毛细管电色谱的研究进展及其在生物大分子中的应用
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毛细管电泳技术的研究现状与进展摘要:毛细管电泳是近年发展最快的分离分析技术之一。
它具有高灵敏度、高分辨率、高速度等优点.广泛应用于各个领域。
随着毛细管电泳技术的不断发展,逐渐出现了7种电泳分离模式[关毽词] 毛细管电泳;毛细管区带电泳;毛细管凝胶电泳;现状;进展;毛细管电泳的原理(1)毛细管电泳是以弹性石英毛细管为分离通道,以高压直流电场为驱动力,依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的电泳分离分析方法.毛细管电泳所用的石英毛细管柱,在pH>3的情况下,其内表面带负电,与缓冲液接触时形成双电层,在高压电场作用下形成双电层一侧的缓冲液由于带正电而向负极方向移动,从而形成电渗流.同时在缓冲溶中,带电粒子在电场作用下,以各自不同速度向其所带电荷极性相反方向移动,形成电泳.目前,毛细管电泳分离模式主要如下:1.毛细管区带电泳(CZE)2.毛细管凝胶电泳(CGE)3.细管胶柬电动色谱(mECC)4.细管等电聚焦(CIEF)5.细管等速电泳(CITP)6.亲和毛细管电泳7.毛细管电色谱上述七种分离模式相瓦渗透,各有利弊,用途不一,目前较为常用的主要为CZE和CGE。
1.毛细管区带电泳(CZE)将待分析的溶液引入毛细管进样的一端,施加直流电压后,各组分按各自的电泳流和电渗流的矢量和流向毛细管出口端,按阳离子、中性粒子和阴离子及其电荷大小的顺序通过检测器.中性组分彼此不能分离,出峰时间称为迁移时间,相当于高效液相色谱中的保留时间.为了降低电渗流和吸附现象,可将毛细管内壁涂层.CZE是毛细管电泳中最基本的模式,目前.在所有基于毛细管电泳的研究中有60%系运用此模式。
适于CZE分析模式的研究对象包括金属离子、无机阴离子、小分子有机酸和有机碱、肽类以及蛋白质。
应用CZE模式的前提是分析对象必须或能够带有一定的电荷,这样才能使分析物质在电场力的作用下泳动.已有人总结了运用毛细管电泳进行各种离子分析的分离机制和优化策略(2)2.毛细管凝胶电泳(CGE)分离分析是在聚丙烯酰胺或者琼脂糖凝胶填充的毛细管内进行的,样品的分离是基于填充凝胶孔隙所产生的分子筛作用。
毛细管电泳技术在基因分析中的应用研究前言近年来,科学技术的发展迅猛,其中毛细管电泳技术在基因分析方面的应用日益广泛。
毛细管电泳技术以其高灵敏度、高分辨率、高效能和适用于多样化样品等特点,在DNA测序、基因检测等方面表现出色,成为基因分析研究的重要手段之一。
一、毛细管电泳技术概述毛细管电泳技术是将分离物从毛细管的一端注入,经过电场的作用沿毛细管内壁移动,最终在另一端分离出来的技术。
毛细管电泳技术包括手性毛细管电泳、凝胶毛细管电泳、开放式毛细管电泳、可逆微波加热毛细管电泳等多种方法。
在基因分析方面,凝胶毛细管电泳是比较常见的一种方法,主要通过毛细管内填入凝胶或聚丙烯酰胺等凝胶物质作为固定相来进行分析。
二、毛细管电泳技术在DNA测序中的应用DNA测序是分子生物学中重要的技术,毛细管电泳技术对其有重要的促进作用。
毛细管电泳技术分离范围宽、分辨率高,还可以进行自动化操作。
使用垂直毛细管电泳仪进行DNA测序,可以使多少达到每日3万个样品。
其主要优点是可以通过电泳移动时间确定DNA序列,并且可以自动化进行操作,提高了工作效率和准确度。
三、毛细管电泳技术在基因检测中的应用毛细管电泳技术在基因检测方面的应用非常广泛,其检测方法简便、鉴定准确、速度快等特点受到广泛关注。
在基因检测方面,毛细管电泳技术的应用范围很广,在遗传病、肿瘤基因、传染病等方面都可使用。
常见的应用包括RFLP法、SSCP法、PCR-SSCP法、PCR-RFLP法等等,还可以结合DNA芯片技术实现高通量检测。
四、毛细管电泳技术在其他领域中的应用毛细管电泳技术不仅在基因分析领域中有广泛应用,也被应用在药物代谢学、生物化学、环境科学等领域。
例如毛细管电泳技术可以用于药物分析中的手性分离、环境监测中的污染物检测、食品安全领域中的食品检测等。
结语毛细管电泳技术在基因分析中的应用是当今生命科学领域研究的重要手段之一。
毛细管电泳技术具有高灵敏度、高分辨率、高效能及适用于多样化样品等特点,使之成为当前研究中的一项重要工具。
色谱分析技术的最新进展色谱分析技术是一种在化学、生物学、环境等领域广泛应用的分析方法,它通过将混合物分离为不同的组分,以便进一步的定量、鉴定和结构鉴定。
