de Balmann H, Sanchez V. Электрофорез. 1990; 11: 913–919. [PubMed] [Google Scholar] 17. Родос PH, Снайдер RS. Электрофорез. 1986; 7: 113. [Google Scholar] 18. Hannig K, Wirth H, Meyer B.H, Zeiller K. Hoppe-Seyler’s Z Physiol Chem. 1975. 356: 1209–1223. [PubMed] [Google Scholar] 20. Манц А., Эйкель JCT. Pure Appl Chem. 2001. 73: 1555–1561. [Google Scholar] 21. Раймонд Д., Манц А., Видмер Х.М. Anal Chem. 1994; 66: 2858–2865. [Google Scholar] 23. Касичка В., Прусик З., Поспишек Я.J Chromatogr. 1992; 608: 13–22. [Google Scholar] 24. Касичка В., Прусик З., Сазелова П., Иржи Дж., Барт Т. Дж. Хроматогр. А. 1998; 796: 211–220. [PubMed] [Google Scholar] 25. Giddings JC. Единая наука разделения. Wiley; Нью-Йорк: 1991. [Google Scholar] 26. Janasek D, Schilling M, Manz A, Franzke J. Lab Chip. 2006; 6: 710–713. [PubMed] [Google Scholar] 27. Колхейер Д., Бесселинк Г.А.Дж., Шлаутманн С., Шасфорт УКР. Лабораторный чип. 2006; 6: 374–380. [PubMed] [Google Scholar] 30. Ван Деемтер Дж. Дж., Цудервег Ф. Дж., Флинкенберг А.Chem Eng Sci. 1956; 5: 271–289. [Google Scholar] 31. Шинохара Э., Таджима Н., Судзуки Х., Фунадзаки Дж. Анал Sci Suppl. 2001; 17: i441. [Google Scholar] 33. Janasek D, Schilling M, Franzke J, Manz A. Anal Chem. 2006; 78: 3815–3819. [PubMed] [Google Scholar] 38. Mazereeuw M, de Best CM, Tjaden UR, Irth H, van der Greef J. Anal Chem. 2000; 72: 3881–3886. [PubMed] [Google Scholar] 39. Macounova K, Cabrera CR, Holl MR, Yager P. Anal Chem. 2000; 72: 3745–3751. [PubMed] [Google Scholar] 40. Макдональд Дж. К., Даффи, округ Колумбия, Андерсон Дж. Р., Чиу Д. Т., Ву Х, Шуэллер О. Дж. А., Уайтсайдс ГМ.Электрофорез. 2000; 21: 27–40. [PubMed] [Google Scholar] 43. Колхейер Д., Эйкель Д.СТ., Шлаутманн С., ван ден Берг А., Шасфорт УКР. Anal Chem. 2008. 80: 4111–4118. [PubMed] [Google Scholar] 44. Стоун В.Н., Джалдок С.Дж., Кроасделл Л.А., Диллон Л.А., Филден П.Р., Годдард Нью-Джерси, Томас КЛП, Браун Б.Дж. J Chromatogr A. 2007; 1155: 199–205. [PubMed] [Google Scholar] 45. deJesus DP, Blanes L, doLago CL. Электрофорез. 2006; 27: 4935–4942. [PubMed] [Google Scholar] 46. Лу Х, Годе С, Шмидт М.А., Йенсен К.Ф. Anal Chem. 2004. 76: 5705–5712.[PubMed] [Google Scholar] 48. Колхейер Д., Эйкель Д.СТ., Шлаутманн С., ван ден Берг А., Шасфорт УКР. Anal Chem. 2007. 79: 8190–8198. [PubMed] [Google Scholar] 50. Turgeon RT, Bowser MT. Электрофорез. 2009 (в печати) [Google Scholar] 51. Кобаяси Х., Шимамура К., Акаида Т., Сакано К., Таджима Н., Фунадзаки Дж., Сузуки Х., Шинохара Э. Дж. Хроматогр. А. 2003; 990: 169–178. [PubMed] [Google Scholar] 52. Hannig K, Wirth H, Schindler RK, Spiegel K. Hoppe-Seyler’s Z Physiol Chem. 1977; 358: 753–763. [PubMed] [Google Scholar] 53.Колхейер Д., Эйкель JCT, ван ден Берг А., Шасфорт УКР. Электрофорез. 2008; 29: 977–993. [PubMed] [Google Scholar] 55. Хоффштеттер-Кун С., Кун Р., Вагнер Х. Электрофорез. 1990; 11: 304–309. [PubMed] [Google Scholar] 56. Kasicka V, Prusik Z.J Chromatogr A. 1987; 390: 27–37. [Google Scholar] 57. Huh YS, Park TJ, Yang K, Lee EZ, Hong YK, Lee SY, Kim DH, Hong WH. Ультрамикроскопия. 2008. 108: 1365–1370. [PubMed] [Google Scholar] Электрофорезмикросекунд | PNAS
Аннотация
Хотя существуют стратегии анализа для исследования разнообразных молекулярных свойств, большинство из этих подходов не подходят для изучения промежуточных продуктов реакции и других переходных частиц.Разделение, в частности, может предоставить подробную информацию об атрибутах, которые нелегко измерить с помощью спектроскопии, но обычно выполняются в масштабах времени, намного превышающих продолжительность жизни очень нестабильных соединений. Здесь мы сообщаем о разработке электрофоретической стратегии, которая резко расширяет практический предел скорости для фракционирования и демонстрирует ее полезность при исследовании переходных гидроксииндольных фотопродуктов. Флуоресцентные промежуточные продукты реакции образуются оптически в фемтолитровых объемах в текущем потоке реагентов и по-разному переносятся со скоростью до 1.3 м⋅с -1 , тем самым сводя к минимуму разброс полос и позволяя разделять многокомпонентные реакционные смеси на пути разделения длиной всего 9 мкм. Время миграции аналита и дисперсия полос существенно не отклоняются от базовой теории для разделений, проводимых с полями, превышающими 0,1 МВ⋅см -1 , что указывает на незначительные эффекты от джоулева нагрева. Мы демонстрируем возможность достижения базового разрешения бинарной смеси за <10 мкс, что почти в 100 раз быстрее, чем это было возможно ранее.Применение этого подхода к изучению ряда короткоживущих молекул должно быть возможным.
Несмотря на огромную ценность, спектроскопия с временным разрешением в конечном итоге ограничена в своей способности исследовать переходные молекулы в фазе раствора. Точная интерпретация спектроскопических данных может быть проблематичной, если спектральные характеристики широкие или реакционная среда содержит несколько химических соединений. Измерения поведения молекулярного транспорта в определенных областях или в условиях хроматографического потока могут дать представление о свойствах, которые трудно определить только с помощью спектроскопии, и во многих случаях могут использоваться для получения информации о большом количестве компонентов в сложных смесях образцов.К сожалению, поскольку для завершения таких процедур разделения обычно требуются минуты или больше, они не подходят для исследования крайне нестабильных молекул.
