EP2467709B1

Proton concentration topographies, methods and devices for producing the same

Abstract

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EP2467709B1, drawing sheet 1
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Expires 18 August 2030.

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16 claims: 16 independent, 0 dependent

  1. 1
    A device for isoelectric focusing, comprising:a focusing container configured to contain an electrolyte solution and having first and second ends and a longitudinal axis, said focusing container having a plurality of slits along said first and second ends;an anode and a cathode respectively mounted at said first end and said second end and configured to pass a first electric current therebetween via said electrolyte solution;characterized bya plurality of bipolar membranes, each mounted in close proximity to a respective slit;and a plurality of controllable electrodes, each mounted in front of a respective one of said bipolar membranes and configured for applying a second electric current on the bipolar membrane to inject an ion flow into the focusing container perpendicularly to the longitudinal axis via the respective slit;wherein each of said bipolar membranes consists of an anion-exchange layer and a cation-exchange layer placed in parallel to one another;wherein said anion-exchange layer is able to conduct anions while being impermeable to cations;wherein said cation-exchange layer is able to conduct cations while being impermeable to anions;andwherein the orientation of the bipolar membrane with respect to the focusing container determines which ions (anions or cations) are injected into the focusing container via the respective slit. Un dispositif pour focalisation isoélectrique, comprenant: un récipient de focalisation configuré pour contenir une solution d'électrolyte et ayant des première et deuxième extrémités et un axe longitudinal, ledit récipient de focalisation ayant une pluralité de fentes along ledites première et deuxième extrémités;une anode et une cathode montées respectivement à ladite première extrémité et ladite deuxième extrémité et configuré pour faire passer un premièr courant électrique entre elles via ladite solution d'électrolyte;caractérisé parune pluralité de membranes bipolaires montées chacune à proximité étroite d'une fente respective;etune pluralité d'électrodes contrôlables chacune montée devant l'une respective desdites membranes bipolaires et configurée pour appliquer un deuxième courant électrique sur la membrane bipolaire pour injecter un flux d'ions dans le récipient de focalisation perpendiculairement l'axe longitudinal via la fente respective;dans lequel chacune desdites membranes bipolaires est constituée d'une couche d'échange d'anions et d'une couche d'échange de cations disposées parallèlement les unes aux autres;dans lequel ladite couche d'échange d'anions est capable de conduire des anions tout en étant imperméable aux cations;dans lequel ladite couche d'échange de cations est capable de conduire des cations tout en étant imperméable aux anions;etdans lequel l'orientation de la membrane bipolaire par rapport au récipient de focalisation détermine quels ions (anions or cations) sont injectés dans le récipient de focalisation par l'intermédiaire de la fente respective. Vorrichtung zur isoelektrischen Fokussierung, umfassend: einen Fokussierbehälter, der so eingerichtet ist, dass er eine Elektrolytlösung enthält und erste und zweite Enden sowie eine Längsachse aufweist, wobei der Fokussierbehälter eine Vielzahl von Schlitzen entlang der ersten und zweiten Enden aufweist;eine Anode und eine Kathode, die jeweils an dem ersten Ende und dem zweiten Ende angebracht sind und eingerichtet sind, um einen ersten elektrischen Strom dazwischen über die Elektrolytlösung zu leiten;dadurch charakterisiert, dasseine Vielzahl von bipolaren Membranen, die jeweils in unmittelbarer Nähe zu einem entsprechenden Schlitz angebracht sind;undeine Vielzahl von steuerbaren Elektroden, die jeweils vor einer entsprechenden bipolaren Membranen angebracht sind und eingerichtet sind, um einen zweiten elektrischen Strom an die bipolare Membran anzulegen, um einen Ionenfluss in den Fokussierbehälter senkrecht zu der Längsachse über den entsprechenden Schlitz zu injizieren;wobei jede der bipolaren Membranen aus einer Anionenaustauschschicht und einer Kationenaustauschschicht besteht, die parallel zueinander angeordnet sind;wobei die Anionenaustauschschicht in der Lage ist, Anionen zu leiten, während sie für Kationen undurchlässig ist;wobei die Kationenaustauschschicht in der Lage ist, Kationen zu leiten, während sie für Anionen undurchlässig ist;undwobei die Ausrichtung der bipolaren Membran in Bezug auf den Fokussierbehälter bestimmt, welche Ionen (Anionen oder Kationen) in den Fokussierbehälter über den entsprechenden Schlitz injiziert werden.
  2. 2
    Le dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre une source de courant pour fournir lesdits premier et second courants électriques respectivement auxdites anode et cathode et auxdites électrodes contrôlables. The device of claim 1, further comprising a current source for supplying said first and second electric current respectively to said anode and cathode and to said controllable electrodes. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Stromquelle, um den ersten und zweiten elektrischen Strom jeweils an die Anode und Kathode und an die steuerbaren Elektroden zu liefern.
  3. 3
    Dispositif selon la revendication 2, comprenant en outre pont de Wheatstone connecté physiquement auxdites électrodes contrôlables par l'intermédiaire d'une source de courant de générateur. The device of claim 2, further comprising a Wheatstone bridge physically connected to said controllable electrodes via a generator current source. Vorrichtung nach Anspruch 2, weiter umfassend eine Wheatstone-Brücke, die über eine Generatorstromquelle mit den steuerbaren Elektroden physikalisch verbunden ist.