本文将介绍色谱分析技术的最新进展。
一、气相色谱气相色谱是指通过将混合物在固定相和气相之间分离,利用它们之间的分配系数分离混合物组分的分析技术。
在气相色谱中,固定相是通过涂覆或吸附在柱上的材料,而气相则是携带样品的惰性气体。
随着气相色谱技术的不断发展,新的固定相材料被开发出来,这些固定相材料具有更好的选择性和强大的分离能力。
一种新型的固定相材料是金属有机骨架(MOF),它是由金属离子和有机配体组成的网状结构。
MOF材料具有高度规则的孔道结构,可以调控孔径和孔隙度,从而实现对分子的高度选择性分离。
MOF材料的表面可进行化学修饰,进一步提高其分离性。
MOF材料已被成功应用于多种分析领域,如药物分析、环境分析和食品分析。
除了技术改进外,气相色谱技术还可以与其他技术结合,形成更强大的分析平台。
例如,气相色谱-质谱联用技术可以实现对分离组分的精确定量和结构鉴定。
近年来,表面增强拉曼光谱(SERS)技术已经被成功用于气相色谱分析中,通过使用具有表面增强效应的纳米颗粒作为SERS基底,可以获得更高的检测灵敏度和选择性。
二、液相色谱液相色谱是一种通过将混合物在固定相和流动相之间分离的技术。
与气相色谱不同,液相色谱中的固定相是在柱状装置中的涂覆或封装在填充物中的化合物。
由于液相色谱具有更高的分离效率、更高的分离能力和更强的选择性,因此被广泛应用于生物学、药物学、环境科学等领域。
在液相色谱技术中,新型的固定相材料扮演着重要的角色。
例如,核壳技术将芯-壳材料作为液相色谱柱的填充物,可实现更高的分离效率和分离能力。
在芯-壳材料中,内部是封闭的芯部,外部包裹着壳层,这可以减少液-液相互作用和质量传递阻力,提高分离性能。
另一种新型的固定相材料是金属-有机咬合物(MOFs),它具有可调控的孔径和孔隙度,这可以实现对不同分子的选择性分离。
第五章毛细管电泳色谱科学自从1903年俄国的茨维特发明了液固柱色谱之后,已有近100年的历史,但是在20世纪末的20年以前所未有的速度发展,特别是进人生命科学。
材料科学和信息科学时代,对分离分析提出越来越高的要求。
气相色谱法(GC)虽然分离效率、选择性、灵敏度都很高,但是它只适用于热稳定性好、易挥发的物质。
高效液相色谱法(HPLC)虽然不受热稳定性及挥发性的限制,可以分析热稳定性差。
难挥发的物质,但是和GC相比,缺乏灵敏的通用型检测器,实验中需消耗大量的有机溶剂,特别是对于大分子物质因其分子扩散系数小、传质阻力大,使柱效率大大降低,以至于难以分离分子量大于2000的物质。
经典电泳技术虽然和离心法、色谱法一起成为分离生物高聚物最有效和最广泛应用的三大方法,对生物化学的发展起了重要的推动作用,但是这些电泳技术操作烦琐、费时、定量困难,也很难满足现代生命科学研究的要求。
Jorgeson和Lukacs在充分研究电泳理论。
技术的基础上,将色谱理论和电泳技术相结合,于本世纪80年代初从理论和实际两个方面发展了高效毛细管电泳,并迅速在全球范围掀起研究热潮。
现在,高效毛细管电泳已经成为分离科学领域中极为重要的前沿课题之一。
一、电泳基本原理电泳指带电粒子在电场作用下作定向运动的现象。
电泳有自由电泳和区带电泳两类,分析工作者感兴趣的是区带电泳。
区带电泳是将样品加于载体上,并加一个电场。
在电场作用下,各种性质不同的组分以不同的速率向极性相反的两极迁移,此时不考虑样品与载体之间的相互作用,因此电泳不是一个色谱分离过程。
实际上,样品与载体之间总有一定作用力,人们就利用这种作用力,并与电泳过程结合起来,以期得到良好的分离。
因此,电泳又称电色谱。
区带电泳总是在固体或类固体这类载体上进行,常用载体有滤纸(故称纸电泳)、凝胶(故称凝胶电泳),以及醋酸纤维膜、淀粉、琼脂高聚物等。
图5-1 区带电泳设备示意图电泳设备简单,操作方便。
2011-12-31 毛细管电泳技术及其在检测分析中的应用分析化学毛细管电泳技术及其在检测分析中的应用摘要:毛细管电泳技术(CE)作为现今一种主要的分析技术,凭借其高效、灵敏、快速、设备简单、广泛适用性等特点,广泛应用于各个领域。
本文简要概述了CE技术的原理及特点,并简述了它在环境分析、食品分析、药物分析、生物大分子分析等各个领域的应用。
关键词:毛细管电泳;分析;应用1.毛细管电泳技术简介1.1 产生与发展毛细管电泳技术(Capillary Electrophoresis, CE)是一种在电泳技术的基础上发展的一种现代分离技术。
电泳技术作为一种分离技术已有近百年历史,1937 年A.Tiselius首先提出:传统电泳最大的局限是难以克服由高电压引起的焦耳热。