Скорость разделения ограничена временем, необходимым для транспортировки интересующего вида на расстояние, достаточно большое, чтобы изолировать его от других обнаруживаемых компонентов. При хроматографическом разделении скорость аналита обычно ограничивается его скоростью переноса между фазами, при этом высота пластин становится недопустимо большой в условиях высокой скорости потока.Напротив, капиллярный электрофорез (КЭ) не ограничен кинетикой разделения или адсорбции-десорбции и, следовательно, был адаптирован для анализа в низко- и субсекундных временных масштабах (1–6). В CE время миграции ( t ) аналита масштабируется как расстояние разделения ( L ) и обратно пропорционально приложенному полю ( E ) 1, где μ — это сумма электрофоретической и электроосмотической подвижностей. В идеальных условиях, когда диффузия является единственным определяющим фактором пространственной ширины полосы, Йоргенсон и Лукач (7) показали, что количество теоретических пластин ( N ), получаемых при разделении, зависит только от напряжения ( В, ), приложенного к разделению. области, независимо от расстояния разделения, 2, где σ — среднеквадратичная ширина полосы, а D — коэффициент диффузии аналита.Из уравнения. 2, представляется возможным достичь более быстрого разделения, просто приложив заданное напряжение к все более коротким разделительным каналам. Однако в конечном итоге джоулев нагрев накладывает практический предел на силу электрического поля, которое можно использовать, а отклонения, вызванные длиной инжекционной пробки и пространственной протяженностью области обнаружения, снижают эффективность разделения (7, 8).
Хотя ограничения электрического поля важны, эффекты от джоулева нагрева можно минимизировать, используя каналы с очень узким проходом (т.е.е., внутренний диаметр ≤10 мкм) и буферные системы с низкой проводимостью. Соответственно, самой большой проблемой для высокоскоростного КЭ было уменьшение длины заглушки впрыска до размеров, подходящих для сверхкоротких разделительных расстояний. Стратегия, основанная на микрофлюидике, в которой образцы электроосмотически вводятся в область разделения внутри сети каналов, использовалась с очень большими электрическими полями (≈50 кВ⋅см -1 ) для фракционирования дихлорфлуоресцеина и родамина за ≈1 мс. , самое быстрое разделение, опубликованное на сегодняшний день (3).Однако скорость и эффективность этого подхода в конечном итоге ограничены временем, необходимым для создания полей на кристалле, необходимых для введения образца и последующего фракционирования.
Оптическое стробирование может использоваться как альтернатива отбору проб на основе микрофлюидики для более быстрой модуляции состава текущих потоков аналитов (1). Этот подход основан на использовании высокоинтенсивного лазера для эффективного фотодеструкции флуоресцентных аналитов, когда они попадают в зону разделения. Когда необходимо выполнить разделение, лазерный луч блокируется, что позволяет небольшой пробке флуоресцентного материала без изменений проходить в зону разделения для электрофоретического анализа.Поскольку разделительное напряжение постоянно прикладывается к капилляру, время емкостной зарядки не ограничивает, насколько узкой может быть пробка для образца; скорее, размеры заглушки определяются размерами лазерного фокуса, временем, необходимым для оптического переключения, и скоростью, с которой образцы мигрируют через узел стробирования. Свертка этих факторов может привести к образованию пробок длиной <1 мкм даже в условиях чрезвычайно высокоскоростного потока раствора.
КЭ с оптическим стробированием изначально был разработан как средство для последовательного отбора проб из выходящего хроматографического потока (1), а не для исследования переходных молекулярных состояний.Молекулы, претерпевающие фотоальтерацию, не поддавались обнаружению, что позволяло обнаруживать флуоресцентные пики на низком фоне. Исследования многофотонно-возбужденных фотореакций биологических молекул (9–11), в которых термолабильные флуоресцентные фотопродукты генерируются из нефлуоресцентных реагентов, показали, что оптическое стробирование может быть полезным средством для получения пробок развивающихся химических смесей для электрофоретического анализа. Обратите внимание, что в этом случае оптическое стробирование создает, а не разрушает флуоресцентные молекулы.Мы продемонстрировали, что за счет использования оптики с высокой числовой апертурой для минимизации размеров оптических затворов и зондов, оптически управляемые CE-разделения могут фракционировать катионные фотопродукты из анионных гидроксииндола по путям миграции 9–12 мкм, наименьшему расстоянию разделения, о котором сообщалось на сегодняшний день ( 5). Хотя этот подход позволял анализировать смеси на временных масштабах с малыми миллисекундами, скорость и эффективность таких разделений были ограничены величиной электрического поля, которое могло быть приложено к области разделения (≈2000 В⋅см -1 ). .
Здесь мы сообщаем об использовании геометрической модификации капилляра для усиления электрических полей, возникающих в оптически закрытых разделительных областях, подход, который приводит к значительному сокращению времени разделения и, соответственно, значительному повышению эффективности разделения. В этих экспериментах смеси 5-гидроксииндолов вводятся непрерывно с использованием чрезвычайно сильных электрических полей в область капилляра из плавленого кварца, который был вытянут до формы песочных часов. Когда молекулы реагента входят в наиболее ограниченную область канала, в закрытом лазерном фокусе создаются пробки из многофотонных фотопродуктов, излучающих видимый свет.Эти пробки электрофоретически разделяются на составляющие полосы и обнаруживаются с помощью двухфотонной возбужденной флуоресценции ≈10 мкм ниже по потоку в фокусе зонда (рис. 1 a ). Базовое разрешение бинарной смеси положительных и нейтральных переходных фотопродуктов достигается за время всего 10 мкс, что почти в 100 раз быстрее, чем сообщалось ранее для любого метода фракционирования.
Рисунок 1( a ) Схема областей фотореакции и зонда в микросекундных разделениях с оптическим стробированием.Фемтолитровые реакционные пробки создаются в текущих потоках реагентов с помощью фокуса затвора, который переключается на высокую интенсивность на ≈1–2 мкс; переходные продукты реакции мигрируют в соответствии с отношением заряда к сопротивлению, что дает возможность анализировать реакционные смеси за микросекунды. Как показано, диффузия фотопродуктов незначительна во временных масштабах этих разделений. ( b ) Типичная структура песочных часов, созданная в центральной части короткого капилляра из плавленого кварца (внутренний диаметр 29 мкм и внешний диаметр 320 мкм).в неотгруженных регионах). Уменьшая площадь поперечного сечения в ≈30–40 раз, на коротких участках капилляров можно генерировать поля более 0,1 МВ · см –1 , используя приложенный потенциал 20 кВ. (Масштабная шкала, 250 мкм.) На вставке в рамке показана центральная (≈60 мкм) область песочных часов, где выполняется разделение. ( c ) Схема установки для электрофореза. Соответствующий индекс глицерин используется для заполнения микроскопических зазоров между капилляром и нижележащим покровным стеклом.Объектив микроскопа (obj) фокусирует два отдельных лазерных луча, луч фотореакции с микросекундной синхронизацией и непрерывный зондирующий луч, в положения в капилляре, разделенные расстоянием ≈10 мкм.
