毛细管电泳技术的研究现状与进展

毛细管电泳技术的研究现状与进展

摘要:毛细管电泳是近年发展最快的分离分析技术之一。它具有高灵敏度、高分辨率、高速度等优点．广泛应用于各个领域。随着毛细管电泳技术的不断发展，逐渐出现了7种电泳分离模式

[关毽词] 毛细管电泳；毛细管区带电泳；毛细管凝胶电泳；现状；进展；

毛细管电泳的原理（1）

毛细管电泳是以弹性石英毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的电泳分离分析方法．毛细管电泳所用的石英毛细管柱，在pH>3的情况下，其内表面带负电，与缓冲液接触时形成双电层，在高压电场作用下形成双电层一侧的缓冲液由于带正电而向负极方向移动，从而形成电渗流．同时在缓冲溶中，带电粒子在电场作用下，以各自不同速度向其所带电荷极性相反方向移动，形成电泳．目前，毛细管电泳分离模式主要如下：

1．毛细管区带电泳(CZE)

2．毛细管凝胶电泳(CGE)

3．细管胶柬电动色谱(mECC)

4．细管等电聚焦(CIEF)

5．细管等速电泳(CITP)

6．亲和毛细管电泳

7．毛细管电色谱

上述七种分离模式相瓦渗透，各有利弊，用途不一，目前较为常用的主要为CZE和CGE。

1．毛细管区带电泳(CZE)

将待分析的溶液引入毛细管进样的一端，施加直流电压后，各组分按各自的电泳流和电渗流的矢量和流向毛细管出口端，按阳离子、中性粒子和阴离子及其电荷大小的顺序通过检测器．中性组分彼此不能分离，出峰时间称为迁移时间，相当于高效液相色谱中的保留时间．为了降低电渗流和吸附现象，可将毛细管内壁涂层．

CZE是毛细管电泳中最基本的模式，目前．在所有基于毛细管电泳的研究中有60％系运用此模式。适于CZE分析模式的研究对象包括金属离子、无机阴离子、小分子有机酸和有机碱、肽类以及蛋白质。应用CZE模式的前提是分析对象必须或能够带有一定的电荷，这样才能使分析物质在电场力的作用下泳动.已有人总结了运用毛细管电泳进行各种离子分析的分离机制和优化策略（2）

2．毛细管凝胶电泳(CGE)

分离分析是在聚丙烯酰胺或者琼脂糖凝胶填充的毛细管内进行的，样品的分离是基于填充凝胶孔隙所产生的分子筛作用。此分析模式主要用于分离蛋白质、寡聚核苷酸和DNA片断。这些生物大分子多聚物有其固定的荷质比，难以运用CZE和MEKC将其分离。从分离的高效性和分析时间大幅减少的角度来说，CGE毫无疑问将成为一种替代传统的平板凝胶电泳和SDS —PAGE技术的新方法，但同时也面临一些有待解决的问题，例如，凝胶断裂、凝胶降解作用、进样末端的堵塞和毛细管使用寿命缩短等. 非凝胶筛分毛管电泳可以弥补以上缺陷。在非凝胶筛分系统的分离缓冲溶液中，加入水溶性的线形聚合物(如：甲基纤维素、葡聚糖和聚乙烯乙二醇)。这些聚合物溶液在每次进样分析开始前更换，同一支毛细管可以反复使用几百次而仍然保持良好的重现性。有文章详细阐述了在聚合物溶液中基于分析物分子量大小的分离机制(3)。在s．F Y．Lj等人发表文章中(4)”，运用CGE成功地分离了肌红蛋白分子，整

个分离过程在l3分钟内完成，缓冲溶液由l2％的葡聚糖和10％的甘油组成。与平板凝胶电泳需时l2小时相比，此方法不仅简便易行而且大大缩短了分析时闯)

CE因具有分离效率高、分析速度快、样品和试剂用量少、毛细管柱价格低易清洗、运行和维护费用低、洁净无污染等特点，而广泛应用于生物化学、分子生物学、食品化学、药物化学、环境化学、医学和法学等许多领域。作为一项新型的分离技术，CE的多种分离模式给样品分离提供了不同的选择机会，这对分离来源复杂的生物样品尤其有利。研究表明，小至无机离子，大到整个细胞，都有可能利用毛细管电泳技术进行分离分析。CE从产生到现在，其应用首先集中在氨基酸，糖类，核酸和蛋白质等生物分子的分离分析上，但是，随着此项技术的不断发展和完善，其应用已逐渐的向医药卫生，食品化工，环境等领域渗透。目前，CE的研究热点包括：DNA的高速测序，蛋白质的高效分离，糖类分析，细胞分析，手性拆分等等。此外，毛细管电泳还可用于物理化学常数的测定，生产工程控制等。例如，在CEC手性拆分中，现考虑引入非水电解质．即使用非水毛细管电色谱法(NAQ CEC)来分离对映异构体(5)。毛细管阵列电泳等方法的发展，使得CEIA同时分析多个样品成为可能(6)”。

毛细管电泳的未来

对CE技术进行更深入的研究，将有利于发挥其特点．拓展其应用。从毛细管电泳的发展趋势来看，目前的毛细管电泳越来越侧重于应用研究，特别是与生命学相关的问题研究。可以预见，随着生命科学研究的推进，毛细管电泳将面临新的机遇和挑战。随着人类基因组计划的顺利实施和趋于成功，后基因组计划已经逐步展开，其中蛋白质组成的研究正引起广泛的重视，毛细管电泳作为高效和灵敏的分离分析方法，可能成为蛋白质组成研究的新工具。利用毛细管电泳所进行的单细胞蛋白质组成探索性的研究结果显示，这是一个非常有前途的方向。

此外，毛细管电泳的新原理，新方法也会出现，如何利用和吸收其他学科的原理，方法，技术也是推动毛细管电泳的发展所必须思考的问题。总之，任何一种分离分析测定技术的发展都是朝着简单实用，同时又能解决实际问题的方向前进的。

(1)武汉大学化学系．仪器分析[MI．高等教育出版社，2001：416-422．

(2）M．Jimidar．D.L．Massart．Trends in Anal CIlem 15 91—102(1996)

(3) Capillary Electrophoresis in Analytical Biochemistry.P .G．Righetti，Ed CRC Press，1996，pp．477-508．

(4)Y.Zhang. H．K lee，and S．F．Y Li J Chrumattogr A 744：249-357(1996)．

(5) Chankvetadze B．Blaschke G E1ectrophoresls，2000: 21(18)：4159

(6) Schmalzing D et a1．Electrophoresis．2000；21(18)：39l 9