毛细管电泳发展历史

五毛细管电泳展望一、毛细管电泳的兴起与发展毛细管电泳(capillary electrophoresis, CE)，又称高效毛细管电泳(HPCE)是近年来发展最快的分析化学研究领域之一．1981年Jorgenson等[1]在75μm内径的毛细管内用高电压进行分离，创立了现代毛细管电泳。

1984年Terabe等[2]发展了毛细管胶束电动色谱(MECC)。

1987年比Hjerten[3]建立了毛细管等电聚焦(CIEF)，Cohen和Karger[4]提出了毛细管凝胶电泳(CGF)。

1988—1989年出现了第一批CE商品仪器，1989年第一届国际毛细管电泳会议召开，标志了一门新的分支学科的产生．短短的几年内，由于CE符合了以生物工程为代表的生命科学各领域中对生物大分子(肽、蛋白、DNA等)的高度分离分析的要求，得到了迅速发展，正逐步成为生命科学及其它学科实验室中一种常用的分析手段．近三年来国际毛细管电泳会议与会者均达700—800人，1996、1997两年公开发表的有关CE论文达3600余篇。

可参见相关综述则[5-8]。

欧洲、美国国内及日本也相继召开CE地区性国际会议。

我国在CE领域研究起步早、发展快、研究工作较全面、有的研究成果达到国际先进水平。

定期召开全国CE 会议及亚太地区国际会议，在国际上已有一定的影响。

1984年中国科学院化学所竺安教授在国内率先开展CE研究，迄今国内已有几百个单位开展CE研究和应用．从CE理论到各种模式及各方面应用，国内均在进行。

1998年举行的第三届全国CE会议共收录论文129篇，同时举行的第二届亚太国际会议也取得了成功。

毛细管电色谱(CEC)、CE／MS联用、低背景毛细管梯度凝胶电泳、手性药物分离、逆流聚焦及脱氧核糖核酸(DNA)各种CE测定方法等一批研究成果均达到国际先进水平。

二、毛细管电泳基本原理CE是以高压电场为驱动力。

以毛细管为分离通道，依据样品中各组成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．仪器装置包括高压电源、毛细管、柱上检测器和供毛细管两端插入又和电源相连的两个缓冲液贮瓶，在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现象称电泳。

毛细管电泳仪的原理
毛细管电泳仪（capillary electrophoresis，CE）是一种电泳技术，它利用电场对生物分子进行分离和分析。

它是由美国科学家 A.J.P. Martin在20世纪80年代中期发展而来的，已被广泛应用于生物化学，分子生物学，分析化学，环境科学，药物学和其他科学领域。

毛细管电泳仪的基本原理是将样品放入毛细管中，然后把毛细管放置在一个电极板上，当电极板上的电极产生电场时，样品就会沿着电场线移动并分离。

毛细管的直径很小，介质的库仑数也比较低，这就使得电泳过程中离子的移动更快，分离效率更高。

毛细管电泳仪还具有众多优点，比如快速、灵敏、准确、简单等。

它能够实现快速、灵敏的分离，分离效率高达99.5%；它可以分离各种大小的生物分子，甚至可以分离蛋白质；它能够检测和分析复杂的样品；它也可以分析有机溶剂中的有机酸，如乙酸和丙酸；它还可以分析有机物的各种复杂分子，如芳烃和芳香族烃。

由于毛细管电泳仪的优势，它在医学、科学研究等领域得到了广泛的应用，在诊断疾病，研究蛋白质，检测抗体等方面都取得了巨大的成功。

它是一种高效、灵敏、准确的技术，也是一种经济而又可靠的方式，能够实现高通量的分析。

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。

毛细管电泳分析技术的发展毛细管电泳（Capillary Electrophoresis，CE）是一种高效、高分辨率的色谱技术，在药物、食品、环境、疾病等领域具有广泛的应用。