Методы
Во всех исследованиях использовался фемтосекундный Ti / S-лазер Coherent Mira 900-F с частотой 76 МГц (≈750 нм), накачиваемый когерентным лазером Верди с удвоенной частотой (532 нм) с удвоенной частотой (532 нм). Выходной сигнал Mira разделяется на отдельные затворные и зондирующие лучи с помощью полуволновой пластины и поляризационного светоделителя.Интенсивность затворного луча изменяется второй парой полуволновой пластины / поляризатора и электрооптически модулируется с помощью ячейки Поккеля (350–50, Conoptics, Danbury, CT), управляемой высокоскоростным генератором задержки (DG-535). , Stanford Research, Саннивейл, Калифорния). Ячейка Поккеля, которая имеет время нарастания и спада <1 мкс, модулируется для получения периодов затвора от ≈1 до 2 мкс (≈75–150 лазерных импульсов на затвор, ≈3 нДж на импульс) с частотой повторения 500 Гц. Немодулированный пробный луч обычно работает при средней мощности ≈50 мВт (≈0.4 нДж на импульс), уровень, достаточный для исследования промежуточных продуктов реакции при минимизации дополнительной фотореакции. † Два луча рекомбинируют с небольшим отклонением от оси друг от друга с помощью поляризационного светоделителя, проходящего через длиннопроходное дихроичное зеркало (630DCXRU, Chroma Technology, Brattleboro, VT), и отражается в масляно-иммерсионном микроскопе с числовой апертурой 1,3 × 100 (Fluar, Zeiss) с светоделителем 90/10 (т. Е. С номинальным коэффициентом отражения 90%), расположенным непосредственно под объективом. Поскольку модулированный и немодулированный лучи не являются точно коллинеарными, две перетяжки луча формируются в разных положениях в фокальной плоскости.Регулировка угла наклона зеркала используется для выравнивания и разделения фокусных точек. Используя эту оптическую систему, можно получить многофотонные фокусные объемы <1 мкм 3 (10).
Видимая флуоресценция от фотопродуктов гидроксииндола собирается с помощью объектива × 100, направляется обратно по пути распространения лазера светоделителем 90/10 и отражается в сторону двухщелочного фотоумножителя (HC-125, Hamamatsu, Middlesex, NJ) дихроичным зеркалом. Остаточное лазерное рассеяние отклоняется от пути сбора света с помощью 5-сантиметрового насыщенного водного фильтра CuSO 4 и трех фильтров BG 39 толщиной 3 мм.Сигнал от фотоумножителя регистрируется в режиме счета фотонов с помощью многоканального скалера (SR430, Stanford Research), который позволяет суммировать данные на лету из последовательных циклов электрофоретики. Для некоторых исследований добавляется второй канал обнаружения для измерения УФ-флуоресценции. В этом случае между светоделителем 90/10 и дихроичным зеркалом, отражающим видимую часть спектра, вставляется длиннопроходное дихроичное зеркало, отражающее УФ-лучи (375DCLP, Chroma Technology). УФ-флуоресценция, отраженная от пути луча в этом месте, проходит через два пропускающих УФ-светофильтра (Barr Associates, Westford, MA) и измеряется с помощью второго фотоумножителя и многоканального скалера SR430.
Капилляры из плавленого кварца (Polymicro Technologies, Phoenix) вытягиваются до формы песочных часов (рис. 1 b ) с помощью съемника микропипеток (P-2000, Sutter Instruments, Novato, CA). Для создания песочных часов различных размеров можно использовать различные последовательности вытягивания. Для исследований, представленных здесь, используется процедура, которая приводит к диаметрам перетяжки капилляров в ≈5-7 раз меньше, чем в необработанных областях капилляров, при этом общие песочные часы простираются на область длиной 1-2 мм, расположенную по центру. капилляр длиной ≈6 см.В песочных часах i.d./o.d. соотношение остается аналогичным, и наиболее узкая капиллярная область обычно простирается на расстояние 50–100 мкм (рис. 1 b , вставка в рамке).
Модифицированный инвертированный оптический микроскоп (Axiovert 135, Zeiss) служит стабильной платформой для капилляра и объектива и предоставляет средства для визуализации канала для целей совмещения. Вытянутые капилляры закрепляются под фрезерованным блоком из оргстекла так, чтобы область песочных часов совпадала с просверленным отверстием для доступа (рис.1 с ). Покровное стекло из боросиликатного стекла (№ 0) устанавливается непосредственно под капилляром и герметично прилегает к блоку, образуя углубление, окружающее растянутую область капилляра. Жидкость, соответствующая показателю преломления (глицерин), помещается в лунку, чтобы заполнить узкий зазор между капилляром и нижележащим покровным стеклом. Такой подход сводит к минимуму оптические аберрации, вызванные изогнутой поверхностью капилляра.
Проба перемещается электрокинетическим способом между впускной и выпускной ампулами, которые закрыты перегородками для удержания растворов с высоким потенциалом.Проволока платиновых электродов и пластиковые трубки малого диаметра (используемые для дезоксигенации растворов с фосфатным буфером) фиксируются на месте у основания каждого флакона с помощью эпоксидной смолы. Вся сборка, включая буферные резервуары и изолирующие листы оргстекла, прикручена болтами к трехосевой платформе трансляции (562, Ньюпорт, Фаунтин-Вэлли, Калифорния). Моторизованные приводы (860A, Soma, Irvine, CA) используются для окончательного совмещения капилляра с лазерными фокусами. Разделительные напряжения прикладываются с помощью двух двухполюсных высоковольтных источников питания (CZE1000, Spellman, Hauppage, NY), подключенных к одной и той же земле и работающих с противоположными полярностями.
Все реагенты используются в том виде, в котором они получены от Aldrich. Растворы образцов 5-гидрокситриптамина [серотонина (5HT)] креатинина сульфата и 5-гидрокситриптофана (5HTrp) ежедневно готовят свежими в буфере для электрофореза (5 мМ Hepes натрия, pH 7,1 или 5 мМ фосфата натрия, pH 7,0) и фильтруют с использованием 0,20- Шприцевые фильтры мкм (Corning, Corning, NY). Концентрации буфера сведены к минимуму для ограничения тока при разделении в сильных полях и, в случае Hepes, для минимизации образования гидроксииндольных фотополимеров.Образцы с фосфатным буфером деоксигенируют в течение ≈15 мин путем медленного барботирования газообразного аргона через входную ампулу (9). Для исследований масштабирования скорости капилляры и буферные резервуары заполняются раствором и уравновешиваются путем приложения высокого напряжения в течение ≈30 мин перед использованием.
