毛细管电泳技术

刘　晔　李晓琳

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摘要简要介绍了毛细管电泳，其在DNA分析中的应用及今后的发展趋势。

关键词毛细管电泳；DNA序列分析

前言

毛细管电泳(capillary electrophoresis，CE)又称高效毛细管电泳(high-performance capillary electrophresis，HPCE)，是20世纪80年代问世的一种高效液相分离法，是经典电泳技术和现代微柱分离相结合的产物。由于HPCE技术具有分析速度快、分离效率高、操作模式多、实验成本低消耗少、仪器结构简单可实现自动化等特点，在生物化学、分子生物学等生命科学领域的应用越来越广泛。本文主要对毛细管电泳在DNA序列分析中的应用做了详细的介绍。

1毛细管电泳技术的原理

电泳(electrophoresis)是指溶液中带电粒子在电场作用下发生迁移的电动现象。毛细管电泳(capillaryelectrophores)是利用被分析离子在电场中迁移、泳动行为的差异而达到分离目的的技术。毛细管电泳所用的石英毛细管柱，其表面带有负电荷的硅烷基，能吸附溶液中的阳离子形成双电层。在高压作用下，双电层的中水合阳离子引起流体整体地朝负极方向移动，产生电渗。粒子在毛细管内的电解质中的迁移速度等于电泳和电渗这两种速度矢量和。。毛细管电泳的进样系统有电迁移进样和流体力学进样两种进样方式，DNA分析常用到前一种方式。

2毛细管电泳的分离模式

毛细管电泳按分离介质和分离原理不同，存在多种操作模式。DNA分析可以采用CE中的任何模式。

2.1 毛细管区带电泳(capillary zone electrophoresis，CZE)

CZE又称毛细管自由电泳，是目前最基本、应用最广泛的一种模式。在充满电解质溶液的毛细管中，利用质荷比不同的组分在电场的作用下迁移速度的不同而进行分离。CZE可用于对氨基酸、多肽、离子、对映体等物质的分析。

2.2胶束电动毛细管色谱(micellareleetrokineticcapillaryehromatography，MECC或MEKC)

在MECC中，将离子型表面活性剂(如十二烷基硫酸钠，SDS)加到缓冲液中，当其浓度超过临界胶束浓度(critical micelle concentration，CMC)时，就形成有一疏水内核、外部带负电的亲水胶束。溶质分子在极性缓冲液和胶束相之间产生分配。中性粒子因其本身疏水性不同，在两相中分配存在差异而得以分离。

2.3毛细管凝胶电泳(capillary gel electrophomsis，CGE)

CGE以凝胶作为固态胶体分散体系。凝胶具有多孔性，存在分子筛效应，能减小溶质的扩散，所得峰型尖锐，能达到毛细管电泳的最高柱效。常用聚丙烯酰胺在毛细管内交联制成凝胶柱，用于分离测定蛋白质和DNA等。

2.4毛细管等电聚焦(capillary isoelectdc focusing，CIEF或CIF)

ClEF是将普通等电聚焦电泳转移到毛细管中进行，通过管壁涂层使电渗流减小到最小，以防止蛋白质吸附及破坏稳定的聚焦区带。将作为载体的两性电介质混合物注入毛细管中，在高压作用下，几秒钟后建立pH梯度，蛋白质迁移至各自的等电点处聚焦。产生一窄的聚焦带，最后加入含除OH¹之外的阴离子的物质，如NaC1，使聚焦后的蛋白依次通过检测器向阴极运动时，得以检测。

2.5毛细管电色谱(capillary electrochromatography，CEC)

CEC是一种在毛细管内充填、涂布或键合色谱同定相，用电渗流作为驱动力的分离模式，将HPLC和毛细管电泳有机地结合在一起，为手性拆分提供了有效的新方法。

3毛细管电泳的检测技术

检测器是毛细管电泳仪器的核心部件之一，已有许多检测技术与CE联用，在不同的实际应用领域中发挥作用。

3.1紫外可见光吸收检测器

此类检测器应用最广泛，属于“在柱”检测即透光窗口直接开在毛细管上。它可分为二类：(I)结构简单的固定波长或可变波长检测器；(2)二s极管阵列检测器(Diode Array Detector，DAD)，能提供时间，波长，吸光度三维图谱，以便于观察各个组分的分离情况]。紫外可见光吸收检测法的主要缺点是光程太短引起的灵敏度不高。

3.2荧光检测器

荧光检测法也是毛细管电泳中一种常见的“在柱”检测法，检测灵敏度很高，比紫外检测器灵敏1000倍，尤其是激光诱导荧光检测法(Laser-indueedFluorescenee，L叨灵敏度高达10～10mol/L。可用于有天然荧光或易于用荧光试剂标记或染色的物质的检测。

3.3电化学检测器

它有三种检测模式：电导检测、电位检测、安培检测。安培检测器应用较广，但被检测物质必须具有良好的电化学活性。电化学检测方法可避免光学类检测器遇到的光程太短的问题，对电活性组分的检测具有灵敏度高、线性范围宽'选择性好以及价格低廉等特点。

3.4质谱检测器

质谱(mass spectrometry,MS)是CE所有检测器中最复杂和最昂贵的检测器。质谱法具有较强的定性功能，在一次分析中可获得很多结构信息，因此将分离技术与质谱法相结合是分离科学方法学中的一项突破性进展。

4展望

毛细管电泳技术灵敏度高、速度快；可以对样品进行定性定量分析及样品的分离和纯化；进行基因突变检测与基因多态性分析；提供生物大分子相互作用的信息。随着检测方法、分离模式的不断发展与完善，CE将向快速、准确、小型化、自动化方面发展，各种新型生物芯片将不断出现，这对发展与完善将对生命科学与医学的研究与应用产生深远影响，在蛋白质、核酸、糖等生物分子的分离分析中发挥更大的作用。