高效毛細(xì)管電泳儀簡(jiǎn)稱毛細(xì)管電泳儀（CE），是以毛細(xì)管為分離通道，以高壓直流電場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)力，利用帶電粒子之間的淌度差異和分配系數(shù)差異進(jìn)行分離，是分析科學(xué)繼高效液相色譜儀之后的又一重大進(jìn)展，使分析科學(xué)從微升級(jí)進(jìn)入到了納升級(jí)水平，不僅使單細(xì)胞乃至單分子分析成為可能，也使蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子分析有了新的轉(zhuǎn)機(jī)。

一、毛細(xì)管電泳的發(fā)展歷史：

毛細(xì)管電泳是經(jīng)典電泳技術(shù)和現(xiàn)代微柱分離相結(jié)合的產(chǎn)物，一出現(xiàn)就引起分離科學(xué)界極大的關(guān)注。目前，它已成為與20世紀(jì)50年代末、60年初出現(xiàn)的氣相色譜儀以及20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)的高效液相色譜儀相媲美的一種分離技術(shù)，井被認(rèn)為是當(dāng)代分析科學(xué)最具活力的前沿研究課題。

1937年，發(fā)明U形管移動(dòng)界面電泳儀。這可看作是毛細(xì)管電泳發(fā)展的開端。

1967年，最先在3mm內(nèi)徑的毛細(xì)管中作自由溶液的區(qū)帶電泳。1974年，用200～500μm內(nèi)徑的毛細(xì)管作區(qū)帶電泳分離。早期的研究受當(dāng)時(shí)檢測(cè)靈敏度的影響，未獲得預(yù)期的高效分離效率，但為毛細(xì)管電泳的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1981年，用75μm內(nèi)徑的石英毛細(xì)管在3萬伏高壓下實(shí)現(xiàn)40萬理論塔板數(shù)的空前分離效率，這一工作被認(rèn)為是現(xiàn)代毛細(xì)管電泳發(fā)展的里程碑。隨后毛細(xì)管電泳的研究急速升溫，許多大科學(xué)家也開始參與研究。

1984年，使用含表面活性劑的背景電解質(zhì)，開辟了毛細(xì)管電泳另一個(gè)重要分支－毛細(xì)管膠束電動(dòng)色譜。

1987年，結(jié)合傳統(tǒng)的等電聚焦電泳和凝膠電泳原理，實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)管等電聚焦電泳和毛細(xì)管凝膠電泳。

1988年，實(shí)現(xiàn)了微量制備的可能性，提取和分離了50μmol的蛋白質(zhì)、肽和寡核苷酸等。

上世紀(jì)80年代末，毛細(xì)管電泳的研究非常活躍，90年代起在技術(shù)和應(yīng)用等方面都有了很大發(fā)展。

1989年，推出第一批高效毛細(xì)管電泳儀。

1990年，改進(jìn)和應(yīng)用了紫外檢測(cè)器。

1992年，激發(fā)誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器誕生，毛細(xì)管電泳技術(shù)得到不斷改進(jìn)和更新，靈敏度和分辨率均達(dá)到預(yù)期的高效分離效率。

二、毛細(xì)管電泳分離模式的發(fā)展：

CE分離模式有毛細(xì)管區(qū)帶電泳（CZE）、毛細(xì)管膠束電泳色譜（MECC）、毛細(xì)管凝膠電泳（CGE）、毛細(xì)管等電聚焦電泳（CIEF）、毛細(xì)管等速電泳（CITP）、毛細(xì)管陣列電泳（CAE）和毛細(xì)管芯片電泳（Chip）等。

1、毛細(xì)管區(qū)帶電泳（CZE）：

CZE又稱毛細(xì)管自由電泳，由于操作簡(jiǎn)單、多樣化，是目前CE中最基本、應(yīng)用最廣泛的一種分離模式。

在CZE中，毛細(xì)管內(nèi)只充入緩沖溶液，在直流高壓驅(qū)動(dòng)下．溶質(zhì)以不同的速度在分立的區(qū)帶內(nèi)進(jìn)行遷移而被分離，由于電滲流的存在，正負(fù)離子都可用CZE分離，而中性分子本身在電場(chǎng)中不移動(dòng)，隨電滲流一起流出毛細(xì)管。

CZE的應(yīng)用范圍很寬，可分離氨基酸、多肽、離子和對(duì)映體等。

2、毛細(xì)管膠束電泳色譜（MECC）：

在MECC中，把一些離子型表面活性劑（如十二烷基硫酸鈉）加到緩沖液中，當(dāng)其濃度超過臨界膠束濃度后，形成有一疏水內(nèi)核、外部帶負(fù)電的膠柬。溶質(zhì)在水相和膠束相（準(zhǔn)固定相）之間產(chǎn)生分配，中性粒子因其本身疏水性不同，在兩相中分配存在差異而得以分離。MECC使CE能用于中性物質(zhì)的分離，拓寬了CE的應(yīng)用范圍，是對(duì)CE的極大貢獻(xiàn)。

