تمرکز ایزوالکتریک و مهاجرت گونه های شیمیایی

در شیمی، جداسازی با استفاده از تفاوت در الگوهای مهاجرت نقش مهمی در درک ویژگی‌های گونه‌های شیمیایی مختلف دارد. برای کمک به شناسایی تفاوت‌های شیمیایی کوچک بین مولکول‌ها، محققان از نوعی الکتروفورز به نام تمرکز ایزوالکتریک استفاده می‌کنند . با استفاده از پتانسیل الکتریکی کاربردی، این تکنیک به تعریف و جداسازی مولکول ها بر اساس نقاط ایزوالکتریک متفاوت آنها کمک می کند. بیایید نگاهی دقیق تر به این روش جداسازی بیندازیم.

درک جداسازی ایزوالکتریک

با در نظر گرفتن هر دو ویژگی انتقال و تفکیک یون‌ها در واکنش‌های اسید-باز، این فرآیند یک محیط متمرکز را ارائه می‌دهد که در آن ویژگی‌های شیمیایی گونه‌های شیمیایی مختلف را تجزیه و تحلیل می‌کند. همانطور که میدان الکتریکی اعمال می شود، یون ها با مهاجرت به سمت الکترودهایی که بار مخالف دارند به ولتاژ پاسخ می دهند: آنیون ها به سمت پتانسیل مثبت و کاتیون ها به سمت پتانسیل منفی مهاجرت می کنند.

یونی که در میدان الکتریکی مهاجرت می‌کند ممکن است در طی مهاجرت خود از طریق گرادیان pH تثبیت‌شده در سلول، پروتون‌ها را در واکنش‌های تعادل اسید-باز از دست بدهد و یون‌های جدید با بارهای مختلف را تشکیل دهد. هنگامی که یک یون به مقدار pH منطبق با نقطه تفکیک خود نزدیک می شود، مهاجرت در میدان الکتریکی متوقف می شود زیرا یک مولکول خنثی را تشکیل می دهد. به نقطه ایزوالکتریک خود می رسد . تفاوت در بار در یون های تفکیک شده تشکیل دهنده آن، خواص انتقال، و ثابت های تفکیک (pKa ₎ سپس امکان جداسازی مولکول های مختلف خنثی را فراهم می کند.

حوزه های کاربردی

همانطور که توسط انجمن الکتروفورز AES تاکید شده است، تمرکز ایزوالکتریک منبع ارزشمندی برای تجزیه و تحلیل خواص سلول‌ها، اندامک‌ها و ویروس‌ها است. در حالی که این روش تحقیقاتی مشابه فوکوس الکتروکینتیکی است ، می تواند به ویژه در مطالعه پروتئین ها مفید باشد، که اغلب به دلیل بارهای متفاوت جداسازی آنها دشوار است. اگرچه به زیرساخت های اضافی با معرفی محلول های بافر نیاز دارد، جداسازی ایزوالکتریک به ویژه به دلیل استحکام کلی آن در تمرکز و تمرکز مولکول ها در یک حالت ثابت ارزشمند است.

مدلسازی تمرکز ایزوالکتریک

با ترکیب COMSOL Multiphysics و Chemical Reaction Engineering Module ، می توانید به راحتی تأثیر ولتاژ اعمال شده بر مهاجرت ذرات را تجسم کنید.

نمودار عبور ولتاژ الکتریکی از سلول را نشان می دهد.
ولتاژ الکتریکی که از سلول عبور می کند.

با استفاده از رابط حمل و نقل گونه‌های رقیق‌شده ، مدل جداسازی ایزوالکتریک از گالری مدل نشان می‌دهد که چگونه پروتئین‌ها در پی اچ و میدان‌های الکتریکی هنگام حرکت در سلول جدا می‌شوند. همانطور که در نمودار مشخص شده است، مخلوطی از شش پروتئین یونی در یک جریان با مهاجرت و جدا شدن به سمت نقاط ایزوالکتریک مربوطه تقسیم می شوند.

پروتئین ها از طریق تمرکز ایزوالکتریک به شش جریان تقسیم می شوند.
پروتئين‌ها به جريان‌هايي تقسيم مي‌شوند كه در جهات مختلف مهاجرت مي‌كنند.