lunedì 11 gennaio 2021

STEP #28 - La sintesi finale

 L'elettroforesi è un sistema relativamente recente di analisi e separazione delle specie chimiche ionizzabili. Recente perché è stato messo a punto solo nella metà del secolo scorso anche se fu descritto già in precedenza, la sua storia è raccontata nel seguente post. Infatti nella bibliografia storica è comparso come termine ricorrente proprio nel periodo sopra citato, come anche mostrato in quest'altro postLa storia dello strumento può però anche legarsi agli antichi miti sull'alchimia, la disciplina che fu precorritrice della chimica moderna e che per prima ebbe interesse nel riconoscere e tramutare i diversi materiali.

L'elettroforesi rientra nei metodi per la determinazione e l'individuazione delle diverse specie chimiche descritti nel seguente albero tassonomico, e ad essa si legano concetti e temi come in questa mappa concettuale

Questo metodo sfrutta l'interazione che nasce tra molecole cariche ed un campo elettrico esterno per movimentarle secondo il principio qui descritto, all'interno di un mezzo, solitamente un gel, e successivamente valutarne la dimensione e la massa in relazione allo spostamento da esse compiuto. In questo post è indicato un esempio di impiego dello strumento.

Al seguente link è presente un glossario dei termini principali relativi allo strumento, che ne aiuta la scoperta.

 Lo strumento utilizzato, di cui è qui mostrato un esploso, è essenzialmente composto da una vaschetta ai cui estremi sono applicati gli elettrodi. Il metodo di utilizzo è qui descritto.

Lo strumento ha subito una evoluzione nella storia che gli ha permesso di fornire risultati sempre più accurati, mediante anche l'utilizzo di materiali, qui descritti, che sono stati resi disponibili solo con il progresso tecnologico. Al giorno d'oggi è impiegato nell'industria biochimica, ed i maggiori costruttori sono aziende multinazionali, citate in questo post, e che hanno creato il loro mercato proprio grazie a questo metodo, come testimoniato da alcuni marchi che in qualche modo si legano al simbolo dello strumento

La notorietà dello strumento e del metodo è cresciuta negli anni grazie alle pubblicità che le aziende stesse hanno ideato ed alla presenza dello strumento in serie TV , ma anche fumetti, francobolli. Ovviamente come ogni metodo industriale, all'elettroforesi sono legati diversi brevetti che ne difendono la paternità di invenzione e norme che ne regolano l'impiego in termini di sicurezza ed efficacia.

Ecco alcune curiosità relative allo strumento, come i numeri ad esso legati ed un abbecedario .

Per informazioni aggiuntive di carattere scientifico si rimanda alla seguente bibliografia riguardante il metodo e lo strumento.




STEP #27- La mappa concettuale








giovedì 7 gennaio 2021

STEP #26 - La chimica e gli strumenti scientifici

tipica struttura ad elica di una molecola di DNA

Una delle applicazioni principali dell'elettroforesi è quella della separazione ed analisi dei segmenti di DNA. L'elettroforesi su gel di agarosio permette di individuare segmenti di DNA in un range da 100bp  25kbp, (coppie di basi). Questo metodo ha rivoluzionato le metodologie per questo tipo di operazioni, che prima si basavano sulla centrifugazione che forniva risultati approssimativi.


risultati sperimentali di elettroforesi su campione di DNA 

Lo strumento permette di separare i segmenti di DNA applicando una tensione elettrica al gel in cui la molecola è immersa. La carica negativa della struttura del DNA interagisce con il campo elettrico per migrare all'interno del gel, con velocità proporzionale al suo peso. Dopo la separazione è possibile visualizzare i segmenti tramite l'utilizzo di un colorante e sotto luce UV, avranno raggiunto posizioni diverse a seconda della loro lunghezza e massa.


-Fonti:
-https://www.jove.com, "Jove" scientific video journal

sabato 19 dicembre 2020

STEP #25 - Cose personali

  •  Memento

Queste carte sono un ricordo dei pomeriggi estivi passati con gli amici, l'infanzia ed i bei momenti spensierati. 
  • Utensile


Lo sport, in particolare la corsa e il ciclismo, mi permettono di liberare la mente, ricavando del tempo in cui divertirmi e stare bene. 