3、毛細(xì)管凝膠電泳（CGE）：

CGE是將平板上的凝膠移到毛細(xì)管中作支持物而進(jìn)行的電泳，凝膠具有多孔性，起類似分子篩的作用，溶質(zhì)按分子大小進(jìn)行分離。凝膠能減小溶質(zhì)的擴(kuò)散，峰型尖銳，能達(dá)到CE中的最高柱效。常用聚丙烯酰胺在毛細(xì)管內(nèi)交聯(lián)制成凝膠柱，可分離測(cè)定蛋白質(zhì)和DNA等，但柱制備比較困難，使用壽命短。

4、毛細(xì)管等電聚焦電泳（CIEF）：

CIEF是將傳統(tǒng)聚焦電泳轉(zhuǎn)移到毛細(xì)管中進(jìn)行，通過管壁涂層使電滲流減小到最小，以防止蛋白質(zhì)吸附和破壞穩(wěn)定的聚焦區(qū)帶。在高壓作用下，毛細(xì)管內(nèi)部建立pH梯度，蛋白質(zhì)在毛細(xì)管中向各自的等電點(diǎn)聚焦，形成明顯的區(qū)帶。

5、毛細(xì)管等速電泳（CITP）：

CITP是一種較早的分離模式，采用先導(dǎo)電解質(zhì)和后繼電解質(zhì)，使溶質(zhì)按其電泳淌度不同得以分離，常用于分離離子型物質(zhì)。但要采用不連續(xù)緩沖液，分辨率差，目前應(yīng)用不多。

6、毛細(xì)管陣列電泳（CAE）：

為了滿足大批量樣品的分離要求，特別是在人類基因組和蛋白組計(jì)劃中的應(yīng)用，CAE漸漸呈現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景和趨勢(shì)。與傳統(tǒng)聚丙烯酰胺凝膠板電泳可進(jìn)行多道平行分析相似，CAE是采用多根毛細(xì)管組成的陣列進(jìn)行多道分析。

7、毛細(xì)管芯片電泳（Chip）：

當(dāng)今，分析儀器和分析科學(xué)正經(jīng)歷著深刻的變革，其中一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)就是化學(xué)分析儀器的微型化、集成化和便攜化，以往一個(gè)大實(shí)驗(yàn)室的工作量（大量樣品、試劑、很多分析和合成時(shí)間等），今后將在一塊小小的芯片上完成。近年來，毛細(xì)管芯片電泳（Chip）的蓬勃發(fā)展正是順應(yīng)這一趨勢(shì)。由于CE采用電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)樣能通過電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)，因此相應(yīng)的技術(shù)和裝置比較容易微型化。

Chip是以晶體硅、石英玻璃、有機(jī)玻璃、陶瓷和硅橡膠為基體材料，采用毛細(xì)管電泳技術(shù)，將樣品進(jìn)樣、分離和檢測(cè)等過程集成到一起的多功能化的高效、快速、樣品用量少的微型實(shí)驗(yàn)室技術(shù)。Chip與分析儀器的微型化、集成化和便攜化緊密相連，符合現(xiàn)代化學(xué)、制藥工業(yè)的低成本和高產(chǎn)出的需求。

在電子工業(yè)中，芯片一般采用晶體硅，但晶體硅對(duì)于Chip并不很合適，因此轉(zhuǎn)而采用石英玻璃、有機(jī)玻璃和硅橡膠作為基體材料。不同的材料，其制作方法不同。晶體硅和石英玻璃基體多采用微加工蝕刻法，有機(jī)玻璃采用注塑法、印模法和激光燒蝕法。Chip相對(duì)于傳統(tǒng)CE的主要優(yōu)點(diǎn)是電滲流泵的擴(kuò)展應(yīng)用、良好的散熱性能和設(shè)計(jì)多樣性。

每一種新興技術(shù)總是在發(fā)展的過程中存在著一些問題，有待解決，Chip也是如此。首先，它的芯片材質(zhì)還在不斷的挑選和試用中，每一種材料都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，需進(jìn)一步的摸索和完善，盡快找到一些在技術(shù)上可行、價(jià)格上能接受的材料是當(dāng)務(wù)之急。其次，Chip進(jìn)樣常采用電動(dòng)進(jìn)樣，但檢測(cè)器常用LIFD。這樣的檢測(cè)器無法集成到芯片上，使得僅僅是進(jìn)樣和分離集中化，而檢測(cè)卻還是常規(guī)尺度，導(dǎo)致芯片雖小，檢測(cè)器卻很大，這顯然不符合微型化的要求。因此，也可考慮使用電化學(xué)檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)真正的集成化。當(dāng)然，對(duì)于痕量物質(zhì)的檢測(cè)十分有效的質(zhì)譜檢測(cè)器也是一個(gè)方向，同樣接口技術(shù)還是關(guān)鍵。再次，從單純、單一的成分分析檢測(cè)過渡到在線檢測(cè)、復(fù)雜樣品前處理和單分子、單細(xì)胞分析，也有很多工作要做。另外，市場(chǎng)開發(fā)階段和商品化階段也是當(dāng)前所面臨的巨大挑戰(zhàn)。在產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，以期帶動(dòng)基礎(chǔ)研究，為Chip的進(jìn)一步發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