  4. 4
    Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdits premier et second courants électriques sont des courants électriques à haute tension. The device of claim 1, wherein said first and second electric currents are high voltage electric currents. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite elektrische Strom elektrische Hochspannungsströme sind.
  5. 5
    Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdites membranes bipolaires sont des membranes bipolaires sans bulles. The device of claim 1, wherein said bipolar membranes are bubbleless bipolar membranes. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die bipolaren Membranen blasenfreie bipolare Membranen sind.
  6. 6
    Dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre des premier et deuxième réceptacles respectivement reliés respectivement auxdites première et deuxième extrémités, ladite anode et ladite cathode étant respectivement au moins partiellement montées dans lesdits premier et deuxième réceptacles. The device of claim 1, further comprising first and second receptacles each respectively connected to said first and second ends, said anode and said cathode being respectively at least partly mounted in said first and second receptacles. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend erste und zweite Sammelbehälter, die jeweils mit den ersten und zweiten Enden verbunden sind, wobei die Anode und die Kathode jeweils wenigstens teilweise in den ersten und zweiten Sammelbehältern montiert sind.
  7. 7
    Dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre une structure de support ayant une pluralité de douilles en avant de la niche pour supporter ledit récipient de focalisation, chaque dite douille contenant l'une desdites membranes bipolaires et une desdites électrodes contrôlables. The device of claim 1, further comprising a supporting structure having a plurality of sockets in front of niche for supporting said focusing container, each said socket containing one of said bipolar membranes and one of said controllable electrodes. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Trägerstruktur mit einer Vielzahl von Aufnahmen vor einer Nische, um den Fokussierbehälter zu tragen, wobei jede der Aufnahmen eine der bipolaren Membranen und eine der steuerbaren Elektroden enthält.
  8. 8
    Dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre au moins une sonde de pH configurée pour mesurer un niveau de pH à proximité d'une membrane respective desdites membranes bipolaires. The device of claim 1, further comprising at least one pH probe configured for measuring a pH level in a proximity to a respective one of said bipolar membranes. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend mindestens eine pH-Sonde, die zum Messen eines pH-Werts in einer Nähe zu einer entsprechenden der bipolaren Membranen eingerichtet ist.
  9. 9
    Dispositif selon la revendication 1, dans lequel largeur desdites fentes est inférieure à 3 mm. The device of claim 1, wherein the width of said slits is less than 3mm. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Breite der Schlitze weniger als 3 mm beträgt.
  10. 10
    Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la distance entre lesdites électrodes contrôlables et lesdites membranes bipolaires respectives est inférieure à 3 mm. The device of claim 1, wherein the distance between said controllable electrodes and said respective bipolar membranes is less than 3mm. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen den steuerbaren Elektroden und den entsprechenden bipolaren Membranen weniger als 3 mm beträgt.
  11. 11
    A method for isoelectric focusing, comprising:providing a focusing container having a longitudinal axis;adding an electrolyte solution having a plurality of biomolecules to said container;applying a first electric current on said electrolyte solution along said longitudinal axis;characterized byapplying a second electric current on one or more bipolar membranes of a plurality of bipolar membranes to inject an ion flow into the focusing container along said longitudinal axis via respective one or more slits of a plurality of slits to establish a pH gradient defined by a plurality of steps in said electrolyte solution contained in said focusing container, so that said plurality of biomolecules accumulate in respective one or more concentrations concentration in said electrolyte solution in proximity to said one or more slits, each said step having a substantially uniform pH level, said pH gradient being defined by at least one pH ramp between every two sequential steps of said plurality of steps;wherein said at least one bipolar membrane consists of an anion-exchange layer and a cation-exchange layer placed in parallel to one another;wherein said anion-exchange layer conducts anions while being impermeable to cations;andwherein said cation-exchange layer conducts cations while being impermeable to anions,and wherein the orientation of the bipolar membrane with respect to the focusing container determines which ions (anions or cations) are injected into the focusing container via the respective slit. Procédé de focalisation isoélectrique, comprenant: fournir un récipient de focalisation ayant un axe longitudinal;ajouter une solution d'électrolyte ayant une pluralité de biomolecules audit récipient;appliquer un premièr courant électrique sur ladite solution d'électrolyte le long dudit axe longitudinal;caractérisé parappliquer un deuxième courant électrique sur une ou plusieures membranes bipolaires