1967年,Hjerten最先提出了毛细管电泳的雏形,即在直径为3mm的毛细管中做自由溶液的区带电泳。
但他并没有完全克服传统电泳的弊端。
直至1981年Jorgenson和Lukacs提出在75μm内径毛细管柱内用高电压进行分离, 这时现代毛细管电泳技术真正产生。
1984 年Terabe将胶束引入毛细管电泳,开创了毛细管电泳的重要分支:胶束电动毛细管色谱(MEKC)。
1987年Hjerten等把传统的等电聚焦过程转移到毛细管内进行。
同年,Cohen 发表了毛细管凝胶电泳的工作。
近年来,将液相色谱的固定相引入毛细管电泳中,又发展了电色谱,扩大了电泳的应用范围。
毛细管电泳技术兼有高压电泳及高效液相色谱等优点,其突出特点是:(1)所需样品量少、仪器简单、操作简便。
(2)分析速度快,分离效率高,分辨率高,灵敏度高。
(3)操作模式多,开发分析方法容易。
(4)实验成本低,消耗少。
(5)应用范围极广。
自1988年出现了第一批毛细管电泳商品仪器,短短几年内, 由于CE符合了以生物工程为代表的生命科学各领域中对多肽、蛋白质(包括酶,抗体)、核苷酸乃至脱氧核糖核酸(DNA)的分离分析要求,得到了迅速的发展。
毛细管电泳-质谱联用技术及其在药物和生物分析中的应用周韦;刘易昆;陈子林【摘要】毛细管电泳-质谱(CE-MS)联用技术是在液相色谱-质谱联用技术基础上发展起来的一项新型分析技术,它结合了毛细管电泳具有的分离效率高、分离速度快、样品消耗量少以及质谱检测具有的高灵敏度和强结构解析能力等优点,现已成为倍受分析化学工作者关注的新型微量分析技术.目前,CE-MS联用技术是中药有效成分分析,体内药物分析以及生物样品,如氨基酸、多肽、蛋白质和多糖等分析的重要手段.本文对CE-MS联用技术中同轴鞘流及无鞘流纳流电喷雾等几种接口装置的研究进展,CE-MS技术在中药活性成分分析及多级质谱结构解析以及氨基酸、多肽及蛋白质等生物样品分析中的应用研究进行了综述,并对该技术的发展进行了展望.%Capillary electrophoresis-mass spectrometry (CE-MS), developed on the basis of liquid chromatography-mass spectrometry, is a new hyphenated technique that combines the advantages like high separation efficiency, short analytical time, low sample consumption in CE and the high sensitivity, powerful molecular structure elucidation in MS.It has been paid great attention by analytical scientists and become a powerful tool for analysis of active components in Chinese medicine, in vivo drugs and bio-samples like amino acids, peptides, proteins and polysaccharides.In this paper, a brief review was given on recent advance in CE-MS and its applications, including advance in sheath-flow and sheathless nano-spray interfaces and applications in analysis of pharmaceutical and biological samples.The first part of this review summarizes the development of stable and efficient interfaces to improve the feasibility of CE-MStechnique.Several interfaces like coaxial sheath-flow, electrokinetic sheath-flow, liquid injection and sheathless interface with etching emitter