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毛细管电泳分离模式的发展

发布时间:2014-07-11 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:669

CE按分离介质和分离原理不同,存在多种操作模式,各种模式的分离机理是不相同的。

1.非水毛细管电泳

CE通常是在以水为溶剂的缓冲溶液中进行的,这限制了分析物的使用范围。而如果用纯有机溶剂替代水介质来完成特殊样品的电泳分离,则可以解决这个问题,且具有很多优点,此即非水毛细管电泳法(nonaqueous capillary electrophoresis,NACE)。NACE由Walbrohel等于1984年首次提出,旨在解决强疏水性样品在CE中的分析分离问题。目前,NACE应用的研究热点集中在有机溶剂、电解质、检测器的选择以及方法的优化等方面。

NACE主要用于分析不易溶于水而易溶于有机溶剂的物质,分离在水溶剂CE中淌度十分相似的物质,研究在水中难以发生的反应等。由于NACE技术使用非水溶剂作为电泳介质,因此扩展了CE技术的分析对象的范围,使很多疏水化合物有可能用CE技术分析。与水相比较,在某些非水溶剂中,可加以较高的电压,而不产生明显的焦耳热,从而提高了分离效率。此外,被分析物在非水溶剂中与在水中有着不同的酸碱化学和离子溶剂化效应,某些非水溶剂还有与溶质分子形成离子对的能力及影响溶质在溶剂中产生各种化学平衡的能力,从而影响分离选择性。同时,非水溶剂还可减小疏水化合物与带负电荷的毛细管内壁的相互作用,从而减少吸附。

在检测方面,NACE技术也具有独特的优势和发展潜力,它可与质谱检测器,激光诱导荧光检测器等高灵敏度检测器联用,从而大大提高分析灵敏度。例如电化学检测器检测限可达ng/mL水平,同紫外检测相比,灵敏度提高了2~3个数量级。因此,近年来已被广泛用于分离分析各种药物、肽类、脂肪酸、表面活性剂以及有机离子和无机离子等。

2.集成毛细管电泳芯片

分析科学最重要的一个发展趋势就是化学分析设备的微型化、集成化和便携化。集成毛细管电泳芯片(ICEC)近年来的蓬勃发展顺应这一趋势。该项技术以晶体硅、玻璃、塑料(指有机玻璃)、陶瓷和硅橡胶为基体材料,借助CE技术,将样品进样、反应、分离、检测等过程集成到一起的多功能化的高效、快速、试样用量少的微型实验室技术。该项T作与分析仪器的微型化、小型化和集成化紧密相连,使得其能符合现代化学、制药工业的低成本和高产出的需求。

1992年,Manz等首次研制出芯片毛细管电泳装置。集成毛细管电泳芯片相对于传统CE的优点主要是电渗流泵的扩展应用、良好的散热性能和设计多样性,近年来,芯片毛细管电泳的建立和应用的报道也很多。主要应用领域有:①化学,如金属离子、氨基酸、蛋白质、DNA分离检测;②生物学,如寡核苷酸分离、蛋白质分子量测定、PCR扩增及RNA分析、DNA测序、基因突变点检测等;③医学,如免疫抗体分析、疾病诊断、生物细胞的反应、分离等;④药物,如药物筛选、药物有效成分分离、药物中手性物质拆分,中药指纹图谱的研究等。上述应用领域仅仅是该项研究工作的开始,毛细管电泳芯片的研究目标是取代常规实验室的功能,而建立芯片实验室,即"Lab on a hip”,因此其应用领域和范围的扩大,仅是个时间问题。

但是,每一种新兴技术总是在发展的过程中存在着一些问题,有待人们的解决。ICEC技术也是如此。在芯片材质的选择、进样技术的改进、检测方法的集成、复杂试样前处理和单分子、单细胞分析,还有很多亟待解决的研究工作。此外,芯片微通道内所用缓冲溶液的研究,也是电泳芯片研究中一个重要课题。

3.毛细管阵列电泳

毛细管阵列电泳(CAE)是在常规CE原理和技术的基础上,结合微型制造技术设计出来的一种检测技术。所使用的CE芯片属通道型微阵列芯片,即由微通道或反应池等构成通道型微阵列,通过加载生物样品,进行一种或连续多种反应,达到快速高效分析的目的,是一种新型的生物芯片。CAE在高效快速的分离,高灵敏度的检测,灵活性的设计和多功能单元的集成方面的潜力已逐渐显示出来,如将PCR反应器集成在芯片上,可实现对PCR扩增的实时监测。

与传统的CE相比,CAE具有许多其他方法不可比拟的优点,如CE芯片上的管道能够更为有效地散热,能以较高的分离电压对样品进行快速的分离,在设计和应用上体现出很大的灵活性,可采用多种电泳模式,以适应于不同的分析要求,多通道设计在芯片上更容易实现,使得高通量的检测成为可能等。为了满足大批量样品的分离要求,特别是在人类基因组和蛋白组计划中的应用,毛细管阵列电泳的分离模式渐渐呈现出了广阔的应用发展前景和趋势。与传统聚丙烯酰胺凝胶板电泳可以进行多道平行分析相似,毛细管阵列电泳是采用多根毛细管组成的阵列进行多道分析的一种分离模式。

随着微制造技术和样品处理技术的进一步发展,CAE的检测速度和信息通量在不断成倍增加,应用范围日益广泛,可用于离子、染料及多种生物样品等诸多方面。当然,作为一项新技术,它仍存在着很多问题,如优化设计缺乏理论指导,提高整个仪器集成度,加大处理通量等,尚有待进一步解决。

4.毛细管电泳免疫分析

毛细管电泳免疫分析(cEIA)是利用抗原抗体复合物与游离的抗原、抗体在电泳行为上的差异,将CE作为免疫分析中的分离与检测手段。这一联用技术结合了免疫分析的高选择性、CE的高分离效率和LIF的高灵敏度检测,与传统的免疫分析相比有很多优势。


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