Результаты и обсуждение
Способность этой системы анализировать кратковременные фотохимические продукты была оценена с использованием различных полей разделения и скорости сбора данных (рис. 2).Здесь потенциал 10 или 20 кВ был приложен к капилляру длиной 6,1 см (исходный внутренний диаметр и внешний диаметр 29 и 320 мкм соответственно). Общая область растяжения на этом капилляре простиралась на ≈1,5 мм, достигая минимального диаметра канала ≈5 мкм на перетяжке песочных часов. Анализ с потенциалом 20 кВ обеспечивает чрезвычайно быстрое базовое разрешение переходных фотопродуктов 5HT и 5HTrp, при этом два вида мигрируют через разделительное расстояние 10 мкм за 14,0 и 19,5 мкс соответственно. Две нижние трассы на рис.2 показаны отдельные анализы при 20 кВ, выполненные в идентичных условиях, за исключением скорости сбора данных. Анализ с более высоким отношением сигнал / шум (светлые кружки) был получен с использованием интервалов данных 640 нс, размер которых приводит к умеренной недостаточной дискретизации (от пяти до шести интервалов на пик). Уменьшая размер бункера данных до 320 нс (черные кружки), достигается несколько лучшее определение пика (≥10 бинов на пик). Верхний график на рис. 2 показывает анализ смеси гидроксииндолов, полученный с потенциалом разделения 10 кВ.Здесь ось времени сжимается в 2 раза (т. Е. Кривая простирается от 0 до 70 мкс), чтобы обеспечить прямое визуальное сравнение с разносами 20 кВ. Скорости аналитов масштабируются, как и ожидалось, в зависимости от потенциала разделения, а пространственная ширина полос аналогична в двух полевых условиях.
Рисунок 2Электрофоретическая характеристика переходных фотохимических продуктов, созданных из смесей 5-гидроксииндолов 5HT и 5HTrp (оба 250 мкМ), с использованием расстояния разделения 10 мкм.Две нижние кривые представляют собой анализы реакционной смеси, полученной с использованием поля 0,12 МВ⋅см -1 (20 кВ). Базовое разрешение двух флуоресцентных продуктов достигается за ≈19,5 мкс. Размеры ячейки для подсчета фотонов составляли 640 нс (светлые кружки) и 320 нс (черные кружки). Верхняя кривая (серые кружки) демонстрирует анализ с бинами данных 0,06 МВ⋅см -1 (10 кВ) и 640 нс и был сжат в 2 раза по горизонтали, чтобы облегчить сравнение с более быстрыми разделениями в более высоком поле. .Номинальный период стробирования для каждого анализа составлял 2 мкс; ≈50 500 и 65 500 повторных электрофоретических событий были суммированы, чтобы получить кривые 10 и 20 кВ, соответственно. Значения по оси и представляют собой фактические отсчеты для кривой 20 кВ (640 нс), при этом другие анализы смещены по вертикали для облегчения визуального сравнения.
Длительность периода затвора, номинально 2 мкс для всех трех разделений, оценивалась путем фокусировки луча Ti / S в раствор флуоресцеина с относительно низкой мощностью лазера (≈5 мВт).Двухфотонное возбужденное излучение из этого раствора (рис.2 , вставка ) показывает несколько более длительное время для достижения 90% плато (≈0,7 мкс), чем для возврата 90% к базовому уровню (≈0,5 мкс) и общей среднеквадратичной длительности (σ вентиль ) ≈0,57 мкс. При условии, что насыщения перехода не происходит, более высокая зависимость интенсивности фотореакции гидроксииндола должна вызывать несколько более крутые времена нарастания и спада, чем те, которые связаны с этим переходным процессом флуоресценции.
Для капилляра без выталкивания длиной 6 см приложение потенциала между входным и выходным резервуарами установило бы однородное в осевом направлении поле только ≈0.16 В · см −1 для каждого приложенного вольт. Поскольку подвижности 5HTrp и его кратковременный фотопродукт неотличимы на микросекундных временных масштабах, ‡ знание подвижности 5HTrp (определяемое с использованием обычных CE-разделений, составляет 4,4 × 10 −4 см 2 ⋅V −1 s −1 ) предоставляет средства для оценки полей в структурах песочных часов. Для разделений, показанных на рис. 2, на один вольт, приложенный к капилляру, генерировалось поле около 6 В · см –1 , что в ≈35 раз по сравнению с незаполненным каналом.Такие поля похожи на то, что предсказывается с помощью простой модели, основанной на законе Ома и геометрии области песочных часов.
Детальное исследование скоростей аналитов и ширины полосы было выполнено с использованием полей разделения в диапазоне до 0,12 МВ⋅см –1 (приложенные потенциалы 5–20 кВ). Скорости миграции фотопродуктов линейно масштабируются с потенциалом (рис. 3 a ), достигая значений 0,72 м⋅с -1 (продукт 5HT) и 0,52 м⋅с -1 (продукт 5HTrp) при 20 кВ.Линейная аппроксимация методом наименьших квадратов демонстрирует превосходное согласие с данными, указывая на то, что нагревание не влияет на подвижность в данном исследовании.
Рисунок 3( a ) Графики зависимости скорости от приложенного потенциала для фотопродуктов 5HT и 5HTrp. Оба графика линейно масштабируются в исследуемом здесь диапазоне потенциалов, демонстрируя, что джоулев нагрев не изменяет существенно подвижности даже для полей> 0,1 МВ⋅см -1 . Повторные измерения были сделаны при каждом значении приложенного потенциала.( b ) Дисперсия полосы (σ 2 , мкм 2 ) для 5HT и 5HTrp как функция времени миграции пика с номинальными периодами стробирования 2 мкс для каждого анализа. Сплошная кривая представляет собой идеальную дисперсию полосы, рассчитанную с использованием среднеквадратичного фокусного размера (σ , фокус ) 0,265 мкм, среднеквадратичной длительности стробирования (σ gate ) 0,57 мкс и коэффициента диффузии продукта ( D ) 6,5. × 10 −6 см 2 ⋅s −1 . Те же растворы реагентов и капилляр использовались для сбора данных на рис.2 и 3.