have been reviewed.The second part introduces the application of CE-MS in the past few years.The applications are categorized according to the types of analytes, including the analysis for active components in Chinese medicines, in vivo drugs, amino acids, peptides, proteins and carbohydrates.Coatings for capillary inner wall, online processing strategies, sample preparation methods and other experiment methods have been discussed in each category.In the last part of this review, a perspective of this technique has been discussed.【期刊名称】《质谱学报》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】13页(P362-374)【关键词】毛细管电泳-质谱(CE-MS);电喷雾离子化接口装置;药物分析;生物分析;综述【作者】周韦;刘易昆;陈子林【作者单位】武汉大学药学院,湖北武汉 430071;武汉大学药学院,湖北武汉430071;武汉大学药学院,湖北武汉 430071【正文语种】中文【中图分类】O657.63毛细管电泳(CE)具有分离速度快、样品消耗量少、分离效率高等特点。
毛细管电泳的基本原理及应用摘要:毛细管电泳法是以弹性石英毛细管为分离通道,以高压直流电场为驱动力,依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的电泳分离分析方法。
该技术可分析的成分小至有机离子、大至生物大分子如蛋白质、核酸等。
可用于分析多种体液样本如血清或血浆、尿、脑脊液及唾液等,比HPLC 分析高效、快速、微量。
关键词:毛细管电泳原理分离模式应用1概述毛细管电泳(Caillary Electrophoresis)简称CE,是一类以毛细管为分离通道,以高压直流场为驱动力的新型液相分离分析技术。
CE的历史可以追溯到1967年瑞典Hjerten最先提出在直径为3mm的毛细管中做自由溶液的区带电泳(Capillary Zone Electro-phoresis,CZE)。
但他没有完全克服传统电泳的弊端[1]。
现在所说的毛细管电泳(CE)是由Jorgenson和Lukacs在1981年首先提出,他们使用了75mm的毛细管柱,用荧光检测器对多种组分实现了分离。
1984年Terabe将胶束引入毛细管电泳,开创了毛细管电泳的重要分支: 胶束电动毛细管色谱(MEKC)。
1987年Hjerten等把传统的等电聚焦过程转移到毛细管内进行。
同年,Cohen 发表了毛细管凝胶电泳的工作。
近年来,将液相色谱的固定相引入毛细管电泳中,又发展了电色谱,扩大了电泳的应用范围。
毛细管电泳和高效液相色谱(HPLC)一样,同是液相分离技术,因此在很大程度上HPCE与HPLC可以互为补充,但是无论从效率、速度、样品用量和成本来说,毛细管电泳都显示了一定的优势毛细管电泳(C E)除了比其它色谱分离分析方法具有效率更高、速度更快、样品和试剂耗量更少、应用面同样广泛等优点外,其仪器结构也比高效液相色谱(HPLC)简单。
C E只需高压直流电源、进样装置、毛细管和检测器。
毛细管电泳具有分析速度快、分离效率高、试验成本低、消耗少、操作简便等特点,因此广泛应用于分子生物学、医学、药学、材料学以及与化学有关的化工、环保、食品、饮料等各个领域[2]。
色谱技术的最新发展色谱技术作为一种基础分析技术,在化学、生物和环境等领域有着广泛的应用。
随着科学技术的不断进步,色谱技术也在不断地进行创新和发展,为各种领域的分析提供更为高效、灵敏、准确的方法。
一、毛细管电泳色谱技术的新进展毛细管电泳是一种在细直管道中利用电场对分离物的电荷进行分离的技术,是分子分离与分析的一种重要方法。
目前,毛细管电泳色谱技术已经成为分析生物分子的重要手段之一。
近年来,毛细管电泳色谱技术已经得到了一定的发展,在处理高增益的问题上有了极大的提升。
