什么是毛細管電泳?毛細管電泳(capillary electrophoresis, CE)又叫毛細管電泳(HPCE), 是近年來(lái)發(fā)展zui快的分析方法之一。毛細管電泳是一類(lèi)以毛細管為分離通道、以高壓直流電場(chǎng)為驅動(dòng)力的新型液相分析技術(shù)。毛細管電泳是將電泳的場(chǎng)所置于毛細管中的一種電泳分離方法,它的裝置結構通常由高壓電源、鉑電極、緩沖液池、樣品池、毛細管、檢測器和分析記錄儀構成
。毛細管電泳的原理和過(guò)程是怎樣的?毛細管電泳分離的基本流程有進(jìn)樣、分離和檢測三步驟。進(jìn)樣:毛細管電泳的基本裝置是一根充滿(mǎn)電泳緩沖液的毛細管,與毛細管兩端相連的兩個(gè)小瓶微量樣品從毛細管的一端通過(guò)“壓力”或“電遷移”進(jìn)入毛細管;分離:電泳時(shí),與高壓電源連接的兩個(gè)電極分別浸人毛細管兩端小瓶的緩沖液中。樣品朝與自身所帶電荷極性相反的電極方向泳動(dòng)。各組分因其分子大小、所帶電荷數、等電點(diǎn)等性質(zhì)的不同而遷移速率不同,依次移動(dòng)至毛細管輸出端附近的光檢測器,檢測、記錄吸光度,并在屏幕上以遷移時(shí)間為橫坐標,吸光度為縱坐標將各組分以吸收峰的形式動(dòng)態(tài)直觀(guān)地記錄下來(lái);檢測:檢測的原理基于被測組分和背景電解質(zhì)的吸光度不同,當被測組分通過(guò)檢測窗時(shí),吸光度發(fā)生的變化服從朗伯-比爾定律,即在一定的實(shí)驗條件下,吸光度與被測組分的濃度成正比。
毛細管電泳和普通電泳相比較的優(yōu)勢在哪里?通常電流通過(guò)導體時(shí)都會(huì )產(chǎn)生焦耳熱。傳統平板凝膠電泳的zui大局限性在于,其無(wú)法克服兩端高電壓帶來(lái)的焦耳熱所產(chǎn)生的負面影響。焦耳熱可使篩分介質(zhì)內部出現溫度、粘度及分離速度的不均一,影響遷移、降低效率、使區帶變寬。由于這種負面影響與電場(chǎng)強度成正比,所以極大地限制了高電壓的引入,也難以提高電泳速度。毛細管電泳使樣品在一根極細的柱子中進(jìn)行分離。細柱可減小電流,使焦耳熱的產(chǎn)生減少;同時(shí)又增大了散熱面積,提高散熱效率,大大降低了管中心與管壁間的溫差,減少了柱子徑向上的各種梯度差,保證了分離。因此可以加大電場(chǎng)強度,達到100~200V/cm,全面提高分離質(zhì)量。
毛細管電泳主要用于哪些實(shí)驗?總的來(lái)說(shuō),毛細管電泳可用于對有機化合物、無(wú)機離子、中性分子、手性化合物、蛋白質(zhì)和多肽、DNA和核酸片段的分析。具體來(lái)說(shuō),常見(jiàn)的應用范圍有以下幾個(gè)方面:
(1)高速DNA測序:由于人類(lèi)基因組工程的提出,高速DNA測序引起了廣泛注意,由于對核苷酸及其聚合物*的分辨率,毛細管電泳在DNA測序中的應用潛力也受到重視。在高電場(chǎng)和使用陣列毛細管條件下,其潛在的測序能力遠遠超過(guò)了現有方法。
(2)手性分離現代社會(huì )中,手性分析常牽涉到人類(lèi)生命、動(dòng)植物的生存和演化,在藥物研究和生產(chǎn)中也是必須考慮的問(wèn)題,研究證明手性手細管電泳是zui簡(jiǎn)單的手性分析方法。手性應用的研究包括異構體拆分、能度測定、反應動(dòng)力學(xué)研究、手性藥物篩查等。
(3)蛋白質(zhì)分析蛋白質(zhì)分離分析也是毛細管電泳的主要應用方向,包括:蛋白和多肽的純度分析、結構研究、結合蛋白的研究、生化及其過(guò)程分析、物化常數的測定,臨床醫學(xué)研究等。
(4)糖分析糖是自然界中廣泛存在的化學(xué)物質(zhì),已發(fā)現的蛋白質(zhì)中90%以上含有糖堿基;糖在細胞識別以及其它生物分子識別中也具有不可替代的作用。但是由于糖的一些特殊性質(zhì),對它的分離分析有很大的困難。而近年發(fā)展起來(lái)的毛細管電泳儀用于糖的分析取得了巨大的成功,成為糖分離分析的有效工具。
(5)單細胞分析毛細管電泳既能研究許多細胞構成的樣品,也能只研究單個(gè)細胞,即單細胞分析。單細胞分析技術(shù)為生命科學(xué)研究打開(kāi)了新的天地,推動(dòng)了一系列的新研究的出現,已被廣泛應用于生物學(xué)、免疫學(xué)、血液流變學(xué)、細胞生理學(xué),臨床醫學(xué),特別是腫瘤研究和器官移植。
(6)聯(lián)用技術(shù)聯(lián)用技術(shù)的研究將是毛細管電泳儀的重大發(fā)展方向之一,與譜、質(zhì)譜等方法的聯(lián)用將會(huì )大大提高毛細管電泳儀的應用范圍。
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