随着科学技术的发展，毛细管电泳分析技术也不断发展，并逐步成为一种主流的分析技术。

毛细管电泳分析技术的原理是基于不同物质在电场中的迁移速率不同，通过控制电场强度和电荷数目等条件，把样品中的各组分分离出来，以便进行定性和定量分析。

与传统的色谱分析技术相比，毛细管电泳分析技术具有分析速度快、分离效率高、分析重复性好、试剂用量少等优点。

毛细管电泳分析技术的发展可以分为三个阶段。

第一阶段是20世纪70年代至80年代初，毛细管电泳分析技术被作为一种新兴的分析方法被引入。

这个时期的毛细管电泳分析仪器比较原始，不够精密，使用范围也相对狭窄。

第二阶段是80年代中期至90年代中期，毛细管电泳分析技术逐渐得到了广泛应用，同时也出现了一些技术上的突破，例如：深色物质的检测、自动进样、联用检测等。

第三阶段是90年代末至今，毛细管电泳分析技术融入了一些新技术和新思路，如微芯片技术、基于液相金属定量质谱技术的毛细管电泳、光电子束刻录技术等。

这些新技术和思路的出现，极大的丰富了毛细管电泳分析技术的应用范围和性能。

毛细管电泳分析技术主要包括毛细管区带电泳（Capillary Zone Electrophoresis，CZE）、毛细管等温电泳（Capillary Isoelectric Focusing，CIEF）、毛细管电泳色谱（Capillary Electrophoresis Chromatography，CEC）等。

其中，毛细管区带电泳是最基本的毛细管电泳技术，其在化学、生物等领域的应用都很广泛。

毛细管等温电泳常常用于蛋白质和多肽的分离和分析。

毛细管电泳色谱是融合了毛细管电泳和液相色谱的分析技术，其与现代分析科学的研究方向高度契合，是目前发展最为迅速的毛细管电泳技术之一。

【资料】毛细管电泳技术发展及应用前景毛细管电泳技术（Capillary Electrophoresis, CE）又称高效毛细管电泳（HPCE）或毛细管分离法（CESM），毛细管电泳方法虽新工艺，但历史悠久，它是在电泳技术的基础上发展的一种分离技术。

电泳作为一种技术出现，已有近百年的历史，但真正被视为一种在生物化学中有重要意义的技术，是由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。

现在所说的毛细管电泳技术（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。

当电泳从凝胶板上移到毛细管中以后，发生了奇迹般的变化：分析灵敏度提高到能检测一个碱基的变化，分离效率达百万理论塔片数；分析片段能大能小，小到分辨单个核苷酸的序列，大到分离Mb到DNA；分析时间由原来的以小时计算缩减到以分、秒计算。

CE可以说是经典电泳技术与现代微柱分离技术完美结合的产物。

它使分析科学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。

长期困扰我们的生物大分子如蛋白质的分离分析也因此有了新的转机。

毛细管电泳技术是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力，根据样品中各组分之间迁移速度和分配行为上的差异而实现分离的一类液相分离技术，迅速发展于80年代中后期，它实际上包含电泳技术和色谱技术及其交叉内容，是分析科学中继高效液相色谱之后的又一重大进展，它使分析科学得以从微升水平进入纳升水平，并使细胞分析，乃至单分子分析成为可能。

毛细管电泳的发展历史中文摘要本文简要的回顾了毛细管电泳的发展历史，对其发展和应用现状进行概述，并对未来的发展提出一些设想，作为我们研究课题的重点，特别对毛细管电泳安培检测技术进行了较为详细的评述。

从电导检测、电位检测和安培检测的三种方法用于毛细管电泳这项分离技术的发展过程，到基础理论的研究、检测池的设计与改进、电极的改进及其应用的简单介绍到未来的发展动向等方向逐一涉及，一般的药物、氨基酸和糖类的分析到目前应用的热点进行了综述。