比如,灵敏的荧光检测器的引入,提供了更高的检测灵敏度和分子选择性,从而使得毛细管电泳色谱技术成为越来越适合生物领域的研究方法。
二、气相色谱质谱联用技术的新进展气相色谱质谱联用技术是通过将气相色谱和质谱联合使用,将两种技术的优点紧密结合在一起,以便实现高分辨率分离和分析化学分子。
最近,气相色谱质谱联用技术在分离和分析复杂物质方面得到了进一步的实践和发展。
利用气相色谱质谱联用技术,可以有效地分离和分析生物、化学和环境研究中的复杂混合物。
同时,由于气相色谱分离和分析具有高速分离和分析能力,因此在分析过程中不需要液相介质,也不易污染和重复分析。
三、液相色谱电喷雾质谱联用技术的新进展液相色谱电喷雾质谱联用技术是将高效液相色谱和电喷雾质谱联合使用,结合了二者的优点,使得它具有了很高的分离和分析能力。
近来,液相色谱电喷雾质谱联用技术得到了更为实际的研究和应用。
针对生物玻璃混合物和高分子化合物的分析,液相色谱电喷雾质谱联用技术已经成为现在最先进和最高效的分析方法之一。
四、离子色谱技术的新进展离子色谱是分析离子材料的一种特殊方法,在分析和检测离子性污染物等领域有广泛的应用。
在过去,离子色谱的使用限于离子物学科学的专家和学者使用,但现在它已经广泛应用于生物、环境和食品等领域。
近年来,离子色谱技术得到了很好的发展。
其新一代离子色谱仪器具有定量高、灵敏度高、速度快和准确性好等特点,从而提供了更广泛的应用前景。
色谱分析法和毛细管电泳分析法的基本原理与应用在现代化学中,分析技术是不可或缺的一部分。
众所周知,分析技术有很多种类,例如,质谱分析、放射性分析、光谱分析等等。
然而,本篇文章将重点讨论色谱分析法和毛细管电泳分析法这两种分析技术的基本原理与应用。
一、色谱分析法的基本原理与应用色谱分析法是一种从杂质混合物中分离纯化化学物质的技术。
它基于不同组分在特定条件下通过固定相和移动相之间的相互作用,实现组分的分离和定量化分析。
在色谱分析法中,样品溶液被喷洒到固定相上,然后通过移动相流动,不同化学物质因其物理化学性质差异,从而可能在固定相上停留不同的时间,从而被分离。
色谱分析法又分为气相色谱和液相色谱两个主流技术。
1. 气相色谱气相色谱是一种以气体作为载体的色谱技术。
它基于杂质在蒸汽状态下通过固定相时与它相互作用的特定适配关系,实现杂质的分离和定量化分析。
分离组分是根据它们的挥发性、极性、分子量、化学反应性等从样品中引导到固定相上的微小涂层上,通过气流来驱动气溶胶在涂层上的流动。
2. 液相色谱液相色谱是一种以液体作为载体的色谱技术。
它基于样品在液相中分离和移动的特性,通过以固定相对其它组分有不同的吸附性能,完成对有机化合物、药物等成分的分离和提纯。
具体而言,液相色谱的分离过程通过在移动相中加入一种固定相,通过样品流动的压力差在二者中达成交换,样品分子成分被吸附在不同程度的高校固定相上。
那么,色谱分析法有哪些具体应用呢?1. 生物医学分析色谱分析法广泛应用于生物医学分析,并成功用于药物的分析,纯化和鉴定。
比如进口药物中已知的有毒成分,利用气相色谱可以进行快速检测,而液相色谱则可用于肝炎病毒和细胞生化结构的分析。
2. 环境分析色谱技术在环境分析中也有着不可替代的作用。
如有机物质、金属离子、化学反应物等的分离和测定。
其中,危险废物的色谱分离技术得到广泛的应用。
3. 食品质量检测色谱技术在食品质量检测中也有所应用。
它可以用来进行食品添加剂和有害物质的检测。
电泳分析技术在生物分子分离中的应用随着生物技术的快速发展,生物分析方法也得到了越来越多的关注。
电泳分析技术是一种基于生物分子的电荷和大小差异而进行分离的方法,广泛应用于生物医学、生物化学、食品科学、环境科学等领域。
该技术以其高效、灵敏、可重复性好等特点,在生物分析领域中得到了广泛的应用和发展。
一、电泳分析技术的分类电泳分析技术主要包括凝胶电泳、毛细管电泳、等电聚焦电泳、微通道电泳等多个子技术。
其中,凝胶电泳是最基础、应用最广泛的电泳技术之一,其通过在凝胶矩阵中行使电场,使样品进一步分离的特性而受到许多关注。
毛细管电泳是基于毛细管管壁与电解质间的电荷交换作用进行分离的方法,具有高效、高灵敏度、快速、易操作等优势,被广泛用于蛋白质、DNA等分离和检测。
等电聚焦电泳是基于生物分子的等电点定位,利用电场线和电泳缓冲液中的离子作用对其进行分离。
微通道电泳则是利用微流体技术制造的微型通道进行分离,具有高速、快速、免疫毒性等优势。
二、生物大分子的复杂特性使它们很难在分析中被准确的检测,而电泳分析技术可以将生物大分子进行无损分离,使其能够在检测分析中被准确地定位和分析。
