อิเล็กโทรโฟรีซิส Electrophoresis

อิเล็กโทรโฟรีซิส (electrophoresis) เป็นเทคนิคที่ใช้แยกวิเคราะห์สารที่มีประจุโดยใช้สนามไฟฟ้า ซึ่งถูกคิดค้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน ชื่อ Arne Tiselius ในปี ค.ศ. 1930 โดยเริ่มจากการแยกโปรตีนออกจากเซรั่ม และเป็นเทคนิคที่ได้รับความนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อนำมาใช้แยกโปรตีนในเวลาต่อมา  อิเล็กโทรโฟรีซิส เป็นวิธีการแยกสารที่มีประจุโดยผ่านสนามไฟฟ้าที่ต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งสารที่มีประจุจะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วไฟฟ้าที่มีประจุตรงกันข้าม โดยขั้วที่มีประจุบวก (cation) จะเคลื่อนที่เข้าหาประจุลบ (cathode) ส่วนสารที่มีประจุลบ (anion) เคลื่อนที่เข้าหาประจุบวก (anode) ซึ่งสารที่มีประจุจะถูกแยกออกด้วยความแตกต่างของประจุ ตามขนาดและรูปร่างของโมเลกุล สารชีวโมเลกุลที่ถูกนำมาแยกโดยวิธี อิเล็กโทรโฟรีซิส ได้แก่ นิวคลีโอไทด์ และ กรดอะมิโน เปปไทด์ รวมทั้งสารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น กรดนิวคลีอิก และ โปรตีน ประเภทของอิเล็กโทรโฟรีซิส แบ่งออกเป็น 2 แบบ

• ระบบ อิเล็กโทรโฟรีซิส ในสภาวะของเหลว โดยเป็นการทำผ่านตัวกลางบัฟเฟอร์ที่มีสารประเภท nonionic เมื่อเทสารละลาย บัฟเฟอร์ลงไปและต่อเข้ากับประจุกระแสไฟฟ้าเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โปรตีนแต่ละชนิดจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าที่มีประจุตรงกันข้าม 

• ระบบ อิเล็กโทรโฟรีซิส ในสภาวะผ่านตัวกลาง ซึ่งเป็นวิธีที่นิยมกันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน โดยการแยกผ่านตัวกลางจะทำให้ประสิทธิภาพในการแยกสูงขึ้น เนื่องจากตัวกลางทำหน้าที่เป็นตัวค้ำจุนสารและลดอัตราการแพร่ของสารลงและสามารถนำตัวกลางนำไปวิเคราะห์ผลกและสามารถเก็บข้อมูลภาพที่แสดงผลการทดลองไว้ได้

ตัวกลางที่เป็นของแข็ง ที่เป็นกระดาษกรอง อิเล็กโทรโฟรีซิส  สำหรับตัวกลางจะเป็นกระดาษกรอง จะถูกตัดให้ได้ขนาดที่เหมาะสมแล้วนำไปจุ่มในสารละลายบัฟเฟอร์ ที่ควบคุมค่า pH และต่อเข้ากับระบบกระแสไฟฟ้าให้ครบวงจร สามารถแยกโปรตีนออกจากกันตามประจุ ขนาดของโปรตีน แต่เนื่องด้วยการใช้กระดาษกรองเป็นตัวกลางนั้น ทำได้ง่ายและรวดแร็ว แต่สามารถแยกโมเลกุลที่มีขนาดเล็กได้เท่านั้น และเนื่องจากกระดาษกรองเซลลูโลสมีขนาด รูพรุนไม่สม่ำเสมอ ดังนั้น ทำให้การดูดซับโปรตีนได้บางชนิดเท่านั้น 

ตัวกลางที่เป็นของแข็ง ที่เป็นเซลลูโลสอะซิเตต อิเล็กโทรโฟรีซิส  เป็นตัวกลางที่มีขนาดรูพรุนสม่ำเสมอกัน ทำให้แยกขนาดของโปรตีนได้ดีกว่าการใช้ตัวกรองที่เป็นกระดาษ และสามารถย้อมสีเพื่อที่จะสามารถนำมาวิเคราะห์ผลได้ง่ายกว่า โดยแผ่นเซลลูโลสอะซิเตสเป็นแผ่นที่มีความโปร่งใส จึงสามารถนำไปวิเคราะห์ผลได้

ตัวกลางที่เป็นของแข็ง ที่เป็นเจล อิเล็กโทรโฟรีซิส  เป็นสารประกอบพอลิเมอร์ที่มีลักษณะเป็นเจล เช่น อะกาโรส หรือ โพลิอะคริลาไมด์   สำหรับ อะกาโรสเจลจะมีรูพรุนได้มากกว่า 10 นาโนเมตร ซึ่งขนาดของรูพรุนขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของอะกาโรส หากมีความเข้มข้นมากจะทำให้ได้ขนาดรูพรุนที่เล็กลง ดังนั้นจึงต้องเลือกความเข้มข้นให้เหมาะสมกับขนาดของสารที่ต้องการแยก