从毛细管电泳安培检测技术需要进一步完善和发展考虑，提出了本论文的设想，在毛细管电泳安培检测的方法学研究及其在药物分析中的应用方面做出一些有意义的工作。

鉴于在毛细管电泳安培检测技术中，用于分离的高压电场对安培检测有着严重干扰，影响检测的灵敏度，而且分离毛细管与工作电极对接也存在一定困难等原因，前人已做了大量的研究工作，并提出了种种解决办法，但还存在不尽如人意的地方。

在原有的工作基础上，我们进一步进行了毛细管电泳安培检测的研究工作，设计制作了一种高压电场隔离接口和相应的安培检测池，并对工作电极进行了改进，兹将主要研究内容报告如下：第一部分概述了毛细管电泳的发展历史，对电导检测、电位检测特别是安培检测的基本原理及其应用工作进行了详细介绍，指出了三种检测技术的优缺点，以及人们为降低噪音、提高检测度方面所做的一些工作，最后还简单介绍了本文的目的、意义和内容。

第二部分设计制作了一种电场隔离接口和安培检测池，并对检测电极做了进一步改进。

对高压电场隔离接口的强度、稳定性、平衡时间、导电效率及隔离电场性能等进行了详细的研究。

结果表明：该接口稳定，隔离电场效果好，可以满足实际工作的需要；制作的安培检测池可以解决分离毛细管与工作电极对接困难的问题，其工作电极可以方便的插入分离毛细管而不碰壁。

组装了一套毛细管电泳安培检测系统，并利用该系统分离检测了三中种对苯二酚，结果令人满意。

此外，我们通过对电极的改进，削弱了在毛细管电泳安培检测中存在的峰扩展现象，进一步提离了分离效率。

毛细管电泳分析方法的工作原理介绍毛细管电泳(capillary electrophoresis, CE)又叫高效毛细管电泳(HPCE), 是近年来发展最快的分析方法之一。

1981年Jorgenson和Lukacs首先提出在75μm内径毛细管柱内用高电压进行分离, 创立了现代毛细管电泳。

1984年Terabe等建立了胶束毛细管电动力学色谱。

1987年Hjerten 建立了毛细管等电聚焦, Cohen和Karger提出了毛细管凝胶电泳。

1988～1989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。

CE是经典电泳技术和现代微柱分离相结合的产物。

CE和高效液相色谱法(HPLC)相比, 其相同处在于都是高效分离技术, 仪器操作均可自动化, 且二者均有多种不同分离模式。

二者之间的差异在于：CE用迁移时间取代HPLC中的保留时间, CE的分析时间通常不超过30min, 比HPLC速度快；对CE而言, 从理论上推得其理论塔板高度和溶质的扩散系数成正比, 对扩散系数小的生物大分子而言, 其柱效就要比HPLC高得多；CE所需样品为nl级, 最低可达270fl, 流动相用量也只需几毫升, 而HPLC所需样品为μl 级, 流动相则需几百毫升乃至更多；但CE仅能实现微量制备, 而HPLC可作常量制备。

CE和普通电泳相比, 由于其采用高电场, 因此分离速度要快得多；检测器则除了未能和原子吸收及红外光谱连接以外, 其它类型检测器均已和CE实现了连接检测；一般电泳定量精度差,而CE和HPLC相近；CE操作自动化程度比普通电泳要高得多。

总之, CE的优点可概括为三高二少：高灵敏度, 常用紫外检测器的检测限可达10-13～10-15mol,激光诱导荧光检测器则达10-19～10-21mol；高分辨率, 其每米理论塔板数为几十万；高者可达几百万乃至千万, 而HPLC一般为几千到几万；高速度, 最快可在60s内完成, 在250s内分离10种蛋白质, 1.7min分离19种阳离子, 3min内分离30种阴离子；样品少, 只需nl (10-9 L)级的进样量；成本低, 只需少量(几毫升)流动相和价格低廉的毛细管。