1. 蛋白质分离蛋白质是生物体最重要的抗体、酶、激素和肌肉中的构成物,因此在许多生物应用中具有重要作用。
利用凝胶电泳和毛细管电泳实现对蛋白质的精确分离,可用于血清蛋白谱聚类分析、蛋白质质量与分子量的定量、蛋白质修饰等许多方面的分析。
2. DNA/RNA分离DNA和RNA是人类基因的两个核心部分,它们的深层分析,是生物分析研究的重点之一。
通过凝胶电泳、毛细管电泳等电泳技术实现对DNA和RNA的准确分离和检测,可用于基因测序、基因表达分析、病原体DNA/RNA的检测和药物代谢分析等研究方法。
3. 生物分子修饰分析生物分子参与许多生物过程,如蛋白质脱酰化修饰、糖基化修饰等生物分子的修饰会影响其生物活性,因此,进行有关修饰的分析是非常重要的。
通过电泳技术可以实现对生物分子修饰的分离和定量,可用于生物分子的抗原性研究、蛋白质结构修饰、蛋白质和药物的相互作用等许多方面的研究。
生物大分子的表征和分析方法生物大分子是指分子量较大的生物物质,如蛋白质、核酸、多糖等。
这些大分子在生命体系中发挥着重要的生物学功能,因此对它们的表征和分析显得尤为重要。
下面将对生物大分子的表征和分析方法做简要介绍。
一、色谱法色谱法是生物大分子分析中常用的技术之一。
根据不同的分离原理和分离介质,可以分为凝胶过滤色谱、离子交换色谱、逆相高效液相色谱、超高速离子层析等多种方法。
其中,凝胶过滤色谱可以分离分子量较大的生物大分子,如蛋白质、多糖等;离子交换色谱可以对带电的生物大分子进行分离和纯化,如核酸、蛋白质等;逆相高效液相色谱则可以分离非极性的生物大分子。
这些方法可以有效地分离目标物质,并提供其组成和结构信息。
二、质谱法质谱法是一种直接测定目标物质分子量和结构的方法。
对于生物大分子,常用的质谱技术包括质谱成像技术、毛细管电泳-质谱联用技术、液质联用技术等。
其中,质谱成像技术可以在分子分布不均的生物组织中对单个分子进行分析;毛细管电泳-质谱联用技术可以对带电的生物大分子进行分析;液质联用技术则可以对生物大分子进行全面的化学组分分析。
三、核磁共振法核磁共振法是一种通过分子核自旋的共振现象,获得分子结构和组成信息的方法。
对于生物大分子,常用的核磁共振技术包括核磁共振成像技术、核磁共振动力学技术等。
其中,核磁共振成像技术可以在体内直接对生物大分子进行结构和组成分析;核磁共振动力学技术可以对生物大分子进行动力学过程的研究。
总之,现代生物技术的迅速发展为生物大分子的表征和分析提供了越来越多的手段。
各种分析方法各有优缺点,选择合适的方法是确保获得可靠数据的关键。
同时,也需要在保证分析精准度的前提下,考虑到分析时间和费用等因素。
毛细管电色谱1. 介绍毛细管电色谱(Capillary Electrophoresis,简称CE)是一种利用玻璃毛细管内的电流和电场力来实现物质分离和分析的方法。
它结合了毛细管电泳和色谱技术的优点,具有高分离效率、快速分析速度、小样本体积和无需柱填充物等优势。
2. 工作原理毛细管电色谱的工作原理基于溶液中离子的迁移速度差异,通过在毛细管内加上电场来引导有电荷的离子在电场中运动。
不同离子由于大小、电荷、空间结构和溶液pH等因素的影响,会以不同的速度游离迁移。
通过测量这些离子的迁移时间和峰面积,可以得到溶液中各组分的含量信息。
3. 仪器结构毛细管电色谱仪主要由电场供应器、样品注射器、分离柱和检测器等部分组成。
•电场供应器:提供所需的电压和电流,用于产生分析电场。
•样品注射器:用于在毛细管内引入待分析的样品,常使用自动进样器实现定量和连续进样。
•分离柱:通过对毛细管内壁表面进行涂覆或改性使其具有特定的分离能力,用于分离混合物中的组分。
•检测器:用于监测分离出的各组分的信号,常见的检测器有紫外吸收检测器和荧光检测器。
4. 分析步骤1.样品准备:将待分析的样品溶解在合适的缓冲液中,同时进行必要的前处理,如蛋白质的还原和糖类的酶解等。
2.样品进样:将样品注射到毛细管中,一般可以使用自动进样器来实现精确的样品进样。
3.分离:通过在毛细管内施加电场,使样品中的离子在电场力和溶液流动力的共同作用下,沿毛细管内壁迁移,实现样品分离。
4.检测:通过检测器监测样品分离过程中形成的信号,如紫外吸收和荧光等,获取样品分离和定量分析的结果。
5.数据分析:根据检测到的峰面积或峰高,结合标准曲线,计算样品中各组分的浓度或含量。
5. 应用领域毛细管电色谱在生物医药、环境监测、食品检测与安全等领域具有广泛的应用。
•生物医药:用于药物分析、蛋白质分析、核酸分析等。