Пространственная дисперсия (σ 2 ) временных пиков фотопродуктов была определена для каждого из 16 анализов (т. Е. Дубликатов четырех различных полевых настроек для обоих соединений), исследованных на рис. 3 a . Дисперсия полос в этих исследованиях является наибольшей для видов, мигрирующих наиболее быстро (рис. 3 b ), что ожидается даже в отсутствие эффектов джоулевого нагрева. В базовой модели, которая не учитывает вклад температурных градиентов в уширение полосы, общая дисперсия представлена как сумма членов, связанных с введением образца [(σ intro ) 2 ], диффузией во время процесса разделения и конечный участок обнаружения [(σ det ) 2 ].3 Здесь t mig — среднее время миграции данного аналита. Дисперсия обнаружения может быть представлена как σ, где σ focus — среднеквадратичный фокусный размер (зависит от размера фокусного пятна и эффективной зависимости интенсивности возбуждения). Отклонение от введения образца зависит как от этого фокусного размера, так и от миграции аналита в течение периода стробирования (рассчитывается как произведение скорости аналита, v , и σ gate , среднеквадратичной длительности стробирования).Таким образом, общая пространственная дисперсия равна 4 В этом уравнении скорости и время миграции известны. Используя среднеквадратичную длительность затвора, измеренную для флуоресцеина (0,57 мкс), и коэффициент диффузии (6,5 × 10 −6 см 2 s −1 ), который предполагает структурное сходство между продуктом и исходными молекулами (12), предсказания зависимости дисперсии от времени миграции для разных значений σ focus можно сравнить с экспериментальными результатами. Кривая на рис. 3 b была построена с использованием среднеквадратичного фокусного размера 0.265 мкм, что является разумным размером для оптической конфигурации, использованной в этих исследованиях. §
Возможность использования значительно более высоких полей для электрофоретической характеристики переходных растворов в более коротких временных масштабах продемонстрирована на рис. 4. Здесь поле, оцененное в ≈0,15 МВ · см. −1 было использовано для фракционирования фотопродуктов 5HT и 5HTrp в более узком капиллярный (первоначально, 15 мкм в диаметре и 360 мкм в диаметре), причем оба пика мигрируют через разделительное расстояние 9 мкм за <10 мкс.¶ Для поддержания разумной эффективности разделения номинальный период стробирования был уменьшен до 1 мкс. Поскольку сигнал фотопродукта уменьшается при использовании чрезвычайно коротких периодов стробирования и для очень больших скоростей миграции, было необходимо поддерживать размер бункера данных на уровне 640 нс для обнаружения пиков выше базового шума; в результате полосы дискретизируются недостаточно (примерно от трех до пяти интервалов на пик). Лучшее отношение сигнал / шум может быть достигнуто для меньших размеров бина путем суммирования большего количества анализов, но многоканальный скейлер, используемый в текущих исследованиях, ограничен регистрацией ≈65 500 повторяющихся событий.
Рисунок 4Электрофоретическое разрешение фотопродуктов 5HT и 5HTrp за 10 мкс. Здесь для фракционирования компонентов на расстоянии 9 мкм использовалось поле, оцениваемое в ≈0,15 МВ⋅см -1 (35 кВ). Раствор образца содержал дезоксигенированный фосфатный буфер (5 мМ, pH 7,0) и 5HT и 5HTrp (оба по 500 мкМ). Приблизительно 65 500 повторных электрофоретических событий были суммированы для создания этой кривой, а размер бункера данных составил 640 нс. Номинальная длительность затвора составляла 1 мкс, мощность зондирующего пучка составляла ≈100 мВт.
Предполагая, что выполняется большее усреднение сигнала, должно быть возможным дальнейшее сокращение времени разделения за счет использования некоторой комбинации большей напряженности поля, растворителей с более низкой вязкостью и более коротких разделительных расстояний; однако, если не удастся создать более короткие пробки для проб, снижение эффективности разделения в конечном итоге станет недопустимым. Использование устройства захвата импульсов или акустооптического модулятора вместо текущей ячейки Поккеля могло бы существенно сократить длительность затвора, что необходимо для достижения субмикросекундного времени анализа.Поля, необходимые для такого улучшения времени разделения, могут вызвать значительные радиальные градиенты температуры и, как следствие, снижение эффективности разделения, если не используются разделительные каналы меньшего диаметра. В конечном счете, скорость, с которой может быть выполнено разделение с оптическим стробированием, ограничена кинетикой соответствующей фотохимии, которая еще не была полностью исследована для рассматриваемых здесь гидроксииндольных реакций.
Из-за небольшой пространственной протяженности форсунок и высокоскоростной транспортировки,> 20 миллионов теоретических тарелок генерировалось в секунду для разделения 20 кВ, показанного на рис.2, что почти в 100 раз больше, чем было возможно ранее (6). Хотя результирующие теоретические числа тарелок невелики ( N, ≈ 300–500), эффективность разделения в ≈10 раз выше, чем у более ранних миллисекундных разделений (3, 5). Более того, относительно незначительные модификации существующего прибора и геометрии разделительного капилляра должны сделать возможным выполнение фракционирования на гораздо больших расстояниях с использованием полей, аналогичных тем, которые используются в текущих исследованиях. Поскольку основные причины расхождений в текущих исследованиях связаны с длиной ввода пробы и процессом обнаружения, прогнозируется <2-кратное увеличение дисперсии для 5HTrp, когда общее расстояние миграции увеличивается с 10 до 100 мкм (для E = 0.12 МВ⋅см −1 , длительность затвора 2 мкс и те же размеры фокуса, которые использовались в текущих исследованиях). Как следствие, ожидается, что такое разделение приведет к увеличению теоретического числа тарелок более чем в 50 раз ( N exp > 2 × 10 4 ). Таким образом, представляется возможным выполнить CE-разделение за <0,25 мс с эффективностью, сравнимой с эффективностью, типичной для высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Существуют возможности для применения этого метода высокоскоростного фракционирования для изучения других переходных видов.Фотореакции с участием различных классов ароматических молекул генерируют продукты с новыми флуоресцентными свойствами (13–16), некоторые из которых могут протекать через промежуточные соединения, поддающиеся этой стратегии анализа. В качестве более общего подхода к изучению фотореакций, которые обычно не приводят к образованию флуоресцентных промежуточных продуктов, может оказаться целесообразным конъюгировать гидроксииндольную метку с интересующим фотохимически активным веществом, таким образом придавая реагентам тот же флуоресцентный фотопереключатель, который используется здесь в оптически закрытых разделениях.Более того, этот подход не ограничивался бы исследованиями фотохимии. Инициируя реакции посредством микросекундного фотолитического высвобождения реагентов из заключенных в клетку прекурсоров (17) или посредством микросекундного смешивания реагентов внутри микроканальных сетей (18), промежуточные соединения в тепловых реакциях могут быть исследованы в субмиллисекундных временных масштабах. Аналогичным образом может быть достигнута характеристика временных конформаций макромолекул. Одновременно инициируя сворачивание белка и фототрансформацию остатка 5HTrp (замещенного триптофаном или присоединенного к концу), можно использовать высокоскоростной электрофорез для выяснения химических и физических свойств промежуточных продуктов сворачивания, которые сохраняются всего в течение нескольких десятков микросекунд.
