Glasrohre für den Probenauftrag auf Chromatographiesäulen sind teuer und zerbrechlich. Plastikspritzen sind billig und brechen nicht.
In der Protein Expression & Purification Core Facility des EMBL in Heidelberg müssen wir bei der Chromatographie sehr häufig Volumina von 10 ml bis 100 ml auf eine Affinitätssäule pumpen. Hierfür kann man eine spezielle Probenpumpe am Chromatographie-System anbringen, die zusätzliche Kosten verursacht und bei kleinen Volumina relativ viel Probenvolumen vergeudet. Häufiger setzt man ein Glasrohr (10, 50 oder 150 ml) ein, das von verschiedenen Herstellern erhältlich ist.
Hier wäre der Text zu Ende, wenn Glas nicht die nervige Eigenschaft hätte, genau im ungünstigsten Zeitpunkt zu zerbrechen. Die Neuanschaffung des Glasrohrs schlägt mit mehr als 600 € zu Buche (zum Beispiel bei den weitverbreiteten 50 ml Superloop Glasrohren), was mich dazu bewegte, über Alternativen nachzudenken. Dabei kam mir die Idee, dass man mit einer Spritzenhalterung zwei Plastikspritzen so zusammenbauen kann, dass sich die eine über den Schlauch von der Pumpe befüllen lässt, und mit der Bewegung des Kolbens die zweite (befüllt mit der Proteinlösung) in Richtung der Säule entlädt. Mit einer von uns ebenfalls entworfenen Aufnahme für die Spritzenhalterung lässt sich das System an einem ÄKTA-Chromatographie-System anbringen.
Von Hüseyin Besir entworfene Spritzenhalterung. Die linke, aufgezogene 60 ml Spritze ist mit der Proteinlösung gefüllt und entlädt diese auf die Chromatographie-Säule. Die rechte Spritze ist an die Pumpe des Chromatograpie-Systems angeschlossen und schiebt den Kolben der linken Spritze nach innen.
Über die Luer-Lock-Verbindung lassen sich handelsübliche Einwegspritzen (Preis unter 1€ pro Stück) in den Pumpkreislauf der gängigen Chromatographie-Systeme (zum Beispiel ÄKTA, NGC) anschließen. Bei einem Drucktest hielten Spritzen und Luer-Lock-Verbindungen eine Belastung von mindestens acht Bar aus. Das Säulen-Drucklimit, etwa für Nickel-Affinitätssäulen, liegt mit drei bis fünf Bar in der Regel deutlich unter diesem Wert.
Die Spritzen-Füllmethode hat verschiedene Vorteile. Das Zusammenbauen der Spritzenhalterung ist deutlich einfacher und schneller als die Prozedur mit einem Superloop. Zudem sind die Spritzen im Gegensatz zu einem Superloop aus Glas unzerbrechlich. Bei größeren Volumina ersetzt man die Probenspritze einfach durch eine neue, gefüllte Spritze und vermeidet so das langsame und umständliche Wiederbefüllen eines Superloops. Durch die horizontale Lage ist das Risiko, Luftblasen in das System zu pumpen deutlich geringer. Mit den Einwegspritzen entfällt die umständliche Reinigung des Superloops, bei der das teure Glasrohr gerne durch die nassen Handschuhe ins Waschbecken flutscht und zerbricht.
Mit einer Aufnahme für die Spritzenhalterung (mitte) wird diese in das Chromatographiesystem integriert.
Ein kleiner Nachteil ist, dass die Pumpe anhält, sobald die Spritze entleert ist und dann keinen frischen Puffer mehr über die Säule pumpt. Um den Puffer dennoch über die Säule zu leiten, muss man das Ventil vor der Säule von „Inject“ auf „Load“ umstellen (bei einem Superloop ist dies bauartbedingt nicht nötig, da der Fluss nicht unterbrochen wird, wenn der Stempel im Superloop ganz unten ist). Dieses Problem kann man vermeiden, indem man das zu ladende Volumen vorher in der Steuerungssoftware einstellt und automatisch das Ventil nach diesem Volumen umschalten lässt. Da man das Ventil vor der Elution sowieso umschalten muss, ändert dies die Ladeprozedur nicht signifikant. Die erwähnten Vorteile wiegen diese kleine Einschränkung zudem mehr als auf.
Die Herstellung der Spritzenhalterung ist noch etwas zeitaufwendig. Man könnte sie jedoch optimieren, indem man die Einzelteile zum Beispiel mit einem 3D-Drucker herstellt. Wer weitere Fragen hat oder die Halterung ausprobieren will, kann sich per E-mail an uns wenden (besir@embl.de oder pepcore@embl.de).
Hüseyin Besir