食品医药领域毛细管电泳分离技术现状及展望

张苏玥

(郑州大学 药学院，河南 郑州 450001)

食品医药领域毛细管电泳分离技术现状及展望

张苏玥

(郑州大学 药学院，河南 郑州 450001)

综述近年来毛细管电泳技术在中药、食品、生物体样品领域的分析应用，毛细管电泳法作为分离分析的一项重要技术，使分析生物分子得以从微升水平进入纳升水平，并使单细胞分析，乃至单分子分析成为可能。进行蛋白质的毛细管电泳分离可以显著提高分析速度和分离效率，在生物活性分子的分离分析中体现出了显著的优越性。

毛细管电泳；应用；展望

1.毛细管分离技术简介

毛细管电泳(CE)又称高效毛细管电泳(HPCE)，是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浓度和分配行为上的差异而实现分离的一类液相色谱分离技术。

2.毛细管分离技术应用

毛细管电泳技术具有高效快速、准确灵敏、操作简便、溶剂消耗少、成本低和环境污染小等优点，广泛应用于生命科学、食品安全以及医药科学等领域。

2.1 中药方面

毛细管电泳技术(CE)应用到生药学领域是在八十年代后期出现的。众所周知，中药材科属繁多，各类药物的产地各异，成分复杂。中药的一些成分，如生物碱类、糖类、苷类等运用传统的色谱分离，很容易在分离时吸附在色谱柱上，使得分析物分离困难，有时甚至会造成色谱柱的损坏。而毛细管电泳技术以其经济和操作简便的特点，在中药有效成分分离测定、复方制剂的指纹图谱及成分分析、中药药代动力学等方面均有广泛的应用。其最高柱效可达到105个理论板数，最高灵敏度可以达到10-19mol，有区带电泳，凝胶电泳等多种模式，CE正逐渐成为药物鉴定的参考或标准方法，2010版药典化药品种中采用了分离效能高的毛细管电泳法，其中抑肤酶增加的去丙氨酸—去甘氨酸—抑肤酶和去丙氨酸—抑肤酶检查就是采用毛细管电泳法，中药品种繁多、且产地各异、成分复杂，对药物进行定量分析是不可少的一项任务，如应用毛细管电泳法可以同时测定中成药中人参皂苷、红景天苷、淫羊霍苷等5种苷类成分的含量。陈琴华等对植物药和中药中黄酮类化合物采用不同的毛细管电泳分离模式使之从中药和多种植物中更好的分离。此外，毛细管电泳技术在医药方面不仅可以进行定量分析，还可以用作建立复杂样品的指纹图谱，对手性药物进行分离分析和药物筛选或与其他仪器联用进行定性分析。孙国祥等运用毛细管电泳技术在50mmol/L硼砂—150mmol / L磷酸二氢钠—50 mmol/L磷酸氢二钠的缓冲液中，以甘草次酸峰为参照物峰，确定15个共有指纹峰，建立了补中益气丸的指纹图谱，并评价出10批次补中益气丸的质量优劣。季一兵等运用毛细管电泳技术，在pH 9. 5的44mmol/L硼砂—34mmol/L SDS的缓冲液中建立了复方生脉散的指纹图谱，确定了20个主要共有的指纹峰，为复方生脉散的质量评价提供了良好的依据。