Благодарности
Мы благодарим Э. Окерберга, М. Дж. Гордона и М. Гостковски за обсуждения и экспериментальную помощь. Мы с благодарностью выражаем признательность за поддержку этой работы со стороны Фонда Роберта А. Уэлча, гранта F-1331, компании Eli Lilly, и гранта Национального научного фонда, гранта CHE-9734258.
Сноски
↵ * Кому следует направлять корреспонденцию. Электронная почта: jshear {at} mail.utexas.edu.
↵‖ Разнообразные новейшие технологии теперь позволяют инициировать сворачивание белка в микросекундных или более быстрых временных масштабах, включая высокоскоростное перемешивание (18), фотолиз внутримолекулярных связок (19, 20) и перенос фотовозбужденных электронов (21).
Этот документ был отправлен напрямую (Трек II) в офис PNAS.
См. Комментарий на стр. 3545.
↵ † Генерация излучающих в видимой области фотопродуктов гидроксииндола зависит от поглощения трех-четырех фотонов в ближнем ИК-диапазоне, что приводит (в ненасыщающих условиях) к зависимости интенсивности от I 3 до I 4 (9–11 ) Поскольку возбуждение флуоресценции продуктов происходит посредством двухфотонного поглощения, этот процесс идеально масштабируется как I 2 и может быть выполнен с использованием значительно более низкой мощности лазера, чем требуется для эффективной фотореакции.
↵ ‡ Высокоинтенсивное оптическое стробирование 5HTrp (нейтральный цвиттер-ион при pH 7,1) создает фотообесцвеченную «дыру», которая мигрирует со скоростью непрореагировавшего индола и приводит к отрицательно идущему пику на базовом уровне УФ-флуоресценции. Во временных масштабах от ≈40 до 200 мкс 5HTrp объединяется со своим флуоресцентным фотопродуктом, что указывает на то, что фотопродукт 5HTrp является нейтральным (а фотопродукт 5HT заряжен положительно). Более короткие времена не рассматривались здесь, потому что плохое отношение сигнал / шум для измерений отверстий требовало использования больших длительностей затвора.
↵§ Это значение представляет собой среднее значение размеров фокусов затвора и зонда, которые, вероятно, будут несколько отличаться в результате различных зависимостей от лазерной интенсивности событий фотореакции и обнаружения, а также возможности того, что эти процессы насыщены в разной степени. .
- Подвижность
↵¶ 5HTrp определяли в обычном КЭ-анализе с использованием 5 мМ фосфатного буфера для разделения (содержащего 500 мкМ 5HT и 500 мкМ 5HTrp) и использовали для оценки поля в этом фракционировании, исходя из предположения, что подвижность аналита является постоянной.
Сокращения
- CE,
- капиллярный электрофорез;
- 5HT,
- серотонин;
- 5HTrp,
- 5-гидрокситриптофан
- Получено 26 ноября 2002 г.
- Авторские права © Национальная академия наук 2003 г.
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
((Заголовок))
% PDF-1.6 % 1 0 объект > / Метаданные 2 0 R / PageLayout / OneColumn / Страницы 3 0 R / StructTreeRoot 4 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 5 0 obj > эндобдж 2 0 obj > ручей 2019-03-13T14: 39: 32-04: 002019-03-13T14: 38: 58-04: 002019-03-13T14: 39: 32-04: 00Acrobat PDFMaker 10.1 для Worduuid: 28adec25-d7ca-4c5d-b32f-719363648c7auuid: 42463b4d-3327-4d21-9180-db8d5ee7b210
- 38 application / pdf
- ((Заголовок))
- Свен Библиотека Adobe PDF 10.0D: 201183854WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (# E1) 110 конечный поток эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 6 0 obj > / ExtGState> / Шрифт> / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 0 / Тип / Страница >> эндобдж 7 0 объект > / ExtGState> / Шрифт> / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 3 / Тип / Страница >> эндобдж 8 0 объект > / ExtGState> / Шрифт> / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 4 / Тип / Страница >> эндобдж 9 0 объект > / Шрифт> >> / Повернуть 0 / StructParents 5 / Тип / Страница >> эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > / Граница [0 0 0] /ЗДРАВСТВУЙ / Rect [96.\ M, C & SǙLD2Ln.X1SqW5EWxͥ \ & k_̷b; o & J̖_x% 2iH? # d 3 [7 /}? ‘8 B $ tr $, _ \ & L! J + ePa b?) ‘]] 䅹 ̳ mv! eJ, # ҫ0g,! & (Ydh & 4R! N |? \ {CQ $ A / (q> 9 P = dWv} I] KVйS5EHc sa0̌5
Добавьте загрузочный буфер к каждому из ваших образцов ДНК.
После затвердевания поместите гель агарозы в ящик для геля (блок для электрофореза).
Заполните коробку с гелем 1xTAE (или TBE), пока гель не покроется.
Осторожно загрузите лестницу молекулярной массы в первую полосу геля.
Осторожно загрузите образцы в дополнительные лунки геля.
Запустите гель при 80–150 В, пока линия окраски не пройдет примерно 75–80% пути вниз по гелю.Типичное время работы составляет около 1-1,5 часа, в зависимости от концентрации геля и напряжения.
Выключите питание, отсоедините электроды от источника питания, а затем осторожно удалите гель из контейнера с гелем.
(необязательно) Если вы не добавляли EtBr в гель и буфер, поместите гель в контейнер, наполненный 100 мл рабочего буфера TAE и 5 мкл EtBr, поместите на качалку на 20-30 минут, замените Раствор EtBr водой и обесцвечивать 5 мин.
С помощью любого устройства, имеющего УФ-свет, визуализируйте свои фрагменты ДНК. Фрагменты ДНК обычно называют «полосами» из-за их появления на геле.
- 1.
Электроосмос — это движение жидкости по капилляру, системе капилляров или пористой пробке под действием приложенного извне электрического поля.
- 2.
Электрофорез — это движение твердых частиц под действием электрического поля, приложенного к среде, в которой частицы находятся во взвешенном состоянии. В этом случае эффект дает нарушение двойных слоев, прикрепленных к твердым движущимся частицам.Это можно рассматривать как обратную сторону электроосмоса, при котором твердая фаза закреплена, а движение жидкой фазы индуцируется приложенным электрическим полем. И в электрофорезе, и в электроосмосе приложенная разность потенциалов создает механическую силу, которая приводит к перемещению одной фазы.
- 3.
Потенциал потока — это наращивание разности потенциалов между верхним и нижним концами потока жидкости.Это вызвано трением между движущимся слоем жидкости и стенкой капилляра, системой капилляров или пористой пробкой.
