高效毛细管电泳的发展及应用摘要：高效毛细管电泳（即HPCE）是在传统电泳基础上继现代高效液相色谱技术之后发展起来的一种新型高效分离技术，由于效率更高、速度更快、样品和试剂消耗量特少的特性，逐渐受到越来越多科学家们的青睐。
本文结合HPCE的发展史、基本原理、分离模式以及在现实中的实际应用，对毛细管电泳做了系统的分析，并提出合理的展望。
关键字：毛细管电泳；发展史；原理；分离模式；应用高效毛细管电泳（即HPCE）是在传统电泳基础上继现代高效液相色谱技术之后发展起来的一种新型高效分离技术，它是在熔融的石英毛细管（内径为25～100μm）中进行电泳，其管内填充缓冲液或凝胶，是近年来进展最快的分析方法之一。
毛细管电泳可以说是电泳技术和现代微柱分离相结合的产物，它具有效率更高、速度更快、样品和试剂消耗量特少的特性，因而也受到越来越多科学家们的青睐。
一、毛细管电泳的发展史1967年在高电场作用下，以3mm直径的毛细管内进行自由溶液的区带电泳，1974年报道了以200-500μm内径玻璃毛细管内进行的区带电泳分析，早期的研究受当时检测灵敏度的影响，未获预期的高效分离效率，但为毛细管电泳分离的发展奠定了基础。
1981年人们第一次展示了毛细管区带电泳，使用75微米内径的玻璃毛细管和荧光检测器进行在线检测，在30KV电压下，分离了氨基酸和多肽类物质，塔板数高达40万，这一工作被认为是现代毛细管电泳发展的里程碑。
1983年将聚胶柱制备困难的缺点。
1984年使用含有表面活性剂的背景电解质，开辟了毛细管电泳另一个重要分支——胶束毛细管电动力学色谱。
1987年又结合传统的等电聚焦电泳和凝胶电泳原理，并移到毛细管内进行电泳，1988年实现了微量制备的可能性，提取和分离了50μmol的蛋白质、肽和寡核苷酸等。
80年代未，国内外毛细管电泳的研究非常活跃，于1989年推出第一批毛细管电泳仪，90年代起在技术和仪器应用等方面都有了很大的发展，1990年改进和应用了紫外检测器，1992年激发诱导荧光检测器诞生，毛细管电泳技术得到不断改进和更新，敏感度和分辨率均达到预期的高效分离效率。
二、高效毛细管电泳的基本原理粒子在电场的作用下，以不没的速度向电荷反方向迁移和现象，是一种在空芯、微小内径的毛细管（内径10-200μm）中进行的大、小分子的高效分离技术，毛细管两端分别浸入缓冲液中分别插入连有高压电源的电极，该电压使得分析样品沿毛细管迁移，根据被分离物之间电荷和体积的不同，各种分子在高电压下被分离，在自由区带毛细管电泳中，电泳的移动和电渗流导致了分离。
电渗流的大小取决于电场强度、电解质的PH、缓冲液的组成和离子强度、内磨擦和毛细管表面的等特点，这些因素能单一或互相结合地提高分离效果，检测可使用UV直接通过毛细管上的小窗口进行检测，也可选择激光诱发荧光、二极管阵列、电化学和质谱检测器检测。
样品进样方式是应用气压或电压将样品压入毛细管中完成。
高效毛细管电泳具有多样化分离模式，其分离的机理是不同的，它们之间具有相互补充的作用。
三、高效毛细管电泳的分离模式1．毛细管区带电泳（CZE）其分离机理是基于各被物质的净电荷与质量之间比值的差异，不同离子按照各自表面电荷密度的差异，以不同的速度在中解质中移动而导致分离，是目前应用最广的一种分离模式。
适用于蛋白质、氨基酸、多肽类和离子的分析。
２．毛细管凝胶电泳（CGE）以多孔凝胶作为固定相，类似于分子筛的作用，被分离物在通过装入毛细管内的凝胶力，按照各自分子的体积大小逐一分离，分子体积大的首先被分离出来，适用于生物大分子的分析。
3．胶束电动色谱（MECC）是电泳技术和色谱技术的交叉，目前以十二烷基磺酸钠（SDS）胶束用的最为普遍。
MECC存在二个相之间分配，由于它们在胶束中具有保留能力而产生不同的保留时间，一般电渗流的速度大于胶束向正极迁移速度，迫使胶束最终以较低的速度向负极移动。
MECC的实验操作与CZE相同，唯一差别是在操作缓冲液中加人大于临界胶束浓度的表面活性剂，因此MECC也是目前惟一既能分离中性离子又能分离带电离子的HPCE模式。
4．毛细管等电聚焦电泳（IEF）两性电解质在分离介质中的迁移，在毛细管内形成pH梯度，各种具有不同等电点的多肽和蛋白质按照这一梯度迁移到其不同的等电位置并停下，由此产生一条非常窄的聚焦区带，利用等电点的细微差异进行分离。
5．毛细管等速聚焦电泳（ITP）在被分离组分与电解质一起向前移动的同时进行聚焦分离的电泳方法，与IEF一样，ITP在毛细管中的电渗流为零。
在强电场的作用下，各被分离组分在两种电解质之间的空隙是发生聚焦分离。
6.毛细管电色谱(CEC)是将高效液相色谱众多的固定相填冲到毛细管中，以样品与固定相间的相互作用为分离机制,以电流流相为驱动力的色谱过程。