毛细管电泳技术的研究和应用，为多组分中药的定性定量分析、中药药性识别等领域和中药材检验鉴别等工作带来了生机与活力，将对专业技术的发展与提高起着重要的促进作用。

2.2 食品方面

食品安全是目前社会关注的热点，食品安全问题主要涉及非法添加物、农兽药残留、重金属污染、致病微生物及其毒素等方而，这些问题的不断暴发促进了食品安全检测技术的快速发展，其中免疫毛细管电泳(CEIA)因其快速、简便、灵敏、经济、检测范围广等特点而成为食品安全快速精准检测中，发展最为迅速的检测手段之一。比如脂肪酸检测中最广泛的检测方法是气相色谱法(GC)和高效液相色谱法(HPLC)，但是GC和HPLC分析方法测定时过程较为复杂，进行脂肪酸检测时毛细管电泳(CE)技术优点是步骤简单、溶剂量少、分离模式多、分析时间短、环保。例如张灿等采用竞争法CEIA检测了鱼肉、鸡肉等食品中的氯霉素含量。试验首先在鱼肉、鸡肉中进行了氯霉素的标准添加后，同荧光标记后的氯霉素半抗原竞争氯霉素抗体，而后用CE区带电泳模式分离，激光诱导荧光检测，检测结果看出，随着样品中氯霉素浓度的增高，游离的标记氯素浓度也随之逐渐增高，而标记复合物浓度逐渐下降。以相对峰面标准曲线为纵坐标.以氯霉素含量为横坐标建立标准曲线从而实现定量分析。

如今，CEIA在动物源性食品抗生素检测、食品药物残留检测、食品生物毒素检测、真菌毒素检测中已经实现安全快速需求。但是毛细管电泳进样量小、低浓度分析下的准确性和数据重复性有待提高，一些大分子物质特别是蛋白质容易在毛细管壁上吸附造成结果的不准确、各种管壁修饰技术还有待于进一步发展等问题也一一暴露在科学工作者面前，新技术新方法的发展将使该技术不断完善，毛细管电泳技术在食品行业的应用正越来越受到相关科研工作者的重视。

2.3 医学、生物学上

由瑞典Uppsala大学的Tiselse教授在上世纪三十年代创立的界面电泳成为早期的毛细管电泳技术，他在电场的作用下将蛋白质分子分成球蛋白和白蛋白等4个区带，随后又在1950—1980年间发明了纸上电泳，这一技术在医学和生物实验室得到了广泛的应用， CE在生物医学应用上也更为广阔，包括各种内源性分子及离子，根据所分析的物质，可将CE的应用分为以下几个方面。

(1)核酸

现代分子生物学技术的发展日新月异，基因结构与功能的研究、DNA重组、转基因等基因工程是分子生物学的关键技术，与之密切相关的核酸分析则是毛细管电泳最为重要的应用领域。目前世界上许多实验室正在积极开展功能基因组和基因多态性的研究。近年来，经众多毛细管电泳与核酸研究者的共同努力，通过对样品纯化、毛细管柱的改性、筛分体系、分离条件及检测灵敏度等环节进行改进，使毛细管电泳技术在核酸分离分析的各方面取得了巨大进展。其中比较重要的研究成果主要集中在DNA序列测定、基因突变、基因长度多态性检测等方面。

DNA测序是毛细管电泳涉及的一个重大课题，经过最近几年的努力，己证明毛细管电泳是测序的主要技术之一。1990年，Locker等第一次报道用毛细管凝胶电泳在单个毛细管中进行了DNA序列测定的尝试，并获得初步成功。此后，许多人投入了这一方面的研究工作，其中包括多根平行毛细管的使用，提高了分辨率和测序的速度。现在不仅单管测序的速度大大提高，在一台仪器上进行多根毛细管操作的商品化测序仪也己推向市场。使用四色荧光毛细管列阵电泳技术，即每天可连续测1536个样品。毛细管电泳对加速完成人类基因组全序列测定起到了巨大的推动作用。

(2)药物

药物是除核酸和蛋白质以外毛细管电泳应用最为集中的一类对象，近年来以美国食品药物管理局为代表的各国管理机构，对一些药物研制开发的规定，对药物的手性拆分和发展手性技术起了极大的推动作用。毛细管电泳的药物分析在分辨率、速度、成本和样品量等方面均有很大的优势。具体的应用已涉及到药物分析、治疗监测，药理学、毒理学研究，毒品的检测以及新药的研制和开发等生命科学各个领域，其中以诊断、治疗、研究为目的药物监测以及违禁药物和毒品的确定方面的应用特别引人注目。目前分析体液中药物浓度主要用免疫法、色谱(薄层和液相色谱)法、分光光度检测法，上述方法不同程度地有价格昂贵、操作繁琐、耗费试剂等缺点，而且存在药物与药物代谢产物、污染物、抗体的交叉反应。CE方法可以克服这些不足，常用的CE方法是CZE和MEKC，已有许多应用CE进行临床常规药物定性定量分析检测的报道。CE所能分析的药物种类多， 分离效率高，如镇静药、兴奋剂、巴比妥和苯巴比妥、阿片类及大麻类等镇静催眠类药物临床应用范围广，容易产生药物依赖性，且中毒剂量与治疗剂量接近，因此常需要监测血药浓度。应用CE可以大大节约人力物力。由于新药开发策略的发展，CE技术还表现出在新药筛选方面的应用前景。新的开发策略是直接测试合成化合物的组合库，即从含上百种化合物的混合物中筛选先导药物。CE和MS技术联用，可以使化合物的筛选和结构鉴定一步完成。