•环境监测:可以分析水体中的微量重金属和有机污染物等。
•食品检测与安全:可以分析食品中的添加剂、农药残留和食品中的有害物质等。
毛细管电色谱的研究进展及其在生物大分子中的应用摘要】目的研究毛细管电色谱在生物大分子中的应用。
方法结合国内外有关毛细管电色谱的文献资料,综述毛细管电色谱的研究进展及其在生物大分子中的应用。
结果毛细管电色谱在分离分析生物大分子方面应用较为广泛。
结论毛细管电色谱拥有较广阔的应用前景。
【关键词】毛细管电色谱研究进展生物大分子分离【中图分类号】R318 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752(2012)26-0059-02毛细管电色谱(capillary electrochromatography,CEC)是将毛细管柱内填充固定相颗粒、管壁键合固定相或者制成连续床形式,以电渗流或者电渗流、压力共同驱动下使样品根据它们在固定相和流动相中分配系数不同以及电泳速率不同实现分离。
CEC技术是1974年由Pretorius等[1]首先提出的。
他们首次将电场施加到高效液相色谱柱上,显示出以电渗流作为驱动力的优越性,但当时并没有引起足够的关注。
1981年Jorgenson和Lukacs[2]在170um内径的毛细管中填充了10umPartisilODS-2,在电场作用下成功分离了甲基蒽和芘,获得了31000N/m的柱效。
这篇文章被认为是毛细管电泳和电色谱发展史上的里程碑。
此后,人们给于CEC越来越多的关注,关于CEC的研究论文也是迅速攀升。
蛋白质和核酸等物质是生命科学中一类重要的复杂生物大分子,它不仅存在于体内,而且随着生物技术的迅速发展,越来越多的在体外通过各种途径被人工制造出来,造福于人类,特别是对肿瘤的预警、诊断和治疗有着重要的意义。
生物大分子的检测基于组成复杂、成分微量或痕量的体系中,要深入探索和了解生命领域中疾病的发病机理,许多常规的分析技术已不能胜任。
近年来,毛细管电色谱(CEC)技术被应用于分子生物学领域检测生物大分子[3],为更好地将CEC技术用于分子生物学领域,建立良好的分离生物大分子的CEC方法,本研究主要对毛细管电色谱技术的研究进展及其在生物大分子中的应用进行以下综述。
1 毛细管电色谱的原理毛细管电色谱是将常规色谱填料填充到毛细管中,或在毛细管内表面键合、涂敷固定相,以电渗流作为流动相的推动力,根据样品中各组分在固定相和流动相间分配系数的差异和在电场中迁移速率的不同而实现分离的一种高效微分离技术,。
CEC采用高压直流电源代替高压泵,用电渗流来驱动流动相,流速在管中不是呈抛物线轮廓,而是呈扁平的塞子流型,因而在毛细管中没有流速梯度,谱带展宽效应十分小,这是CEC比HPLC柱效高的根本原因。
CEC没有背压问题,可以使用粒度更小的填料与更长的毛细管柱,具有更高的分辨率。
在高pH值下,毛细管内壁硅醇基的电离度大,电渗流也大,可以解决中性化合物的分离问题,有利于与质谱仪联用;在低pH值条件下,如果选择合适的填料还可以将带电组分很好地分离。
此外,在加电压的同时,又可附加一定的压力驱动流动相,这样既可避免分离过程中气泡的产生,提高稳定性,又可用压力来控制流速,缩短分析时间,实现梯度洗脱[4]。
CEC技术具备了高灵敏度、高分辨率和高速的特点。
近年来,随着电色谱基本理论的进一步完善,电色谱在生化药物的分析、制药工业、手性药物拆分等领域得到广泛应用,特别是CEC技术在分离检测核酸、蛋白质和小肽等生物大分子方面有广泛的应用前景。
2 毛细管电色谱柱色谱柱是电色谱的心脏,其制作技术直接关系到分离效果的好坏。
它具有双重作用:一是作为固定相,承担对分离对象的分离任务;二是在其表面形成双电层,在电场作用下产生电渗流,作为推动力。
按照固定相实现方式的不同,毛细管电色谱柱分为填充柱、开管柱、整体柱。
3 毛细管电色谱在生物大分子中的应用生物大分子是生物体的重要组成成分, 包括核酸(DNA和RNA)、蛋白质、多肽、酶以及多糖等。
不但有生物功能, 而且分子量较大, 其结构也比较复杂。
生命科学的发展给生物大分子分析分离技术提出了新的要求, 这就使得其分离分析技术在生物大分子的研究中起着举足轻重的作用, 近年来CEC在分离分析生物大分子中应用较为广泛。
不少研究工作者开始将研究方向转移到CEC分离分析生物大分子。
如Bandilla 等[5]使用整体柱毛细管电色谱分离模型蛋白,并表明了蛋白质容量因子随流动相中有机溶剂的增加而增加,且获得了高分辨率。
