Techniklexikon

Elektrophorese

Verfahren, das auf einem »elektrokinetischen« Effekt beruht, der kolloidale (Kolloide) Teilchen dann in ihrem Dispersionsmittel (Kolloide) wandern läßt, wenn an dieses eine Gleichstromspannung (Gleichstrom) angelegt wird. Dabei muß das Dispersionsm. eine höhere Dielektrizitätskonstante (Dielektrikum) aufweisen als die Teilchen, die sich negativ aufladen. Sind diese z. B. Lackpartikel und wird ein zu lackierender Gegenstand als Anode (Elektrode) geschaltet, lagern sich die Lackteilchen auf ihm ab und bilden nach einer gewissen Zeit einen zusammenhängenden Lackfilm (Elektrophoretisches Lackieren). Beim Elektroph. Emaillieren entstehen auf ähnliche Weise Emailschichten. Weil umgekehrt bei der E. Moleküle unterschiedlicher Ladung verschieden schnell wandern, ist die E. ein weit verbreitetes Verfahren zur Trennung von Stoffgemischen, das in ehem. und medizintechn. Laboratorien angewandt wird. BiophysikChemie, Physikalische ChemieLuft- und RaumfahrttechnikElektrodynamik und Elektrotechnik, die Erscheinung, dass molekulare und kolloide Teilchen einer Lösung sich in einem elektrischen Feld bewegen. Sie wird zur Trennung von Ionen, kolloidalen Teilchen, Makromolekülen, Viren, Biomakromolekülen oder ganzen Zellen aufgrund unterschiedlicher Wanderungsgeschwindigkeit  v  in einem elektrischen Feld E (bei unendlicher Verdünnung) eingesetzt: v  = m_eE       mit            .

Hierbei ist m_e die elektrophoretische Mobilität, h die Viskosität der Lösung, q und r Ionenladung und -radius. Die Migration hängt des weiteren von pH-Wert, Ionenstärke des Puffers, der Feldstärke und der Temperatur ab.

Die Elektrophorese ist der Umkehreffekt der Elektroosmose, beide gehören zu den elektrokinetischen Erscheinungen. Kleine Teilchen nehmen in Flüssigkeiten die angrenzende Flüssigkeitshaut mit, die infolge der vorhandenen Doppelschicht meist negativ geladen ist (Kontaktelektrizität). Wandern die Teilchen zur Kathode, wird von Kataphorese, wandern sie zur Anode, von Anaphorese gesprochen. Der analoge Effekt bei niedermolekularen Ionen wird Ionophorese genannt.

Es gibt eine Vielzahl von technischen Varianten der Elektrophorese. Bei der freien Elektrophorese wird die (meist gepufferte) Lösung unmittelbar eingesetzt. Zur Stabilisierung gegen störende Konvektionen kann durch einen inerten Zusatzstoff ein Dichtegradient erzeugt werden (Dichtegradientenelektrophorese). Bei der pH-Dichtegradientenelektrophorese wird ein pH-Gradient erzeugt, wodurch sich die Moleküle im pH-Bereich ihres jeweiligen isoelektrischen Punktes sammeln (elektrophoretische Fokussierung). Bei der Gegenstrom-Elektro- bzw. Ionophorese wird die Ionenwanderung durch einen entgegengesetzten Flüssigkeitsstrom gerade kompensiert. Bei der Trägerelektrophorese oder Elektropherographie wird die Flüssigkeit durch einen Träger gegen Konvektion stabilisiert. Durch Adsorptions- oder gelchromatographische Ausschlusswirkungen kann die Auflösung noch verbessert werden (Zonenelektrophorese). Je nach Trägersubstanz wird zwischen Papier-, Gel- oder Dünnschichtelektrophorese unterschieden. Bei letzterer gelingt durch die Verwendung sehr dünner stabilisierter Flüssigkeitsschichten eine sehr schnelle Trennung, die aber nur für sehr kleine Stoffmengen geeignet ist.

Da die Konvektion ursächlich auf die Gravitation zurückzuführen ist, verspricht man sich von einer Elektrophorese unter der im Weltraum herrschenden Schwerelosigkeit (Mikrogravitation) ungleich bessere Resultate. Erste Versuche zur Herstellung von Pharmazeutika gab es bereits im Rahmen der Skylab-, Apollo-Sojus- und Spacelab-Programme.

Elektrophorese: Trägerelektrophorese auf Papier. Die Enden des mit einem Leitelektrolyten getränkten Papierträgers tauchen in Pufferlösungen ein. Die Elektrodenspannung beträgt mindestens 100 V.