- 4.
Седиментационный потенциал (эффект Дорна) является обратным электрофорезу и приводит к нарастанию разности потенциалов между верхом и дном сосуда, в котором диспергированные твердые частицы взвешены в жидкости.
Addgene: Protocol — How to Run an Agarose Gel
Примечание. Буфер загрузки служит двум целям: 1) он обеспечивает видимый краситель, который помогает с загрузкой геля и позволяет вам оценить, насколько далеко переместилась ДНК; 2) он содержит высокий процент глицерина, который увеличивает плотность вашего образца ДНК, заставляя его оседать на дно лунки геля вместо того, чтобы диффундировать в буфер.
* Pro-Tip * Помните, если вы добавили EtBr в свой гель, добавьте также немного в буфер. EtBr заряжен положительно и будет двигаться в противоположном направлении от ДНК. Таким образом, если вы запустите гель без EtBr в буфере, вы достигнете точки, в которой ДНК будет находиться в нижней части геля, но весь EtBr будет в верхней части, и ваши полосы будут различно интенсивными.Если это произойдет, вы можете просто замочить гель в растворе EtBr и промыть его водой, чтобы выровнять окрашивание после нанесения геля, как если бы вы не добавляли EtBr в гель с самого начала.
Примечание: При загрузке образца в лунку поддерживайте положительное давление на образец, чтобы предотвратить попадание пузырьков или буфера в наконечник.Поместите самый верхний конец наконечника пипетки в буфер прямо над лункой. Очень медленно и равномерно вытолкните образец наружу и наблюдайте, как образец заполняет лунку. После выгрузки всего образца нажмите пипетку до второго упора и осторожно поднимите пипетку прямо из буфера.
Примечание: Черный — отрицательный, красный — положительный. ДНК заряжена отрицательно и будет двигаться к положительному электроду. Всегда бегать к красному.
* Pro-Tip * Если вы собираетесь очищать ДНК для дальнейшего использования, используйте длинноволновое УФ-излучение и экспонируйте как можно меньше времени, чтобы минимизировать повреждение ДНК.
Примечание: При использовании УФ-излучения защищайте кожу, надев защитные очки или маску для лица, перчатки и лабораторный халат.
Используя лестницу ДНК на первой полосе в качестве ориентира (в инструкции производителя указан размер каждой полосы), вы можете сделать вывод о размере ДНК на дорожках для образцов. Для получения дополнительных сведений о проведении диагностических обзоров и о том, как их интерпретировать, см. Страница диагностического дайджеста.
Если вы проводите определенные процедуры, такие как молекулярное клонирование, вам необходимо очистить ДНК от агарозного геля. Чтобы узнать, как это сделать, посетите Страница «Очистка геля».
Электрокинетические явления — обзор
Принципы
Электрофорез — это метод разделения, который включает разделение заряженных частиц (молекул) на основе их движения под действием приложенного электрического поля. Он широко используется химиками и биохимиками в исследованиях, связанных с медицинскими технологиями, исследованиями окружающей среды, анализом продуктов питания и воды, контролем загрязнения и судебно-медицинскими исследованиями. Развитие и применение методов электрофоретического разделения являются примером плодотворности использования физических методов для решения биологических и биохимических проблем.
Миграция заряженных коллоидных частиц в электрическом поле первоначально получила название катафорез или электрофорез. Поскольку существовало некоторое расхождение во мнениях об определении коллоида и, следовательно, о различии между коллоидными и молекулярными системами, также было некоторое различие во мнениях относительно того, насколько широко следует использовать термин «электрофорез». Некоторые авторы предпочитают термин ионофорез для описания движения относительно небольших молекул или ионов в таких условиях.
1940-е и 1950-е годы были свидетелями очень быстрого развития приложений методов, использующих миграцию частиц в электрическом поле. Эти приложения охватывают весь диапазон размеров частиц от самых крупных белковых молекул до небольших молекул, таких как аминокислоты, сахара (при высоком pH) и даже простые неорганические ионы, с использованием типовых процедур и аппаратов. Хотя это не форма хроматографии, различия в скорости миграции заряженных частиц обеспечивают мощные средства разделения биоколлоидов, таких как белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты, а также для характеристики их компонентов.По этим причинам, а также по историческим причинам в настоящее время общепринятой практикой является использование термина «электрофорез» для обозначения всех этих процедур. Электрофорез относится к переносу электрически заряженных частиц — ионов, коллоидов, макромолекулярных ионов или твердых частиц — в электрическом поле.
Эксперименты по электрофорезу обычно проводятся для получения информации о двойных электрических слоях, окружающих подвижные частицы, для анализа смеси или ее разделения на компоненты.Интерпретация экспериментальных результатов требует теории, связывающей электрофоретическую подвижность с фундаментальными величинами, относящимися к двойному электрическому слою — электрическим потенциалом, зарядом и структурой.
Двойной электрический слой не ограничивается границей раздела между электропроводящими фазами. Например, если стеклянный стержень погрузить в водный электролит, он будет нести двойной слой ионов полностью внутри фазы электролита. Этот двойной слой возникает в результате специфической адсорбции слоя анионов или катионов Гельмгольца из раствора на поверхность стекла.Образовавшийся избыток заряда нейтрализуется диффузным слоем или слоем Гуи, рассеянным дальше в растворе. Если мы рассмотрим случай двух изолирующих фаз, а именно стекла и масла, можно считать, что двойной слой на границе раздела возникает либо из-за специфической адсорбции ионов, генерируемых очень слабыми электролитами, либо из-за ориентации диполярных молекул. Поведение диффузного или подвижного компонента двойного слоя можно соотнести с классом явлений, который включает электрокинетические эффекты.
Электрокинетические эффекты связаны с соотношением относительного движения двух фаз (обычно жидкости и твердого тела) и электрических свойств поверхности раздела между ними. Электрокинетические явления возникают в микрогетерогенных системах, т.е. в случаях, когда одна фаза диспергирована в другой. Электрокинетические эффекты можно разделить на четыре группы: (1) электроосмос, (2) электрофорез, (3) потенциал течения и (4) потенциал седиментации.
Теоретическая обработка двойного электрического слоя зависит от его геометрии.Двойной слой на плоской поверхности раздела представляет собой наиболее простой случай, который мы можем проанализировать, чтобы объяснить многие факты, связанные с двойными слоями. Граница между двумя фазами представляет собой слой конечных размеров. Свойства двух соседних фаз постепенно меняются на определенном расстоянии. Эти изменения зависят как от геометрических факторов, так и от сил между молекулами. Плотность и ориентация молекул даже в однокомпонентной системе постепенно изменяются при переходе от одной фазы к другой, т.е.г. из жидкой в газовую фазу. В многокомпонентных системах концентрации пограничного слоя отличаются от концентраций в объеме, что приводит к так называемой адсорбции. Хотя эти изменения вблизи фазовых границ ограничиваются лишь очень небольшим количеством слоев молекул, все свойства фаз изменяются в этом переходном слое.