(3)内源性小分子和离子

在把主要的研究工作集中于毛细管电泳对核酸、蛋白质、药物应用的同时，越来越多的应用开始向临床医学领域中的内源性小分子和离子方面渗透。离子及某些内源性小分子，是维持机体生存的重要物质，反映人体的正常新陈代谢情况，它们的变化与机体的生、老、病、死密切相关。对于临床样品中的离子和小的内源性代谢分子，通常用离子色谱、原子吸收光谱、酶法及比色法进行测定，这些方法在灵敏性、选择性及精确性方面存在不足，且耗时、价格昂贵，因此发展高效、快速、精确的方法十分必要。CZE和MECC法，在分离离子和小分子方面具有引人注目的特性，且已有许多相关的应用。如检测血清中的游离钙和总钙，尿中肌酐、钙和无机阳离子，尿中马尿酸和马尿酸盐， CE己开始应用于疾病的诊断，如通过检测吡咯碱，诊断血脂代谢异常，监测血清及脐血中的胆红素的含量，以利于新生儿核黄疸的诊断。

(4)蛋白质与氨基酸

另外毛细管电泳技术在蛋白质与氨基酸检测分离中也发挥着重要角色，在微量氨基酸的测定中，利用高效毛细管区带电泳直接紫外检测法可以完成对8种非生化氨基酸的有效分离，将该方法用于由亮氨酸发酵液中颗氨酸和亮氨酸的含量测定时，也能取得相当好的效果。

毛细管电泳仪将样品中氨基酸分离，常结合不同的检测器对每种氨基酸进行定性和定量分析。常用的检测器有紫外检测器(ultraviolet detector，UV)、激光诱导荧光检测器(laser- induced fluorescence，LIF)、质谱检测器(mass spectrometric detection，MS)和电化学检测器(electrochemical detection，EC)。

3.展望

CE技术在生物化学和医学领域己经显示了巨大的优势。它所具有的高效、快速、微量及自动化等优势，解决和弥补了许多传统方法的不足。尽管我国目前CE技术还没有真正成为生物活性物质检测的常规手段，但可以预见，在未来的几年中，以此为基础而发展起来的相关技术，有可能取代目前许多种常规检测方法。初具雏型的各种芯片技术，己经为我们描绘出了与现在科学实验室迥然不同的未来前景。它是以CE等技术为基础的多通道、集成化、高度自动化的微型实验室。届时，人们可以只用极微量的样品，在很短时间内就能得到各种想要的结果，对未知物质的预测、筛选、浓度监测及生物活性利用度的评价等，提供直接或间接的依据。

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The Present Situation and Prospects of Capillary Electrophoresis Separation Technology in Food and Medicine Fields

ZHANG Su-yue
(School of Pharmacy, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China)

In recent years, capillary electrophoresis technology has been applied widely in the fields of traditional Chinese medicine, food and biological sample analysis. Capillary electrophoresis separation analysis is an important technology, which makes biological molecules analysis from the level of edge up into nanoliter level, and makes single cell analysis, even single-molecule analysis possible. The capillary electrophoresis separation of proteins can significantly improve the speed and efficiency, reflecting significant advantages in the separation and analysis of biological active macromolecules.

capillary electrophoresis; application; prospect

2016-11-01

张苏玥(1996- )，女，郑州大学药学院本科在读。

TS207.3

A

1671-3974(2017)01-0048-03