A free-flow isotachophoresis (FFITP) device with a selectable output by using flow control which was used as an interface for sample purification and concentration

Abstract

Die Isotachophorese (ITP) ist eine leistungsfähige Analysenmethode, mit der man gleichzeitig das zu analysierende Molekül aufkonzentrieren und Nebenkomponenten abtrennen kann. Die Elektrophorese im freien Fluss, die sogenannte "Free Flow Electrophoresis (FFE)" ist eine elektrophoretische Trennmethode, mit der man kontinuierlich Ionen durch ein elektrisches Feld senkrecht zur Strömungsrichtung auftrennen kann. "Free-Flow-Isotachophoresis (FFITP)" ist eine Kombination aus FFE und ITP. FFITP ist besonders attraktiv, weil es Trennung und Erhöhung der Konzentration der zu analysierenden Moleküle kontinuierlich ermöglicht. Zwei Anwendungen wurden in dieser Arbeit untersucht: 1. Die Online-Kopplung von einem FFITP mit der Elektrospray-Ionisations -Massenspektrometrie: Diese Kombination ermöglicht die Auswahl einer bestimmten Fraktion der Trennung aus komplexen Gemischen und überführt sie kontinuierlich in ein Massenspektrometer. Dabei kann die Fraktionsdauer frei gewählt werden. 2. Die Kombination von FFITP mit einem Biosensor, einem sogenannten "Dual Gate Field Effect Transistor" (DGFET): Das ist ein Sensor, bei dem Antikörper auf der Oberfläche eines Extended Gate (EG) immobilisiert sind. Wenn die Ziel-Antigene über das EG fließen und sich mit den Antikörpern verbinden, verändert sich die Schwellenspannung des DGFET. Durch die vorherige Trennung und Aufkonzentration mittels FFITP wird eine niedrigere Nachweisgrenze erzielt.

Isotachophoresis (ITP) is a powerful technology capable of simultaneously concentrating analytical targets and removal of interferences. Free flow electrophoresis (FFE) is an electrophoretic separation technique where an electric field is applied perpendicular to the flow direction in order to have a continuous separation system. FFITP is the mode of FFE where a discontinuous buffer system consisting of a LE and TE flows through the separation chamber. FFITP is especially attractive because it provides a continuous separation combined with selective concentration of the analytes. Two applications were studied in this thesis. First, the online coupling of a FFITP to an electrospray ionization mass spectrometer. This combination decouples the separation and detection time frame because the electrophoretic separation and concentration takes place perpendicular to the flow direction. Second, the FFITP was coupled to a dual gate field effect transistor (DGFET). DGFET is a self-made sensor which consists of an extended gate where antibodies are bound on the surface. When the target antigen is entering to the extended gate (EG) the DGFET will change the threshold voltage. The online coupling with FFITP a DGFET will lower the detection limit by pre-concentration of the target sample. Based on the result future applications of this approach are expected in monitoring biochemical changes and proteomics.