  • Feticcio

Questo poster autografato rappresenta per me una motivazione, firmato da un uomo come Horacio Pagani, che ha realizzato i propri sogni

lunedì 30 novembre 2020

STEP #24 - Le parole nella storia

 

L'immagine mostra la ricorrenza nella bibliografia degli ultimi due secoli di tre parole significative per lo strumento, in particolare "elettroforesi", che ha una prima comparsa significativa proprio negli anni in cui fu vinto il Nobel da Tiselius per la messa a punto di questa tecnica. Successivamente la parola "elettrodo", termine che ha una diffusione più ampia in quanto è più generico ed utilizzato in diverse applicazioni. Infine il termine "agarosio", costituente di uno dei gel più utilizzati per questo metodo scientifico, ha una comparsa leggermente più tardiva.

Fonte:

-"https://books.google.com/ngrams/graph", Google Ngram viewer

lunedì 23 novembre 2020

STEP # 23 - La normativa

 Di seguito sono riportate norme nazionali ed internazionali per l'impiego di strumenti per elettroforesi:

- UNI 10414:1994

Titolo : Grano duro e grano tenero. Definizione della purezza varietale mediante elettroforesi delle proteine. Metodo rapido.
Definisce un metodo per la determinazione della purezza varietale del grano, duro e tenero, mediante analisi elettroforetica delle proteine di riserva (frazione gliadinica) della cariosside.

- JIS K 3838
Titolo: General rules for SDS-polyacrylamide gel electrophoresis analysis

DIN 10472 
TitoloDetermination of casein and whey protein contents of milk and milk products - Electrophoretic method

Fonte:
- https://www.uni.com/, UNI - "Ente italiano di normazione"
https://www.din.de/, DIN - "Deutsches Institut für Normung"

STEP # 22 - Un manuale d'uso

 Prendiamo in esame la procedura per effettuare elettroforesi su proteine.

Per effettuare il test è necessaria la disponibilità di diversi tipi di gel. In particolare servirà un running gel che permetterà la migrazione delle proteine, uno stacking gel in cui verranno disciolti inizialmente i campioni e un running buffer che catturerà le proteine.

Essi possono essere preparati nelle dosi indicate nel seguente link (clicca).

Si montano i vetri nello strumento come segue:

Si inserisce nei pozzetti il running gel, colmandoli poi con acqua distillata e si attende che il gel polimerizzi. Si asciuga poi l'acqua in eccesso sul gel e si cola lo stacking gel facendolo successivamente polimerizzare.
Quindi si montano i pozzetti sul supporto con gli elettrodi e si versa nel recipiente il running buffer nei pozzetti ed al loro esterno
A questo punto si "seminano" nei pozzetti i campioni proteici da analizzare, immergendoli prima in un "sample buffer", che li colorerà rendendone più semplice l'individuazione. Si collega ora lo strumento ad un generatore di corrente continua con tensione 180V. Quando i campioni colorati sono giunti al fondo dei pozzetti la prova risulterà terminata. Si possono estrarre i vetrini ed analizzare le tracce proteiche su di essi concentrate. Si otterrà un risultato del seguente tipo:
Le bande così generate permettono, se confrontate con molecole di massa nota, di individuare la massa delle molecole proteiche in studio.

Fonte:
- https://www.scienzeascuola.it/laboratorio/biologia/elettroforesi-di-proteine-sds-page



STEP #21 - Nei fumetti

 

Il fumetto riportato è stato pubblicato dalla rivista scientifica "Bio-radiations", fa parte della serie "comic series" pubblicata nel marzo 2020. Essa è composta da 12 scene.
Fonte:
-www.bio-radiations.com, "comic series"

STEP #20 - Il marchio

logo azienda "RigRunner"

 Logo dell'azienda "RigRunner", specializzata nella fabbricazione di strumenti per elettroforesi. Le bande visibili nella parte sinistra del logo ricordano visivamente il tipo di grafico fornito dallo strumento per l'individuazione dei segmenti di DNA, che è una delle applicazioni principali dello strumento. Segue il dettaglio del logo.
dettaglio del logo "RigRunner"

Fonte:
- https://www.rrelectrophoresis.com/

domenica 15 novembre 2020

STEP #19 - L'abbecedario

 E - come elettrone

L - come laboratorio

E - come esecuzione

T - come Tiselius Arne

T - come tubo capillare

R - come ricerca

O - come operatore

F - come fisica

O - come organico

R - come rame

E - come elettrodo

S - come separazione

I - come individuazione

STEP #18- Il francobollo

 

Francobollo pubblicato in Svezia, 22 novembre 1983, commemorazione del premio Nobel ad Arne Tiselius, segue dettaglio del nome dello scienziato:


Fonte: 

https://colnect.com/it/stamps/stamp/52512-Arne_Wilhelm_Kaurin_Tiselius_1948-Vincitori_del_Premio_Nobel_-_Chimica-Svezia

STEP # 17- I brevetti

 Il primo brevetto di uno strumento per l'elettroforesi compare nell'ufficio brevetti statunitense,  si legge nella descrizione che è un "nuovo ed evoluto apparato per l'analisi di colloidi e altre miscele di interesse biologico ed industriale". Esso è stato pubblicato da tre ricercatori dell'università della Pennsylvania nel 1946

il brevetto è pubblicato con codice:US2412602A 

   ed il suo titolo è:"Electrophoresis apparatus"


schema costruttivo dello strumento

descrive un metodo per il rivestimento di materiali con uno strato isolante, molto simile alla moderna elettrodeposizione, che aumenta la resistenza termica ed elettrica del materiale, senza modificarne la tenacità meccanica. Nell'immagine che segue si nota lo strumento e la vasca in cui sono immersi i corpi sottoposti a deposizione.

vasca elettrolitica di rivestimento per oggetti



 In Italia il primo brevetto riguardante l'elettroforesi risale al 1978, è un metodo della "General Electric" per la formazione di corpi formati da beta-allumina tramite elettroforesi. Non sono state purtroppo depositate immagini del processo

codice: IT1296568B1

titolo:  Forming beta-alumina bodies pref by electrophoresis - for use as solid electrolyte in electric energy sources

Il metodo dell'elettroforesi è ancora in uso nella moderna chimica, l'ultimo brevetto pubblicato risale infatti al 12/11/2020, dal codice: AU2020102458A4   e titolo: "METHOD FOR EXTRACTING HIGH-QUALITY DNA FROM IDESIA POLYCARPA"

è quindi un metodo per ricavare il DNA di questa pianta. Esso permette di individuare i segmenti di DNA della pianta e creare ottenere il seguente grafico per analizzarne la struttura

nnnn
bande risultanti dall'analisi del DNA della polycarpa


-Fonte espacenet.com:

https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/023815931/publication/US2412602A?f=publications.pd%3Ain%3D19440101-20201231&q=electrophoresis

https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/035605516/publication/CA471568A?f=publications.pd%3Ain%3D19440101-20201231&q=electrophoresis

https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/011225807/publication/IT1025377B?f=publications.cc%3Ain%3Dit&q=electrophoresis

https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/073048423/publication/AU2020102458A4?f=publications.pd%3Ain%3D19440101-20201231&q=electrophoresis

lunedì 9 novembre 2020

STEP #16 - Anatomie

 Cella per elettroforesi "Bio-Rad Mini- PROTEAN 3"

L'immagine precedente mostra un esploso dello sturmento, esso è composto dai seguenti componenti:

  • coperchio
  • connettore "banana"
  • gruppo elettrodi
  • cassetta gel
  • piastra a pressione
  • telaio esterno
  • serbatoio
-Fonte:
Aes, electrophoresis society, annual meeting 2019

mercoledì 4 novembre 2020

STEP # 15 - I numeri

  •  1,602176565 * 10^(-19) C - la carica elementare di una particella, essa permette la mobilità dei soluti in un campo elettrico e la loro separazione nello strumento
  • 90° - temperatura di esercizio nella ricostruzione del DNA, così da lasciarne intatta la struttura
  • 1948 - Tiselius vince il Nobel per la chimica grazie ai suoi studi sull'elettroforesi
  • 400Mln $ - valore del mercato mondiale di gel poliacrilammide da elettroforesi nel 2019


STEP # 14 - La tassonomia

 Un interessante albero tassonomico dello strumento è quello che dalla disciplina cardine, la chimica, va ad evidenziare le tipologie di materiali e corpi studiati, ognuno tramite un opportuno metodo, che nel caso delle biomolecole è proprio quello dell'elettroforesi. 



