تاريخ الرحلان الكهربائي

حدثت أول ملاحظة للرحلان الكهربائي خلال السنوات الأولى من القرن التاسع عشر بشكل مستقل من قبل غوثيرو في عام 1801 ^{[ 1 ]} ومن قبل رويس في عام 1809 ^{[ 2 ]} .

بدأ تاريخ علم الحركة الكهربائية والرحلان الكهربائي ، وتطبيقاتهما الأكثر شيوعًا ، مثل الفصل الجزيئي والتحليل الكيميائي ، مع أعمال آرني تيسيليوس عام 1931، بينما تستمر عمليات الفصل الجديدة وتقنيات تحليل الأنواع الكيميائية القائمة على الرحلان الكهربائي وعلم الحركة الكهربائية في التطور خلال القرن الحادي والعشرين. ^{[ 3 ]} وقد طور تيسيليوس، بدعم من مؤسسة روكفلر ، الرحلان الكهربائي ذو الحدود المتحركة ، والذي وصفه عام 1937 في بحثه الشهير. ^{[ 4 ]}

انتشرت هذه الطريقة ببطء حتى ظهور طرق الفصل الكهربائي الفعّالة في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين، والتي استخدمت ورق الترشيح أو الهلام كوسائط داعمة. وبحلول ستينيات القرن العشرين، أتاحت طرق الفصل الكهربائي الهلامي المتطورة فصل الجزيئات البيولوجية بناءً على اختلافات فيزيائية وكيميائية دقيقة، مما ساهم في ازدهار علم الأحياء الجزيئي والكيمياء الحيوية . وأصبح الفصل الكهربائي الهلامي والتقنيات ذات الصلة أساسًا لمجموعة واسعة من الطرق الكيميائية الحيوية ، مثل بصمة البروتين ، وتقنية ساوثرن بلوت ، وغيرها من إجراءات التلطيخ، وتسلسل الحمض النووي ، وغيرها الكثير. ^{[ 5 ]}

يعود تاريخ العمل المبكر على المبدأ الأساسي للرحلان الكهربائي إلى أوائل القرن التاسع عشر. وقد لوحظت ظاهرة الحركية الكهربائية لأول مرة في عام 1807 من قبل الأستاذين الروسيين بيتر إيفانوفيتش ستراخوف وفرديناند فريدريك رويس في جامعة موسكو ، ^{[ 6 ]} حيث لاحظا أن تطبيق مجال كهربائي ثابت تسبب في هجرة جزيئات الطين المنتشرة في الماء .

أدت تجارب يوهان فيلهلم هيتورف ، ووالتر نيرنست ، وفريدريش كولراوش لقياس خصائص وسلوك الأيونات الصغيرة المتحركة عبر المحاليل المائية تحت تأثير مجال كهربائي إلى وضع أوصاف رياضية عامة للكيمياء الكهربائية للمحاليل المائية. وضع كولراوش معادلات لتركيزات متغيرة من الجسيمات المشحونة المتحركة عبر المحلول، بما في ذلك الحدود المتحركة الحادة للجسيمات المهاجرة. وبحلول مطلع القرن العشرين، اكتشف الكيميائيون الكهربائيون إمكانية إنشاء مثل هذه الحدود المتحركة للجسيمات المشحونة باستخدام أنابيب زجاجية على شكل حرف U. ^{[ 7 ]}

طوّر أوغست توبلر في ستينيات القرن التاسع عشر طرقًا للكشف البصري عن الحدود المتحركة في السوائل؛ حيث قاس توبلر ظاهرة "شليرن" ( الظلال ) أو التغيرات الطفيفة في الخصائص البصرية في المحاليل غير المتجانسة. وشكّلت هذه الطريقة، إلى جانب الطرق النظرية والتجريبية لإنشاء وتحليل الحدود المتحركة المشحونة، أساس طريقة تيسيليوس للرحلان الكهربائي للحدود المتحركة. ^{[ 8 ]}

أتاح الجهاز الذي صممه آرني تيسيليوس عام 1931 مجموعةً من التطبيقات الجديدة للرحلان الكهربائي في تحليل المخاليط الكيميائية. وكان تطويره، الذي مولته مؤسسة روكفلر بشكل كبير، امتدادًا لدراسات تيسيليوس السابقة لنيل درجة الدكتوراه. ^{[ 9 ]} وبدعم إضافي من مؤسسة روكفلر، تم بناء جهاز تيسيليوس باهظ الثمن في عدد من المراكز الرئيسية للبحوث الكيميائية.

بحلول أواخر أربعينيات القرن العشرين، بدأت طرق الفصل الكهربائي الجديدة في معالجة بعض أوجه القصور في طريقة تيسيليوس للفصل الكهربائي ذي الحدود المتحركة، والتي لم تكن قادرة على فصل المركبات المتشابهة كهربائيًا بشكل كامل. فبدلًا من حركة الجزيئات المشحونة بحرية عبر المحاليل، استخدمت الطرق الجديدة مصفوفات صلبة أو هلامية في أجهزة فصل كهربائي جديدة لفصل المركبات إلى نطاقات أو مناطق منفصلة ومستقرة. وفي عام 1950، أطلق تيسيليوس على هذه الطرق اسم الفصل الكهربائي النطاقي . ^{[ 5 ]}

وجدت تقنية الفصل الكهربائي النطاقي تطبيقًا واسع النطاق في الكيمياء الحيوية بعد أن قدم أوليفر سميثيز هلام النشا كركيزة للفصل الكهربائي في عام 1955. وقد مكّن هلام النشا (ولاحقًا هلام البولي أكريلاميد وأنواع أخرى من الهلام) من الفصل الفعال للبروتينات، مما جعل من الممكن، باستخدام تقنية بسيطة نسبيًا، تحليل مخاليط البروتينات المعقدة وتحديد الاختلافات الدقيقة في البروتينات ذات الصلة. ^{[ 10 ]}

على الرغم من تطوير طرق الفصل الكهربائي عالي الدقة، ظل التحكم الدقيق في معايير مثل حجم المسام واستقرار هلامات البولي أكريلاميد يمثل تحديًا كبيرًا في القرن العشرين . وقد حُلت هذه المشكلات التقنية أخيرًا في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين مع إدخال زمن بلمرة موحد لهلامات البولي أكريلاميد المُحسَّنة. وقد مكّن هذا، ولأول مرة، من فصل تراكيز فسيولوجية من عوامل مساعدة أيونية معدنية عالية النقاء والبروتينات المرتبطة بها بكميات كمية لتحليل البنية . ^{[ 11 ]}

• الرحلان الكهربائي
• الرحلان الكهربائي (مجلة)
• تاريخ الكيمياء الحيوية
• تاريخ الكروماتوغرافيا
• تاريخ الكيمياء الكهربائية
• تاريخ الرحلان الكهربائي الهلامي
• تاريخ البيولوجيا الجزيئية

• فيستربيرج، أولوف (1989). "تاريخ طرق الفصل الكهربائي"، مجلة الكروماتوغرافيا ، المجلد 480، الصفحات  3-19.