毛细管电泳及应用 capillary electrophoresis and application 主讲： 蒋 涛 制作：王春艳 李耀辉

内容提要 电泳知识简介 毛细管电泳 毛细管电泳的应用

电泳 定义：在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电场力的作用下，以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现象，称之为电泳。 原理及目的：由于不同离子所带电荷及性质的不同，迁移速率不同，可实现分离。

新大陆的发现 A.W.K.蒂塞利乌斯 Arne Wilhelm Kaurin Tiselius(1902－1971） 1937年,蒂塞利乌斯（ Tiselius，瑞典)将蛋白质混合液放在两段缓冲溶液之间，两端施以电压进行自由溶液电泳，第一次将人血清提取的蛋白质混合液分离出白蛋白和α、β、γ球蛋白。

第一次发现样品的迁移速度和方向由其电荷和淌度决定。 第一次的自由溶液电泳。 第一台电泳仪,1948年，获诺贝尔化学奖。

传统电泳 传统电泳分析 按形状分类 U型管电泳、柱状电泳、板电泳； 滤纸电泳、琼脂电泳、自由电泳； 操作烦琐、分离效率低、定量困难。 按载体分类

毛细管电泳 1981年，Jorgenson和Luckas，用75um内径石英毛细管进行电泳分析，柱效高达40万/m，促进电泳技术发生了根本变革，迅速发展成为可与GC、HPLC相媲美的崭新的分离分析技术——高效毛细管电泳。

毛细管电泳的基本原理 毛细管电泳(CE)泛指以高压电场为驱动力,以毛细管为分离通道,依据样品中各组分之间电泳速度和分配行为上的差异而实现分离的一类液相分离技术。

相关概念 双电层： 指浸没在液体中所有表面具备的一种特 性，当固体与液体接触时，固体表面由于 某种原因带一种电荷，则因静电引力使其周围液体带有相反电荷，在液-固界面形成双电层，二者之间存在电位差。

电渗： 在高电压的作用下，双电层中的水合阳离子引起流体整体向负极方向迁移的现象叫电渗。电渗是毛细管中的溶剂因轴向直流电场的作用而发生的定向流动。 １．使液体沿毛细管壁均匀移动。 ２．使携带不同电性的分子均向负极移动，中性分子也随着电渗流一起移动。

内表面带负电荷，溶液带正电荷，电渗流流向阴极 内表面带正电荷，溶液带负电荷，电渗流流向阳极

CE分离原理示意图

仪器流程及主要部件 材料为熔融石英，外层涂聚酰亚胺 紫外或激光诱导荧光检测器 缓冲液池 0～30kV

电渗流方向 + + + + + + - - - - - - - - - - - - + + + + + +

高效毛细管电泳仪

高效毛细管电泳在技术上有两项重要突破： 采用了0.05mm内径的毛细管 采用了高达数千伏的电压。

毛细管的采用使产生的热量能够较快散发，大大减小了温度效应，使电场电压可以很高。 电压升高，电场推动力大，又可进一步使柱径变小，柱长增加。 高效毛细管电泳的柱效远高于高效液相色谱，理论塔板数高达几十万块/米，特殊柱子可以达到数百万。

毛细管电泳的分离模式 根据分离介质和分离原理: 毛细管区带电泳(CZE) 毛细管凝胶电泳(CGE) 毛细管胶束电动色谱(MECC) 毛细管等电聚焦电泳(CIEF) 毛细管等速电泳(CITP) 毛细管电渗色谱(CEC)

毛细管凝胶电泳(CGE) CGE是将平板电泳的凝胶移到毛细管中作支持物进行电泳，不同体积的溶质分子在起“分子筛”作用的凝胶中得以分离。常用于蛋白质、寡聚核苷酸、核糖核酸（RNA）、DNA片段分离和测序及聚合酶链反应(PCR)产物分析。CGE能达到CE中最高的柱效。 特点:抗对流性好，散热性好，分离度极高。

毛细管电泳的应用 1. DNA分析 DNA分析包括碱基、核苷、核苷酸、寡核苷酸、引物、探针、单链DNA、双链DNA(DNA片段、PCR产物)分析及DNA序列测定。CZE和MECC通常用来分离碱基、核苷酸、简单的核苷酸等。CGE则用于较大的寡核苷酸、ssDNA、dsDNA和DNA序列分析。已有CE测定DNA序列的商品仪器面市，但快速测定DNA序列仍在研究中。

2. 肽和蛋白分析 CE在生物大分子蛋白和肽的应用可概括为两大方面：一是其结构的表征，二是研究相互作用。CE已广泛用作最有效的纯度检测手段，它可检测出多肽链上单个氨基酸的差异。用CIEF测定等电点，分辨度可达0.01pH单位。肽谱用CE/MS联用进行分析，可推断蛋白的分子结构。用CE进行蛋白本身反应及和小分子相互作用研究是研究热点，蛋白和DNA分析始终是CE研究的重点，今后会有更多的研究。

3.手性分离 手性对映体分离、鉴定有巨大的应用价值，已成为医药领域内一个重要课题。除CIEF外，其余五种模式均可用于手性分离。CE进行手性分离，通常均在运行缓冲液内加入手性选择剂，在操作及分离效率上均优于HPLC手性分离。今后CE手性分离将会在发展更多手性选择剂、更深入地探讨分离机理及手性药物在体内的作用及代谢等方面开展研究。

4.药物分析和临床检测 目前CE在药物和临床研究领域已成为不可缺少的有力手段，但在医药领域尚未确定为法定方法，故未得到广泛使用。医药领域内大量研究工作表明CE正在走向成熟。而CE/MS联用也将促进CE快速发展。CE在临床化学中除进行临床分子生物学测定外，也广泛用于疾病临床诊断、临床蛋白分析、临床药物监测和药物代谢研究。药物代谢研究对CE是一个挑战，虽有不少成功报道，但在提高灵敏度、解决蛋白吸附等方面仍待改进。

5.环境监测和离子分析 CE在环境监测中的应用也日趋增多，目前主要集中在用各种模式，包括CEC分离监测土壤等环境中的多环芳烃(PAHs)，可在10min内分离16种多环芳烃。CE在环境监测中应用还需提高灵敏度和发展浓缩、富集方法。CE较重要的应用还有糖的分析，目前最成功的是用APTS作糖的衍生化试剂，标记后用LIF可进行单糖和多糖的测定。

6.单细胞、单分子监测 单细胞、单分子检测是CE研究达到的最高境界，对生命科学和化学有巨大潜在意义．单细胞监测或许会对细胞水平的药理学、了解生命过程提供—种活体检测手段。单个DNA分子的检测早有报道，最近E．Yeung报道用CE监测单个蛋白分子，是一突破性的进展，表明科学家向研究单分子间的各种化学和生物反应跨出了决定性的一步。

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