Когда одна или обе фазы содержат ионы, переходный слой может быть намного более протяженным. В таком случае один тип ионов сильно концентрируется на границе раздела фаз под действием короткодействующих сил.Когда ионы одного знака адсорбируются на фазовой границе, ионы противоположного знака будут притягиваться возникающим электрическим полем и накапливаться вблизи фазовой границы. Этому накоплению противостоит их движение Браунайнов. В результате образуется электрически нейтральный двойной слой, который может достигать значительной толщины (несколько десятков нанометров).
Чтобы применить простую математическую обработку к электрокинетическим явлениям, предполагается, что рассеянный двойной слой действует как электрический конденсатор с параллельными пластинами, чьи пластины находятся на расстоянии d см друг от друга, каждая из которых несет заряд e на см 2 .Дзета-потенциал, то есть ζ, разность потенциалов между пластинами, определяется формулой [1]:
[1] ζ = 4πed / D
, где D — диэлектрическая проницаемость среды между гипотетическими пластинами. Это фундаментальное уравнение для количественной обработки всех типов электрокинетических явлений.
Когда жидкость проталкивается электроосмосом через тонкие капилляры пористой диафрагмы, два противоположных фактора определяют поток, а именно силу электроосмоса и силу трения между движущимися слоями жидкости и стенкой капилляра.Когда две силы становятся равными, поток достигает постоянной скорости. Если u — это равномерная скорость, полученная таким образом, и d — эффективная толщина двойного слоя, через который имеет место поток, то градиент скорости в двойном слое может быть принят равным u / d . Поскольку скорость на одной стороне, то есть у стенки, равна нулю, а среднее значение на другой стороне, то есть в движущейся жидкости, составляет u , сила, обусловленная эффектами трения, равна η u / d , где η — коэффициент вязкости жидкости.Если E — это градиент потенциала на мембране, а e — заряд на см 2 на границе движения, то электрическая сила, вызывающая электроосмос, равна Ee . Следовательно, в установившемся режиме применяется уравнение [2]:
[2] Ee = ηu / d
Подставляя значение для d из уравнения [2] в уравнение [1], получаем уравнение [3]:
[ 3] ζ = 4πηu / DE
Следуя этому обсуждению электрокинетических явлений, электрофорез имеет место благодаря наличию двойного электрического слоя на границе раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой и, как следствие, присутствию дзета-потенциала .При приложении внешней электродвижущей силы положительные и отрицательные части двойного слоя смещаются друг относительно друга. Поскольку частицы в растворе могут свободно перемещаться, они будут перемещаться под действием приложенного электрического поля. Как было отмечено ранее, двойной слой, окружающий частицу, можно рассматривать как конденсатор. Таким образом, мы можем вывести соотношение для наблюдаемой скорости частицы u ′ из уравнения [3], а именно, уравнения [4]:
[4] u ′ = ζDE / 4πη
Здесь величина u ′ / E = U представляет подвижность частицы, т.е.е. скорость для градиента потенциала 1 В см −1 .
Рассмотрим случай сравнительно большой сферической частицы радиуса R , несущей заряд q в среде с диэлектрической проницаемостью D . Согласно электрокинетической теории потенциал частицы может быть равен q / DR . Если заряд отождествляется с зарядом, присутствующим только в диффузном двойном слое, то потенциал равен ζ, и, поскольку толщина двойного слоя Гельмгольца незначительна по сравнению с радиусом крупных частиц, R можно принять равным радиусу частицы плюс ее слой Гельмгольца.Это можно записать, как показано в уравнении [5]:
[5] ζ = q / DR
Из уравнений [4] и [5] мы получаем уравнения [6] и [7]:
[6] u ′ = QE / 4πηR
[7] U = q / 4πηR
, где U — электрофоретическая подвижность. Если окружающая среда представляет собой электролит, взаимодействие между заряженными и мигрирующими частицами будет уменьшать дзета-потенциал ζ частицы. Величина этого эффекта была оценена Дебаем и Хюккелем, которые заметили, что ζ уменьшается в 1 / (1+ KR ), где 1/ K — ионная длина. K имеет порядок 10 −7 −10 −8 см и может быть рассчитано с точки зрения ионных зарядов в электролите, концентрации и диэлектрической проницаемости электролита, а также радиуса, при котором ионная атмосфера будет необходимо сконцентрировать, чтобы получить потенциал иона. Электрофоретическая подвижность для сравнительно большой сферической частицы в электролите может быть задана уравнением [8]:
[8] U = (q4πηR) (11 + KR)
Уравнение [8] неприменимо к маленьким сферическим частицам, где кривизна двойного слоя слишком велика для того, чтобы поток мог полностью происходить в направлении приложенного поля.В таком случае электрическая сила, действующая на частицу, равна вязкому сопротивлению, заданному законом Стокса. Учитывая влияние электролита на дзета-потенциал (как в уравнении [8]), результат для небольшой сферической частицы дается уравнением [9]:
[9] U = (q6πηR) (11 + KR)
Дебай и Хюккель провели точную обработку и обнаружили, что множитель 4 в уравнении [8] строго применим только для цилиндрических частиц, и его следует заменить множителем 6 (как в уравнении [9]) для сферических частиц.Таким образом, уравнения [8] и [9] являются частными случаями общего выражения, охватывающего все размеры частиц. В уравнение [9] можно внести небольшие изменения, чтобы получить электрофоретическую подвижность в соответствии с:
[10] U = (q4πηR) (11 + KR) f (KR)
, где f (KR) — сложный функция K и R . Более сложные уравнения электрофоретической подвижности были выведены с учетом конечных размеров ионов в двойном слое, прикрепленном к частице.Горин также обработал цилиндрические частицы.
Рассматривая последствия осложнений, связанных с теоретическим отклонением зависимости между электрофоретической подвижностью и формой частицы, были предприняты попытки решить проблему экспериментальным путем. Однако экспериментальные результаты также неубедительны. Абрамсон установил, что электрофоретическая подвижность не зависит от формы движущихся частиц, выполнив эксперименты по движению сферических частиц некоторых масел и игл асбеста и м -аминобензойной кислоты, покрытых тем же белком.
Применимость формул [8] и [9] (для сферических частиц) также может быть проверена путем сравнения электроосмотической и электрофоретической подвижностей с использованием ячейки для микроэлектрофореза, изготовленной из того же материала, что и взвешенная частица, например стекло или кварц. Если уравнение [8] верно, то отношение двух подвижностей должно быть равно единице; с другой стороны, если формула [9] верна, соотношение должно быть 1,5.