STEP #13 - La pubblicità

L'immagine seguente è una locandina pubblicitaria dello strumento 





-Fonte:

Sebia italia, https://www.sebia.com/it

giovedì 29 ottobre 2020

STEP #12 - Il Cinema

 La tecnica dell'elettroforesi è utilizzata per analizzare e ricostruire il Dna, nella cinematografia moderna è quindi importante la sua presenza, in particolare serie tv come "CSI", "NCIS" spesso mostrano i protagonisti al lavoro in laboratori chimici in cui si analizzano campioni prelevati da scene del crimine che grazie alla ricostruzione del DNA portano all'individuazione di un colpevole. In questa scena della serie "CSI" per esempio avviene l'analisi automatizzata tramite un macchinario di un frammento di DNA

STEP #11 - I Costruttori

 Gli strumenti da elettroforesi erano inizialmente creati in maniera artigianale ed indipendente nei laboratori di università e centri di ricerca, veri e propri costruttori industriali sono comparsi solo in tempi relativamente recenti. 
Uno dei grandi produttori attualmente operanti è "Sebia", azienda fondata negli stati uniti nel 1967, diventata poi multinazionale e che ha introdotto nel 1993 il sistema "HYDRASIS" capace di effettuare tutti i tipi di elettroforesi su gel d'agarosio, altro sistema è "CAPILLARIS" creato nel 2001 che permette di automatizzare tutto il processo.                                                                    In Italia è "Seleo" il costruttore più noto, fondata nel 1994 l'azienda è specializzata nella progettazione e produzione di strumentazione diagnostica anche OEM nonché di componenti meccanici di precisione, optoelettronica e  controllo del movimento. La Seleo svolge anche attività di ricerca in collaborazione con alcuni centri di ricerca europei ed italiani nel settore dei sensori elettrochimici (biosensori) utilizzati nell’analisi dei parametri enologici.

STEP #10 - I Libri

Di seguito è riportata una bibliografia relativa allo strumento ed alla tecnica dell'elettroforesi:

  • R. Audubert, S. de Mende, "Principles of Electrophoresis", Londra, 1959
  • "Enciclopedia internazionale di chimica", Roma, 1971
  • L. P. Cawley, Elettroforesi e immunoelettroforesi, Padova, 1975.
  • Biji T Kurien, R Hal Scofield, "Protein Electrophoresis: Methods and Protocols", Totowa (NJ), 2016
    • Hideharu Shintani, 
    • J. Polonský, "
    • Handbook of Capillary Electrophoresis Applications"
      , Dordrecht: Springer, 1997

 

mercoledì 21 ottobre 2020

STEP #09 - Gli inventori

Il fenomeno dell'elettroforesi fu descritto per la prima volta nel 1807 da Ferdinand Friedrich Reuss, che osservò la migrazione di particelle di argilla immerse in acqua in presenza di un campo elettrico esterno.

Il primo dispositivo per svolgere l'elettroforesi fu realizzato nel 1937 dal biochimico svedese Arne Tiselius.

Egli nacque a Stoccolma nel 1902, la sua attività scientifica prese il via quando divenne assistente di ricerca nel laboratorio del prof. Svedberg nel 1925 e conseguì la laurea in dottore nel 1930 con la tesi: “The moving-boundary method of studying the electrophoresis of proteins”

Divenne coordinatore presso l'istituto di biochimica dell'università di Upssala.

Sotto la guida di Tiselius questo istituto ha contribuito allo sviluppo e al miglioramento di una serie di metodi utili in biochimica, come l'elettroforesi, la cromatografia, la partizione di fase, la filtrazione su gel, ecc. Questi metodi e altri sono stati applicati a studi di sostanze di grande peso molecolare come principalmente proteine ​​ed enzimi, ma anche polisaccaridi (destrano) e acidi nucleici.

Grazie alle sue ricerche proprio sull'elettroforesi delle proteine, egli vinse il Premio Nobel per la chimica nel 1948

STEP #08 - I materiali

 L’elettroforesi avviene all’interno di un tubo di solito realizzato in silice fusa o teflon, rivestito da uno strato protettivo di poliammide che lo rende resistente ma anche maneggevole. 

schema dello strumento, ben visibile il tubo capillare in cui migrano le specie chimiche


Questo tipo di realizzazione permette di minimizzare i problemi derivanti dallo sviluppo di calore che, tradizionalmente, limitano le tecniche elettroforetiche, in quanto causa di gradienti di temperatura non uniformi, cambiamenti locali di viscosità e conseguenti zone allargate. I polimeri sono materiali relativamente recenti, hanno dato grande impulso alla tecnologia, furono scoperti grazie a studi sulla cellulosa. 
Infine componenti fondamentali dello strumento sono gli elettrodi, essi sono filamenti di platino, oro o metallo conduttore ed inerte, perchè non prendano parte alla reazione miscelandosi alle specie in soluzione. Questi metalli "nobili", sono conosciuti fin dall'antichità sono simbolo di prestigio, erano principalmente indossati a scopo ornamentale, oggi sono apprezzati anche per le loro grandi caratteristiche chimico-fisiche.

