毛細(xì)管柱

毛細(xì)管電泳（capillary electrophoresis，CE）是以高壓直流電場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)力，內(nèi)徑為25-100nm的彈性石英熔融毛細(xì)管柱內(nèi)荷電粒子按其淌度（mobility）或遷移速度（migrationvelocity）的差異而實(shí)現(xiàn)分離的一類液相分離技術(shù)。毛細(xì)管電泳實(shí)際上包含電泳、色譜及其交叉內(nèi)容，它使分析化學(xué)得以從微升水平進(jìn)入納升水平，并使單細(xì)胞分析，乃至單分子分析成為可能。它將分離柱效提高到上百萬塔板數(shù)。長期困擾我們的生物大分子如蛋白質(zhì)的分離分析也因此有了新的轉(zhuǎn)機(jī)。CE具有分離效能高、分析速度快、樣品用量少、分析對(duì)象廣，多模式化和環(huán)保等特點(diǎn)，已成為一種重要的分離分析手段，在生物、醫(yī)藥、化工、環(huán)保、食品等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。文末有驚喜，請(qǐng)讀完文章！

毛細(xì)管電泳的基本原理

CE指以高壓電場(chǎng)力為驅(qū)動(dòng)力，以毛細(xì)管為分離通道，依據(jù)樣品中各組分毛細(xì)管之間淌度和分配行為上的差異而實(shí)現(xiàn)分離的一類液相分離技術(shù)。其儀器裝置簡圖如下圖所示，其結(jié)構(gòu)包括高壓電源、毛細(xì)管、檢測(cè)器各一及兩個(gè)緩沖液貯瓶。

CE所用的石英毛細(xì)管柱，在pH>3情況下，其內(nèi)表面帶負(fù)電，和溶液接觸時(shí)形成了一雙電層。在高電壓電場(chǎng)作用下，雙電層中的水合陽離子引起流體整體地朝負(fù)極方向移動(dòng)的現(xiàn)象叫電滲。粒子在毛細(xì)管內(nèi)電解質(zhì)中的遷移速度等于電泳和電滲流（EOF）兩種速度的矢量和。正離子的運(yùn)動(dòng)方向和電滲流一致，故最先流出；中性粒子的電泳流速度為“零”，故其遷移速度相當(dāng)于電滲流速度；負(fù)離子的運(yùn)動(dòng)方向和電滲流方向相反，但因電滲流速度一般都大于電泳流速度，故它將在中性粒子之后流出，從而因各種粒子遷移速度不同而實(shí)現(xiàn)分離。

理論基礎(chǔ)：帶電離子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)除了受到電場(chǎng)力的作用外，還會(huì)受到溶劑阻力的作用。一定時(shí)間后，兩種力的作用就會(huì)達(dá)到平衡，此時(shí)離子作勻速運(yùn)動(dòng)，電泳進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。根據(jù)物理學(xué)定律可以導(dǎo)出：

μ0=2εζ / 3η

式中η為溶劑粘度，ε為溶液的介電常數(shù)，ζ為無限稀釋時(shí)的電動(dòng)電位。對(duì)于實(shí)際溶液，淌度μ0可稱為有效電泳淌度。

電滲是毛細(xì)管中的溶劑因軸向直流電場(chǎng)作用而發(fā)生的定向流動(dòng)。電滲是由定域電荷引起。定域電荷是指牢固結(jié)合在管壁上、在電場(chǎng)作用下不能遷移的離子或帶電基團(tuán)。在定域電荷對(duì)溶液中的反號(hào)離子吸引下形成了所謂的雙電層，致使溶劑在電場(chǎng)作用(以及碰撞作用)下整體定向移動(dòng)而形成電滲流。

在毛細(xì)管電泳中，樣品分子的遷移是有效電泳淌度和電滲流淌度μeof的綜合表現(xiàn)，這時(shí)的淌度稱為表觀淌度(μapp)。表觀淌度可以直接從毛細(xì)管電泳的測(cè)定結(jié)果求得，表示為：

μapp=LdLt/tRV

這里L(fēng)d是毛細(xì)管從進(jìn)樣口到檢測(cè)器的距離，tR是離子通過這段距離所用的時(shí)間，Lt是柱的總長，V是電壓。電滲流淌度可用中性離子按同樣方法獲得。有效淌度可表示為：

μeff =μapp–μeof

電滲流與pH關(guān)系十分密切，此外，任何影響管壁上解離的因素，如毛細(xì)管洗滌過程、電泳緩沖液的組成及粘度、柱溫等都會(huì)影響電滲流大小甚至改變其方向。電磁場(chǎng)以及那些能與毛細(xì)管內(nèi)壁硅羥基相互作用的物質(zhì)如表面活性劑、蛋白質(zhì)等，均能對(duì)電滲流產(chǎn)生很大影響。

毛細(xì)管電泳類型

毛細(xì)管電泳技術(shù)的應(yīng)用

毛細(xì)管等電聚焦電泳CIEF是近年新興的一種CE，是表征蛋白質(zhì)電荷不均一性的強(qiáng)有力工具。其原理是在毛細(xì)管兩端加上直流電壓，管內(nèi)的載體兩性電解質(zhì)可以形成一定范圍的pH梯度，蛋白質(zhì)依據(jù)其所帶電荷向陽極或陰極移動(dòng)，直到凈電荷為0的某個(gè)pH值（即等電點(diǎn)pI）時(shí)停止，最終蛋白質(zhì)聚焦成很窄的區(qū)段，從而達(dá)到分離的目的。

毛細(xì)管等電聚焦電泳技術(shù)能快速、精確、定量地分析樣品，適用于單克隆抗體、融合蛋白、糖基化蛋白、抗體偶聯(lián)藥物、PEG化蛋白甚至病毒等蛋白質(zhì)樣品的電荷異構(gòu)體分析。等電點(diǎn)是多肽和蛋白質(zhì)類藥物質(zhì)量控制的重要指征，可以反映生物技術(shù)合成的多肽、蛋白類藥物的純度和空間構(gòu)象的均一性，以及生產(chǎn)過程中的可靠性，缺失肽、斷裂肽、酰胺化/去酰胺化、氨基酸側(cè)鏈的不完全脫保護(hù)、多糖唾液酸化等一些修飾都會(huì)改變樣品的等電點(diǎn)，影響藥物活性。因此，等電點(diǎn)的準(zhǔn)確測(cè)定對(duì)于多肽、蛋白類藥物的質(zhì)量控制和新藥研發(fā)起著重要作用。

來源：奧星生命科學(xué)設(shè)備與耗材|周婷

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