毛細管電泳技術及應用

毛細管電泳（capillary electrophoresis，CE）是以高壓直流電場為驅動力，內徑為25-100nm的彈性石英熔融毛細管柱內荷電粒子按其淌度（mobility）或遷移速度（migrationvelocity）的差異而實現(xiàn)分離的一類液相分離技術。毛細管電泳實際上包含電泳、色譜及其交叉內容，它使分析化學得以從微升水平進入納升水平，并使單細胞分析，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的分離分析也因此有了新的轉機。CE具有分離效能高、分析速度快、樣品用量少、分析對象廣，多模式化和環(huán)保等特點，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、食品等領域具有廣闊的應用前景。文末有驚喜，請讀完文章！

毛細管電泳的基本原理

CE指以高壓電場力為驅動力，以毛細管為分離通道，依據(jù)樣品中各組分毛細管之間淌度和分配行為上的差異而實現(xiàn)分離的一類液相分離技術。其儀器裝置簡圖如下圖所示，其結構包括高壓電源、毛細管、檢測器各一及兩個緩沖液貯瓶。

CE所用的石英毛細管柱，在pH>3情況下，其內表面帶負電，和溶液接觸時形成了一雙電層。在高電壓電場作用下，雙電層中的水合陽離子引起流體整體地朝負極方向移動的現(xiàn)象叫電滲。粒子在毛細管內電解質中的遷移速度等于電泳和電滲流（EOF）兩種速度的矢量和。正離子的運動方向和電滲流一致，故最先流出；中性粒子的電泳流速度為“零”，故其遷移速度相當于電滲流速度；負離子的運動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現(xiàn)分離。

理論基礎：帶電離子在電場中運動除了受到電場力的作用外，還會受到溶劑阻力的作用。一定時間后，兩種力的作用就會達到平衡，此時離子作勻速運動，電泳進入穩(wěn)態(tài)。根據(jù)物理學定律可以導出：

μ0=2εζ / 3η

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

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

在毛細管電泳中，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)，這時的淌度稱為表觀淌度(μapp)。表觀淌度可以直接從毛細管電泳的測定結果求得，表示為：

μapp=LdLt/tRV

這里Ld是毛細管從進樣口到檢測器的距離，tR是離子通過這段距離所用的時間，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關系十分密切，此外，任何影響管壁上解離的因素，如毛細管洗滌過程、電泳緩沖液的組成及粘度、柱溫等都會影響電滲流大小甚至改變其方向。電磁場以及那些能與毛細管內壁硅羥基相互作用的物質如表面活性劑、蛋白質等，均能對電滲流產(chǎn)生很大影響。

毛細管電泳類型

毛細管電泳技術的應用

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

毛細管等電聚焦電泳技術能快速、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樣品的電荷異構體分析。等電點是多肽和蛋白質類藥物質量控制的重要指征，可以反映生物技術合成的多肽、蛋白類藥物的純度和空間構象的均一性，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、氨基酸側鏈的不完全脫保護、多糖唾液酸化等一些修飾都會改變樣品的等電點，影響藥物活性。因此，等電點的準確測定對于多肽、蛋白類藥物的質量控制和新藥研發(fā)起著重要作用。

來源：奧星生命科學設備與耗材|周婷

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