انواع دستگاه الکتروفورز برای جداسازی و بررسی مولکول ها در آزمایشگاه ها کاربرد دارد و از آن استفاده می شود.در این مقاله می خواهیم شما را با این دستگاه کاربردی و انواع آن آشنا کنیم.ابتدا یک اشاره کوچک به تعریف الکتروفورز و تاریخچه آن می پردازیم.
انواع دستگاه الکتروفورز و تاریخچه الکتروفورز :
در سال 1807 فردیناند فردریک (Ferdinand) از دانشگاه مسکو الکتروفورز را کشف کرد.پدیده الکتروکینتیک (electrokinetic)،پایه همه فرآیندهای الکتروفورتیک (electrophoretic processes) است.او در مخلوط آب و رس یک میدان الکتریکی اعمال کرد که باعث حرکت ذرات پراکنده رس در آب شد.روش الکتروفورز را آرن تیسلیوس (Arne Tiselius) در دهه 1930 توسعه داد و دستگاه تیسلیوس (Tiselius Apparatus) را برای جداسازی مواد مختلف اختراع کرد.الکتروفورز پیچیده،برای آزمایشگاه های زیست شناسی در دهه 1960 ساخته شد.دستگاه تیسلیوس از لوله های شیشه ای U شکل،برای حرکت ذرات باردار ساخته شده است. به دلیل اینکه درون لوله از مایع پر است،جداسازی به صورت کامل انجام نشده و یک سری اصلاحاتی روی آن اعمال کردند.سال 1955، الیور اسمیتیس (Oliver Smithies) یک بستر الکتروفورتیک جدید معرفی کرد که ژل نشاسته بود.از این روش برای تجزیه تحلیل و پیدا کردن تفاوت پروتئین های پیچیده استفاده شده است.
آرن تیسلیوس و دستگاه تیزلیوس
الکتروفورز چیست ؟
الکتروفورز ، یکی از روش هایی است که در آزمایشگاه ها برای جداسازی و شناسایی مولکول های مختلف ، مثل RNA و DNA،پروتئین،اسید های نکلوئیک استفاده می شود.در این روش ، جداسازی بر اساس بار الکتریکی و اندازه مولکول ها انجام می شود.(الکتروفورز به معنی حمل کردن الکترون هم است).
نمونه ها در میدان الکتریکی
روش کار دستگاه الکتروفورز :
در دستگاه الکتروفورز،در حفره هایی متخلخل که درون آنها از ژل آگارز یا آکریل آمید پر شده است،نمونه های آزمایشی مولکول ها وارد می شوند.نمونه ها در داخل این مایع تحت میدان الکتریکی است،که باعث می شود براساس ویژگی که نمونه داراست جداسازی شوند.(الکتروفورز از میدان الکتریکی برای جداسازی و حرکت مولکول ها از طریق غربال استفاده می کند یعنی براساس جرم مولکولی و نسبت بار آنها.).نمونه ها با بار منفی به سمت الکترود مثبت حرکت می کنند. به عنوان مثال مولکول ها با بار منفی به سمت قطب کاتد و بار مثبت به سمت قطب آند حرکت می کنند.در دستگاه الکتروفورز،ذرات بر اساس اندازه تفکیک می شوند. به این صورت که، مواد با وزن مولکولی بالاتر در پایین مایع جمع می شوند و با وزن مولکولی پایین تر در بالای مایع جمع می شوند.در حفره های متخلخل که سر راه این ذرات و مولکول ها قرار دارند و ژل درون این حفره ها که در محفظه داخل دستگاه الکتروفورز است جداسازی انجام می شود.این حفره ها ی متخلخل از پراکندگی ذرات و مولکول ها به خاطر گرمای جریان الکتریکی جلوگیری میکنند.
عملکرد دستگاه الکتروفورز
کاربرد الکتروفورز
- در آزمایشات بیولوژی مولکلولی برای جداسازی DNA و RNA و پروتیین
- برای تجزیه و تحلیل ترکیبات شیمیایی مثل بررسی کیفیت آب ، خاک و هوا
- برای بررسی کیفیت مواد غذایی و بهداشت آن
- برای تجزیه و تحلیل DNA در پزشکی قانونی و گرفتن اثر انگشت استفاده می شود.
انواع دستگاه الکتروفورز و اجزای تشکیل دهنده آن
اجزای مختلف تشکیل دهنده انواع دستگاه الکتروفورز :
- تانک یا محفظه یا سلول (معمولا شفاف)
- منبع تغذیه الکتریکی
- محیط پشتیبان ( انواع مختلف ژل )
- معرف شیمیایی
- انکوباتور (incubator)
- غلظت سنج
- شانه
اجزا دستگاه الکتروفورز
دستگاه الکتروفورز، دارای مخزن پلاستیکی سخت است که معمولا مسطتیلی و شفاف ساخته می شود و کاربرد آن برای نگهداری از بافر مورد استفاده در طول فرآیند الکتروفورز است.در داخل تانک به دو قسمت توسط یک ورقه یا تیغه تقسیم شده و داخل مخزن دیواره ای متخلخل وجود دارد که به وسیله آن ها فرآیند الکتروفورز انجام می شود.انواع دستگاه الکتروفورز به دو صورت دستگاه الکتروفورز عمودی و افقی موجود می باشد.
