pHgradientissa

pHgradientissa tarkoitetaan tilaa, jossa pH-arvo muuttuu paikan mukaan. Tällaisia gradientteja esiintyy sekä luonnossa että laboratoriossa. Esimerkkejä ovat biologiset pH-gradienteihin liittyvät ilmiöt soluissa sekä keinotekoiset gradientit mikrofluidisissa laitteissa ja geelitekniikoissa. Gradientin muodostuminen johtuu protonien (H+) pitoisuuksien eroista sekä puskurijärjestelmien vastustuksesta pH:n muutokselle; diffuusio ja erilaisten lähteiden hallittu virta voivat ylläpitää tai muokata gradienttia.

Gradientin muodostumista voidaan tarkastella kahdesta päätekijästä: protoniliikenne ja puskurien kyky vastustaa pH:n muutoksia sekä mahdolliset sähköiset tai mekaaniset käsittelyt. Diffuusio pyrkii tasoittamaan pitoisuuksia, mutta gradienttia voidaan ylläpitää esimerkiksi asettamalla erisuuruisia lähteitä tai käyttämällä mikrofluidisia rakenteita sekä elektroforeettisia järjestelmiä. Laboratoriossa pH-gradientteja hallitaan tarkasti, jotta ne kiinnittyvät haluttuihin paikkoihin ja kestävät tarvittavan ajan.

Mittaus ja sovellukset kattavat useita alueita. pH-gradientteja seurataan pH-sensoreilla ja indikaattoriväreillä, usein fluoresoivilla indikaattoreilla paikkakohtaisia karttoja varten. Yksi tunnetuimmista käyttötarkoituksista on isoelectric fokuksessa, jossa geelissä on kiinnitetty pH-gradientti proteiinien erottamiseksi niiden isoelectrical pisteen mukaan. Biologisissa järjestelmissä gradientit ovat tärkeitä protonivoiman eli proton motive force -ilmiön yhteydessä, joka ajoaa ATP-synteesiä kalvojen yli. Mikrofluidisissa laitteissa gradientteja hyödynnetään molekyylien erottamiseen ja analysointiin sekä tutkimukseen että sovelluksiin.

Haasteita ovat gradientin vakauden ylläpitäminen, puskurien ja virtauksien aiheuttamat muutokset sekä mittausanalyysin häiriöt. Näistä huolimatta pH-gradientteja käytetään laajalti sekä perus- että soveltavassa tutkimuksessa sekä teollisissa sovelluksissa.