 






STEP#07 - Il mito

Nella mitologia e nella tradizione della storia umana è sempre stato forte il desiderio della conoscenza del mondo circostante e soprattutto della sua composizione, ne è testimonianza per esempio la nascita dell'alchimia, la disciplina che aveva come scopo la ricerca della "pietra filosofale", capace di tramutare l'oro in metalli vili.
 

Un alchimista al lavoro nel suo laboratorio, incisione xilografica, secolo XVII, Fototeca Gilardi  


La disciplina fondeva pratiche magiche e filosofiche, ed era un primo accenno a quella che sarebbe stata la chimica, era quindi forte il desiderio di individuare sostanze e composti, per poterli sperimentare e crearne di nuovi, scoprendo man mano i meccanismi che regolano la materia e le sue trasformazioni. 

martedì 20 ottobre 2020

STEP #06 - Il simbolo

 

Immagine tratta da uno dei tanti siti di informazione scientifica che trattano temi magari poco noti al grande pubblico e ne diffondono la conoscienza, essa illustra bene il funzionamento dello strumento, ha quindi uno scopo principalmente "didattico" e quindi risulta chiara e di facile lettura.

-Fonte:
Strephonsays.com

domenica 18 ottobre 2020

STEP #05-Il principio fisico

 L'elettroforesi avviene in un fluido, liquido o gel, in cui siano presenti cariche elettriche libere dotate quindi di una certa mobilità. Essa dipende dalle loro dimensioni, dalla carica, dalla natura e dalla loro concentrazione.  La mobilità elettroforetica, ovvero la grandezza che quantifica l'attitudine di una sostanza a sottoporsi al trattamento è espressa dalla formula:                                       

                                                            μ = v/E, con: v = E*q/f

e dipende quindi dalle seguenti grandezze:

v = velocità di migrazione 

E = gradiente di voltaggio del campo elettrico 

q = carica della particella 

f = coefficiente frizionale del mezzo

STEP #04- La scienza

Lo strumento permette di sfruttare le cariche elettriche esistenti in alcune sostanze per individuarle e separarle all'interno di un sistema. Il fenomeno dell'elettroforesi fu descritto per la prima volta nel 1807 da Ferdinand Friedrich Reuss, che osservò la migrazione di particelle di argilla immerse in acqua in presenza di un campo elettrico esterno

Il primo dispositivo per svolgere l'elettroforesi fu realizzato nel 1937 dal biochimico svedese Arne Tiselius, che grazie alle sue ricerche sull'elettroforesi delle proteine vinse il Premio Nobel per la chimica nel 1948 con la pubblicazione:“The moving-boundary method of studying the electrophoresis of proteins”.

venerdì 16 ottobre 2020

STEP #03-Glossario

  • Cataforesi : spostamento verso il catodo di particelle colloidali cariche positivamente, sotto l’azione di un campo elettrico
  • Anaforesi: spostamento verso l’anodo di particelle colloidali cariche negativamente sotto l’azione di un campo elettrico
  • Elettrodo: Conduttore, di forma e natura opportuna, che adduce corrente o crea un campo elettrico in un mezzo 
  • Anodo: elettrodo a potenziale più alto di una cella elettrolitica, di un tubo elettronico o, in generale, di un apparecchio elettrico destinato a far passare corrente elettrica attraverso un elemento conduttore
  • Catodo: elettrodo che, in una cella elettrolitica o in un tubo a scarica, ha potenziale negativo rispetto all'anodo 
  • Carica elettrica: grandezza fisica caratteristica dei corpi elettrizzati, che li rende sensibili a campi elettrici

-Fonte:
Treccani, "dizionario lingua italiana"

lunedì 12 ottobre 2020

STEP #02- L'immagine







-Fonte:
 https://it.wikipedia.org/wiki/File:Electrophoresis_apparatus.jpg

STEP #01- Il nome

L'elettroforesi è un metodo che permette di separare le macromolecole, lo strumento in grado di utilizzare questo metodo permette in particolare di separare le proteine sulla base della loro massa molecolare e carica elettrica.

Electrophoresis, électrophorèse, elektrophorese, queste le traduzioni in inglese, francese e tedesco, nelle tre lingue è evidente la comune etimologia, essa deriva dalla lingua greca, dalle parole "elettro" e ϕόρησις "trasporto", dal tema di ϕορέω "trasportare". 

 L' elettroforesi è un sistema relativamente recente di analisi e separazione delle specie chimiche ionizzabili. Recente perché è stato...