Lin等[6]使用整体柱毛细管电色谱分离寡肽(包括血管紧张素Ⅰ、血管紧张素Ⅱ、Sar11、Thr8血管紧缩素、催产素、抗利尿激素系、牛β-酪蛋白的肽能片段、人β-酪蛋白的肽能片段和FMRF酰胺),并比较了模板聚合物和无模板合物的分离行为,指出这些寡肽的电色谱分离由电泳迁移和色谱保留介导。
Asthana等[7]用胶体聚合(N-异丙基酰胺)颗粒作为假固定相的毛细管电色谱进行DNA突变分析,指出于聚合(N-异丙基酰胺)的毛细管电色谱有较窄的大小分布。
3.1毛细管电色谱法分离蛋白质随着生命科学的迅猛发展,蛋白质组学已成为当今的前沿科学,其重要性和战略意义日益显著。
发展新型、快速、高效的蛋白质分离分析技术对蛋白质组学及整个生命科学的发展具有十分重要的意义[8,9]。
因此,关于蛋白质快速、高效的新型分离方法的研究备受关注。
CEC结合了CE的高效性和HPLC的高选择性,是一种新型的微柱分离分析技术[10],已成为蛋白质等生物大分子分离分析的方法,它的出现为蛋白质的分离分析提供了一条新的有效途径[11]。
但目前CEC主要是以电驱动流动相为分离模式[12],操作中易产生气泡,使其受到很大的限制[13]。
加压毛细管电色谱(PEC)的出现解决了长期限制CEC广泛使用的问题,PEC克服了仅靠电渗流驱动的一些限制因素,可方便地对流动相组成、性质、流速进行调节,抑制气泡的形成,尤其能实现梯度洗脱,是CEC发展的重要方向[14,15]。
Zhao等[16]以1.5um无孔硅胶C18为固定相,用反相梯度加压毛细管电色谱在7.5min内实现了4种蛋白质的有效分离。
通过和3um普通C18柱的对比,表明1.5um无孔硅胶C18在p-CEC模式下分离蛋白质等生物大分子方面的优势。
通过和微径液相色谱分离蛋白质的结果进行比较,表明梯度p-CEC的分离柱效和分离速度都优于微径液相色谱。
P-CEC可通过调节电压来精细调节带电溶质的保留,改变蛋白质样品的迁移速率,提高选择性,缩短蛋白质的分离时间。
梯度加压毛细管电色谱在蛋白质的快速高效的分离分析中,具有很大的应用潜力。
3.2毛细管电色谱分离核酸核酸是重要的生物大分子,是分子生物学研究的重要内容。
Behnke和Bayer用梯度加压CEC洗脱设备分离寡核苷酸[17],使用加压毛细管电色谱(PEC)变形的加压梯度电动高效液相色谱,带电荷分析物在反5um二氧化硅凝胶填充柱中进一步分离,研究了在相同的梯度洗脱模型中电压达到400V/cm时对分离的影响,对微柱高效液相色谱(HPLC)和胶束动电细管层析(MECC)进行了直接的对比。
Kato等[18]采用毛细管电色谱法中两种修饰的多孔光聚合溶胶-凝胶整体柱分离氨基酸混合物。
一种用二甲基十二烷基氯硅烷(DMOS)进行修饰,另一种用二甲基十二烷基氯硅烷加上三甲基氯硅烷来饱和剩余的硅醇基,5种衍生氨基酸在7min内被分离,理论塔板数在58700和105000/m之间变化。
这种整体柱分离方法被应用在大鼠脑脊液中分离氨基酸。
Hoegger等[19]用聚丙烯酰胺类整体柱分析了氨基酸和多肽。
以N,N-二甲基丙烯酰胺哌嗪双丙烯酰胺为基础而负荷磺酸基产生电渗流的整体固定相,研究带正电荷的氨基酸和多肽的分离。
发现固定相在190bar的压力下仍具有机械稳定性,并且在有机氢流动相大范围变化时仍保持化学稳定性。
通过改变电荷强度和标准固定相的疏水性来进一步研究静电和疏水和/或亲水作用。
这样可以更好地解释对氨基酸的分离行为,最初在相似固定相分析行为截然相反,可更好地对小分子肽进行分离。
4 结语综上所述, 随着生命科学的发展, 毛细管电色谱技术在分离核酸、蛋白质和多肽等生物大分子中将有更广泛的应用前景, 可为探索和了解生命领域中疾病的发病机理提供分辨率强、灵敏度高、专一性好和分析速度快的分析方法。
尽管CEC的研究与应用飞速发展,但人们对其认识并不深刻,研究尚处在理论探索阶段。
存在着诸如气泡产生、柱子易断、检测灵敏度低、填料种类有限等问题。
特别是在分离大分子生物样品,如DNA、蛋白质时,尚存在方法匮乏、重现性差等问题。
而这恰是CE、HPLC 的优势。
因此,预计在很长一段时间内,三种方法将呈互相补充及相互验证的关系。
CEC能否成为一种实用的分离分析技术主要取决于CEC试验技术的发展。
目前,随着装柱技术、联用技术、梯度洗脱技术等的发展和完善,毛细管电色谱研究已进入实际分析应用研究阶段。
毛细管电色谱技术作为新型的分离分析技术,将有着很大的发展前景。
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