d'une pluralité des membranes bipolaires pour injecter un flux d'ions dans le récipient de focalisation le long dudit axe longitudinal via une ou plusieures fentes d'une pluralité de fentes pour établir gradient de pH défini par une pluralité d'étapes dans ladite solution d'électrolyte contenue dans ledit récipient de focalisation de sorte que ladite pluralité de biomolecules s'accumulent en une ou plusieures concentrations dans ladite solution d'électrolyte en proximité desdites une ou plusieures fentes , chaque dite étape ayant un niveau de pH sensiblement uniforme, ledit gradient de pH étant défini par au moins une rampe de pH entre chaque deux étapes;dans lequel ladite au moins une membrane bipolaire est constituée d'une couche d'échange d'anions et d'une couche d'échange de cations disposées parallèlement les unes aux autres;dans lequel ladite couche d'échange d'anions conduit des anions tout en étant imperméable aux cations;etdans lequel ladite couche d'échange de cations conduit des cations tout en étant imperméable aux anions,et dans lequel l'orientation de la membrane bipolaire par rapport au récipient de focalisation détermine quels ions (anions or cations) sont injectés dans le récipient de focalisation par l'intermédiaire de la fente respective. Verfahren zum isoelektrischen Fokussieren, umfassend: Bereitstellen eines Fokussierbehälters mit einer Längsachse;Zugeben einer Elektrolytlösung mit einer Vielzahl von Biomolekülen zu dem Behälter;Anlegen eines ersten elektrischen Stroms an die Elektrolytlösung entlang der Längsachse;gekennzeichnet durchAnlegen eines zweiten elektrischen Stroms an eine oder mehrere bipolare Membranen einer Vielzahl von bipolaren Membranen, um einen Ionenfluss in den Fokussierbehälter entlang der Längsachse über einen oder mehrere entsprechende Schlitze einer Vielzahl von Schlitzen zu injizieren, um einen pH - Gradienten zu erzeugen, der durch eine Vielzahl von Schritten in der Elektrolytlösung, die in dem Fokussierbehälter enthalten ist, definiert ist, so dass sich die Vielzahl von Biomolekülen in einer oder mehreren entsprechenden Konzentrationen in der Nähe der einen oder mehreren Schlitze ansammelt, wobei jeder Schritt einen im Wesentlichen gleichmäßigen pH-Wert aufweist, wobei der pH-Gradient durch mindestens eine pH-Rampe zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Schritten der Vielzahl von Schritten definiert ist;wobei die mindestens eine bipolare Membran aus einer Anionenaustauschschicht und einer Kationenaustauschschicht besteht, die parallel zueinander angeordnet sind;wobei die Anionenaustauschschicht Anionen leitet, während sie für Kationen undurchlässig ist;undwobei die Kationenaustauschschicht Kationen leitet, während sie für Anionen undurchlässig ist;undwobei die Ausrichtung der bipolaren Membran in Bezug auf den Fokussierbehälter bestimmt, welche Ionen (Anionen oder Kationen) in den Fokussierbehälter über den entsprechenden Schlitz injiziert werden.
  12. 12
    Le procédé selon la revendication 11, dans lequel ledit gradient de pH est défini par une pluralité de rampes parmi ladite pluralité d'étapes, comprenant en outre l'addition d'un mélange de tampons pour stabiliser ledit gradient de pH. The method of claim 11, wherein said pH gradient is defined by a plurality of ramps among said plurality of steps, further comprising adding a mixture of buffers for stabilizing said pH gradient. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der pH-Gradient durch eine Vielzahl von Rampen unter der Vielzahl von Schritten definiert ist, weiter umfassend das Zugeben einer Mischung von Puffern zum Stabilisieren des pH-Gradienten.
  13. 13
    Le procédé selon la revendication 11, dans lequel ladite pluralité de biomolecules s'accumulent que dans une concentration à proximité d'une fente. The method of claim 11, wherein said plurality of biomolecules accumulate only in one concentration in proximity of one slit. Verfahren nach Anspruch 11, wobei sich die Vielzahl von Biomolekülen nur in einer Konzentration in der Nähe eines Schlitzes ansammelt.
  14. 14
    Le procédé selon la revendication 11, dans lequel l'application dudit deuxième courant électrique comprend l'application d'un courant sur lesdites une ou plusieures membranes bipolaires, chacune montée à proximité étroite de ladite solution d'électrolyte au niveau de ladite ou desdites fentes respectives The method of claim 11, wherein said applying said second electric current comprises applying a current on said one or more bipolar membranes, each mounted in close proximity to said electrolyte solution at said respective one or more slits. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Anlegen des zweiten elektrischen Stroms das Anlegen eines Stroms an die eine oder mehreren bipolaren Membranen, die jeweils in unmittelbarer Nähe zu der Elektrolytlösung an einem oder mehreren entsprechenden Schlitzen angebracht sind, umfasst.
  15. 15
    Le procédé selon la revendication 11, comprenant en outre diagnostiquer ladite pluralité de biomolecules selon ladite une ou plusieures concentrations. The method of claim 11, further comprising diagnosing said plurality of biomolecules according to said one or more concentrations. Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend das Diagnostizieren der Vielzahl von Biomolekülen gemäß der einen oder mehreren Konzentrationen.
  16. 16
    Le procédé selon la revendication 11, comprenant en outre récolter séparément au moins une dedites une ou plusieures concentrations. The method of claim 11, further comprising separately harvesting at least one of said one or more concentrations. Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend das getrennte Sammeln von mindestens einer der einen oder mehreren Konzentrationen.
Independent claims16