7.亲和毛细管电泳(ACE)在电泳过程中具有生物专一性亲和力，即受体和配体相互间发生的特异亲和作用，形成了受体的配体的复合物。
由受体和配体在发生亲和作用前后的电泳图谱变化，可获得有关受体和配体亲和力大小结构变化作用产物等方面的信息。
8.电动色谱(EKC)是根据电动现象命名的一种电泳模式，涉及电渗，电泳和色谱三方面的原理，主要用于手性化合物的分离。
9.非水相毛细管电泳(NACE)是分析物在有机溶剂中进行电泳分离的一种模式，使用非水相介质可增加方法的选择性，并有利于非水溶性物质的分离。
四、高效毛细管电泳的实际应用1.血清蛋白质分析采用CE分离血清蛋白获得的效果，并能准确计算各蛋白质的相对浓度，避免了凝胶电泳法染色，脱色过程中多种影响因素造成的误差，HPCE法的结果重复性好，可信度高，便于贮存和检索。
前白蛋白在血清中的浓度可表明营养状态，且是确定恶性肿瘤、炎症、肝硬化、何杰金氏病的重要指标，多数电泳法难以分辨，而用HPCE法很容易分离定量，检测波长为214或200nm。
2.免疫碱法鉴别单克隆蛋白的特征用特异的抗同型免疫球蛋制品抗体包被琼脂糖凝胶球与血清样品一起孵育，在孵育前与孵育后分别进行CE检测，通过用特异性抗体包被的Sepharose球消除一个特殊的峰来指示是哪种单克隆成分，借此对免疫球蛋白的型、亚型和轻链型予以鉴定和分类。
3．血红蛋白成分的分析用等电聚焦毛细管电泳（CIEF）和区带电泳（CZE）可分离出十几种Hb变异链。
4.肌红蛋白分析在急性心肌梗死后患者的血甭和尿液中常出现的肌红蛋白异常升高，低浓度肌红蛋白难以用免疫比浊法测定，CZE可在8分钟内快速分离尿中低浓度肌红蛋白并与血红蛋白相鉴别。
5.脂蛋白分析可将血浆脂蛋白分离出14个亚组份，如在分离缓冲液中加入表面活性剂，可在短时间内对两个主要组份：高密度脂蛋白(HDL)和低密度脂蛋白(LDL)进行定量。
对LDL进一步分离为三个亚组份：LDL，中密度脂蛋白(ILD)和极低密度脂蛋白(VLDL)，并对各组份的比例进行推算，从而对脂蛋白异常提供不同脂肪代谢的信息。
6.糖化血红蛋白(HbAlc)分析CE能分离几种糖蛋白的糖基构型，可鉴别糖化血红蛋白A1、Alc和其他异构体，对糖尿病的监控具有重要意义。
7．同功酶的分离其原理是先将样品在毛细管中电泳分离，待形成同功酶分离区带后，切断电源，再加入含底物的液体缓冲液，酶可催化底物而显色，形成右检测的同功酶区带，再重新接通电源，继续电泳，使同功酶形成的染色区带先后通过检测器，测定最大吸收外的光密度值，因此被分离同功酶可被分析并测定，如检测淀粉酶P （胰）和S（唾液）型、碱性磷酸酶等，均可采用HPCE技术分离其同功酶。
8．免疫复合物分析CE可将免疫复合物从结合的抗原抗体中迅速分离出来，应用荧光标记单克隆抗体，经L功F-CE检测限可达毫克量，可用于混合液体中低浓度的免疫复合物鉴定。
9．DNA片段和染色体分析HPCE分离DNA分子需多聚物交联剂如聚丙酰稀胺，聚乙二醇、甲基纤维素等材料添加到缓冲液中作为分子筛，可对窄范围DNA高效分离。
目前，CE可分离3个bpDNA片段，若分析较大分子DNA片段。
当然HPCE分析DNA片段尚有许多技术需要完善，其中最为突出的问题是选择合适的交联剂，提高现有方法的分辨率，成为分析基因组的有效工具。
10．在治疗药物监测中的应用CE可简便快速分析生物样品中各种形式的药物成分，在药理学研究，法医学检查及临床毒理等方面也有广泛应用。
如：抗肿瘤药物氨甲蝶呤先经固相萃取，HPCE分离后用激光激活荧光检测器测定，其检测限可达0.1-1nmol/L；可分析人体内中毒物的成分，如吗啡及其主要代谢产物海洛因等镇静药；在糖尿病的治疗监测中，可检测血中优降糖的浓度，防止药物使用不当导致低血糖。
五、展望传统电泳技术其局限性在于两端电压达到一定值时，会在电解质离子流中产生自热，引起径向黏度和速度的梯度，导致区带较宽、效率降低。
高效毛细管电泳根本在于它是散热效率极高的毛细管内（10-200mm）进行，操作简单，分析速度快，进样较其他分离方法少，仅需几微升，灵敏度高，成本相对低，可反复使用毛细管和可自行配制缓冲液。
自八十年代以来得到了迅速发展，分为临床型和科研型两大类，临床型应用最多的是蛋白质分析与鉴定，该技术可以说已经十分成熟，国外在90年代已作为常规试验，国内也正在掀起。
高效毛细管电泳是当今分析化学和生物医药学公认的前沿，该技术也必将被临床医学实验室所接受，不仅能用于常规项目的分析，还可以用于其他特殊项目的检验，在许多其他领域内的临床应用也产生重大作用。
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