دستگاه الکتروفورز افقی
دستگاه الکتروفوروز افقی که به سیستم ساب مارین ( Submarine system ) هم معروف است. در تانک های الکتروفورز حجم بیشتری از ژل و نمونه ها می توان استفاده کرد.این سیستم برای اجرای ژل های آگارز و یا پلی آکریل آمید غرق در بافر طراحی شده است. نمونه های آزمایشگاهی به میدان الکتریکی وارد می شوند و با توجه به کاتد یا آند بودنشان به سمت قطب مخالف حرکت می کنند. نمونه دیگر این دستگاه ، الکتروفورز عمودی است.
برای انجام آزمایش DNA از کدام نوع دستگاه الکتروفورز استفاده می شود :
برای تشخیص DNA از دستگاه الکتروفورز افقی بهتر است استفاده شود.ژل و بافر در حالت افقی قرار دارد که با بافر در تماس کامل هستند. ژل آگارز مورد استفاده در تانک الکتروفورز افقی منافذ بزرگتری نسبت به ژل آکریل آمید دارد.در تانک الکتروفورز عمودی ژل در حالت عمودی قرار دارد و با محلول بافر از یک سمت در تماس است و همچنین در راه حرکت در ژل آکریل آمید حباب هایی به وجود می آید که برای از بین بردن آن، به خاطر ضربه ای که به شیشه ژل وارد می شود که ممکن است باعث از هم گسستگی ژل شود. برای استفاده از تانک الکتروفورز عمودی نیاز به مهارت بالا است و تجهیزات مورد استفاده هزینه بالایی در این سیستم دارند.در سیستم الکتروفورز افقی جدید، همان قدر ژل استفاده می شود که مورد نیاز است.این ویژگی را الکتروفورز عمودی ندارد.برای همین در آزمایش DNA ، بهتر استاز دستگاه الکتروفورز افقی استفاده شود. به دلیل اینکه ،در این روش مواد شیمیایی و ژل استفاده شده به شیشه چسبیده و استفاده از الکتروفورز افقی ساده تر و گاهی بهتر و به صرفه تر از عمودی است.
تانک الکتروفورز افقی
دستگاه الکتروفورز عمودی
یکی دیگر از انواع دستگاه الکتروفورز، تانک الکتروفورز عمودی است.این دستگاه برای جداسازی اسید نکلوئیک و پروتئین ، آنژیوگرافی استفاده می شود.سیستم الکتروفورز عمودی از دو محفظه شکیل شده،که یکی بالا و دیگری پایین است.این دستگاه طوری طراحی شده که هم به صورت دوطرفه و یک طرفه استفاده می شود.در تانک های الکتروفورز عمودی حجم بافر بیشتری قرار می گیرند.در این دستگاه از ژل پلی اکریل آمید استفاده می شود. به این دلیل که دارای منافذ کوچکتر از ژل آگارز می باشد و برای کار بر روی رشته های پروتئینی ،که کوچک هستند مناسب تر است.به دلیل اینکه کار با دستگاه الکتروفورز عمودی نیاز به تجربه و مهارت بیشتری دارد و از لحاظ تجهیزات ، گران تر و پر هزینه است. کار کردن با این دستگاه نیاز به مهارت بالا یی دارد ممکن است به خاطر نداشتن مهارت کافی ژل دستگاه الکتروفورز عمودی پاره شود. به همین دلیل کار کردن با آن سخت تر و زمان برتر از دستگاه الکتروفورز افقی است.
دستگاه الکتروفورز عمودی
انواع ژل مورد استفاده در دستگاه الکتروفورز :
از ژل ها در دستگاه الکتروفورز بر اساس کاربرد و کاری که می خواهیم انجام دهیم. با توجه به ویژگی که آن ژل دارد، از آن استفاده میکنیم.ژل آگارز (Agarose gel) دارای منافذی با قطر 100 تا 500 نانومتر است. و معمولا از این ژل برای آزمایش بر روی مولکول های DNA و RNA به خاطر بزرگ بودن اندازه آن ها استفاده می شود.ژل آکریل آمید (Polyacrylamide gel) در مقایسه با ژل آگارز دارای منافذ کوچکتر با قطر 10 تا 200 نانومتر است و محیط یکنواخت تری نسبت به ژل آگارز دارند. معمولا از این ژل برای رشته های پروتئینی که کوچکتر از DNA و RNA است مورد استفاده قرار می گیرد.در روی دستگاه الکتروفورز عمودی معمولا از ژل آکریل آمید استفاده می شود.و برای دستکاه الکتروفورز افقی از ژل آگارز استفاده می شود.
جمع بندی :
الکتروفورز یک فناوری مهم برای جداسازی و آنالیز در آزمایشگاه ها و زمینه زیست شناسی است.دستگاه الکتروفورز ، ساده و به صرفه از لحاظ اقتصادی است که قابلیت تحلیل و تجزیه همزمان چندین نمونه را می دهد.دستگاه الکتروفورز افقی و عمودی فرق چندانی از لحاظ عملکرد ندارند.فقط تانک الکتروفورز افقی برای تجزیه و تحلیل DNA و هم از لحاظ اقتصادی و کار کردن ساده تر است.همچنین به دلیل بلند و بزرگ بودن مولکول DNA،دستگاه الکتروفورز افقی مناسب تر از عمودی آن است.