อิเล็กโทโฟรีซิสแบบพอลิอะคริลาไมด์เจล จะต้องพิจารณาถึงขนาดของรูพรุนโปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงจะต้องเตรียมเจลให้มีรูพรุนขนาดใหญ่ และหากโปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลที่มีขนาดเล็กจะต้องเตรียมเจลที่มีขนาดรูพรุนขนาดเล็ก ซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาณรวมของ อะคริลาไมด์ด้วย สำหรับ การหาน้ำหนักโมเลกุลของโปรตีน นั้นเทคนิคที่สำคัญ คือการทำ SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) นำมาใช้ เพื่อการวิเคราะห์ปริมาณโปรตีน นั้น ได้ถูกนำมาในงานวิจัยชีววิทยาหลากหลายด้าน ด้วยกัน อาทิเช่น  analytical chemistry, clinical chemistry, toxicology, pharmacology, immunology,และ food chemistry เป็นต้น ที่ถูกนำมาใช้เป็นตัวชี้วัดคุณภาพและปริมาณของโปรตีน โดยจะมีการแยกขนาดและปริมาณโปรตีน ภายใต้สนามไฟฟ้า อาศัยความแตกต่างของขนาดโมเลกุลของโปรตีนที่แตกต่างกันและสามารถหาความเข้มข้นของโปรตีนโดยการเปรียบเทียบกับแทบโปรตีนมาตราฐาน

SDS สามารถทำลายพันธะไฮโดรเจนและแรงไฮโดรโฟบิก (hydrophobic interaction) สามารถทำให้โครงสร้างของโปรตีนคลายออกเป็นสายยาว ทำให้โปรตีนเสียสภาพธรรมชาติ สามารถแยกโปรตีนออกเป็นหน่วยย่อย (subunit) และสามารถหาน้ำหนักโมเลกุลออกเป็นหน่วยย่อยได้ โดย SDS จะสามารถจับกับสายพอลิเปปไทด์ด้วยอัตราส่วนคงที่ จึงทำให้โปรตีนมีประจุเป็นลบต่อโมเลกุลโดยเฉลี่ยเท่ากัน ดังนั้นโปรตีนจะมีประจุสุทธิต่อน้ำหนักโมเลกุลเท่ากัน ดังนั้นการแยกโปรตีนด้วย ระบบ SDS- PAGE จึงเป็นการแยกโปรตีนตามขนาดได้ โดยสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลน้อยจะเคลื่อนที่ได้ในระยะทางไกลมากกว่า

Electrophoretic Transfer 

เป็นกระบวนการย้ายโปรตีน ลงสู่เมมแบรน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเทคนิค Western Blot การย้ายโปรตีนที่อยู่ในชั้นเจลลงสู่แผ่นเมมแบรน โดยนำเจลแนบกับแผ่นเมมแบรน โดยมีกระดาษกรองอยู่ระหว่างอิเล็กโทรดสองตัว ภายใต้แรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดและโปรตีนจะย้ายไปยังเมมเบรนตามกระแสไฟฟ้า ที่สร้างขึ้นระหว่างขั้วไฟฟ้า โดยกระบวนการ ย้ายโปรตีนไปยังแผ่นเจลเมมแบรน (Transfer method ) แบ่งออกเป็น 3 แบบด้วยกันได้แก่

• Tank Transfer Systems เป็นวิธีที่ได้รับความนิยมอย่างมากเนื่องจากสามารถถ่ายหรือย้ายโดนโปรตีนได้ทุกขนาด โดยเจลประกบเมมแบรนจะอยู่ในถังที่มีสารละลายบัฟเฟอร์บรรจุอยู่
• Semi-Dry Systems เป็นวิธีที่ เจลและแผ่นเมมเบรนถูกประกบอยู่ระหว่างกระดาษกรองที่เปียกบัฟเฟอร์ซึ่งสัมผัสโดยตรงกับอิเล็กโทรดแบบแผ่นเรียบ โดยทั่วไประบบเหล่านี้ติดตั้งได้ง่ายกว่าระบบถัง
• Rapid-Transfer Systems เป็นระบบที่ได้รับการพัฒนาล่าสุด โดยระบบเหล่านี้กระดาษกรองที่ และบัฟเฟอร์พิเศษเพื่อถ่ายโอนโปรตีนอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ กระดาษกรองและเมมเบรนถูกทำให้เปียกและบรรจุในแพ็คเกจแบบใช้ครั้งเดียว ทำให้การประกอบ Transfer Stack ง่ายกว่าวิธีอื่น

การแยกและการหาขนาดสารชีวโมเลกุลในงานวิจัย เทคนิคที่สำคัญคือ การทำอิเล็กโทรโฟรีซิส อุปกรณ์ที่สำคัญคือ  Electrophoresis Tank และ Transfer Electrophoresis Tank ที่มีคุณภาพจาก ServiceBio ที่จะสามารถทำให้งานทางด้านการวิเคราะห์ขนาดและการแยกสารชีวโมเลกุลเป็นงานที่ง่ายและรวดเร็ว ที่จะสามารถตอบโจทย์งานวิจัยได้แม่นยำ

ข้อมูลสินค้าเพิ่มเติม