毛细管电泳技术的简介及其应用

毛细管电泳的基本原理

CE指以高压电场力为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中各组分毛细管之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一类液相分离技术。其仪器装置简图如下图所示，其结构包括高压电源、毛细管、检测器各一及两个缓冲液贮瓶。

CE所用的石英毛细管柱，在pH>3情况下，其内表面带负电，和溶液接触时形成了一双电层。在高电压电场作用下，双电层中的水合阳离子引起流体整体地朝负极方向移动的现象叫电渗。粒子在毛细管内电解质中的迁移速度等于电泳和电渗流（EOF）两种速度的矢量和。正离子的运动方向和电渗流一致，故最先流出；中性粒子的电泳流速度为“零”，故其迁移速度相当于电渗流速度；负离子的运动方向和电渗流方向相反，但因电渗流速度一般都大于电泳流速度，故它将在中性粒子之后流出，从而因各种粒子迁移速度不同而实现分离。

理论基础：带电离子在电场中运动除了受到电场力的作用外，还会受到溶剂阻力的作用。一定时间后，两种力的作用就会达到平衡，此时离子作匀速运动，电泳进入稳态。根据物理学定律可以导出：

μ0=2εζ / 3η

式中η为溶剂粘度，ε为溶液的介电常数，ζ为无限稀释时的电动电位。对于实际溶液，淌度μ0可称为有效电泳淌度。

电渗是毛细管中的溶剂因轴向直流电场作用而发生的定向流动。电渗是由定域电荷引起。定域电荷是指牢固结合在管壁上、在电场作用下不能迁移的离子或带电基团。在定域电荷对溶液中的反号离子吸引下形成了所谓的双电层，致使溶剂在电场作用(以及碰撞作用)下整体定向移动而形成电渗流。

在毛细管电泳中，样品分子的迁移是有效电泳淌度和电渗流淌度μeof的综合表现，这时的淌度称为表观淌度(μapp)。表观淌度可以直接从毛细管电泳的测定结果求得，表示为：

μapp=LdLt/tRV

这里Ld是毛细管从进样口到检测器的距离，tR是离子通过这段距离所用的时间，Lt是柱的总长，V是电压。电渗流淌度可用中性离子按同样方法获得。有效淌度可表示为：

μeff =μapp–μeof

电渗流与pH关系十分密切，此外，任何影响管壁上解离的因素，如毛细管洗涤过程、电泳缓冲液的组成及粘度、柱温等都会影响电渗流大小甚至改变其方向。电磁场以及那些能与毛细管内壁硅羟基相互作用的物质如表面活性剂、蛋白质等，均能对电渗流产生很大影响。

毛细管电泳类型

毛细管电泳技术的应用

毛细管等电聚焦电泳CIEF是近年新兴的一种CE，是表征蛋白质电荷不均一性的强有力工具。其原理是在毛细管两端加上直流电压，管内的载体两性电解质可以形成一定范围的pH梯度，蛋白质依据其所带电荷向阳极或阴极移动，直到净电荷为0的某个pH值（即等电点pI）时停止，最终蛋白质聚焦成很窄的区段，从而达到分离的目的。

毛细管等电聚焦电泳技术能快速、精确、定量地分析样品，适用于单克隆抗体、融合蛋白、糖基化蛋白、抗体偶联药物、PEG化蛋白甚至病毒等蛋白质样品的电荷异构体分析。等电点是多肽和蛋白质类药物质量控制的重要指征，可以反映生物技术合成的多肽、蛋白类药物的纯度和空间构象的均一性，以及生产过程中的可靠性，缺失肽、断裂肽、酰胺化/去酰胺化、氨基酸侧链的不完全脱保护、多糖唾液酸化等一些修饰都会改变样品的等电点，影响药物活性。因此，等电点的准确测定对于多肽、蛋白类药物的质量控制和新药研发起着重要作用。