三、毛細(xì)管電泳檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展：

CE的毛細(xì)管極細(xì)，分離效能很高，但同時(shí)對(duì)樣品組分的檢測(cè)帶來了困難，對(duì)檢測(cè)技術(shù)的要求較高。如何增加檢測(cè)器的靈敏度，又不造成明顯的區(qū)帶展寬，一直是CE技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)至關(guān)重要的問題。迄今為止，已有許多檢測(cè)技術(shù)與CE聯(lián)用，在不同領(lǐng)域中發(fā)揮作用。

1、紫外可見光吸收檢測(cè)：

紫外可見光吸收是CE中應(yīng)用最廣泛的一種檢測(cè)方法。石英毛細(xì)管可透過20nm波長(zhǎng)以下的紫外光，允許從紫外光到可見光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)樣品組分進(jìn)行檢測(cè)。而且由于透光窗口直接開在毛細(xì)管上（柱上檢測(cè)），檢測(cè)器本身不存在死體積和因此而造成的組分區(qū)帶展寬現(xiàn)象。事實(shí)上樣品組分的分離在檢測(cè)窗口處仍在進(jìn)行。為了獲得高效，檢測(cè)區(qū)的寬度應(yīng)小于樣品組分的區(qū)帶寬度，也就是說透光窗口應(yīng)足夠小。毛細(xì)管電泳峰寬一般為2～5mm，透光窗口的尺寸應(yīng)控制在上述峰寬的1/3以內(nèi)。紫外可見光吸收檢測(cè)的主要缺點(diǎn)是靈敏度不高，這主要是光程太短所致。

2、熒光檢測(cè)：

熒光檢測(cè)也是CE中一種常見的柱上檢測(cè)方法，因組分區(qū)帶小，不會(huì)引起額外展寬，而且檢測(cè)靈敏度很高。尤其是激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)（LIF），其靈敏度可高達(dá)10ˉ¹²～10ˉ¹⁶mol/L，是目前CE中最靈敏的一種檢測(cè)方法。熒光檢測(cè)器的缺點(diǎn)是僅能用于有天然熒光和易于用熒光試劑標(biāo)記或染色的物質(zhì)的檢測(cè)，價(jià)格較高。但由于LIF的高靈敏度和高選擇性，仍是CE中不可缺少的檢測(cè)方法。

3、電化學(xué)檢測(cè)：

電化學(xué)檢測(cè)可避免光學(xué)類檢測(cè)器遇到的光程太短的問題，對(duì)電活性組分的檢測(cè)具有靈敏度高、線性范圍寬、選擇性好和價(jià)格低等特點(diǎn)。安培檢測(cè)是三種電化學(xué)檢測(cè)模式（電導(dǎo)檢測(cè)、電位檢測(cè)和安培檢測(cè)）中最易實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用較廣的一種檢測(cè)技術(shù)，為微體積環(huán)境中電活性物質(zhì)的測(cè)定提供了高靈敏度的檢測(cè)方法。但安培檢測(cè)要求被檢測(cè)物質(zhì)必須具有良好的電化學(xué)活性，因而檢測(cè)范圍有一定的局限性。

4、質(zhì)譜檢測(cè)：

質(zhì)譜檢測(cè)（MS）具有較強(qiáng)的定性功能，在一次分析中可獲得很多結(jié)構(gòu)信息，將CE與MS相結(jié)合是分離科學(xué)中的一項(xiàng)突破性進(jìn)展。

（1）CE－MS聯(lián)用的關(guān)鍵是接口。

（2）CE－MS聯(lián)用有著很強(qiáng)的生命力，但尚存在以下缺點(diǎn)：

1）濃度靈敏度低，不如LC－MS。

2）不是所有的CE分離模式都可方便地與MS聯(lián)用。

3）MS對(duì)CE分離緩沖液的限制較多。

（3）CE－MS聯(lián)用有以下難點(diǎn)需進(jìn)一步改善：

1）如何將被分析物的分子或離子經(jīng)由CE分離后的液態(tài)最終傳至高真空的MS中。

2）接口處的體積范圍怎樣才能與CE的峰體積兼容。

3）分離電解質(zhì)的成分怎樣才能與質(zhì)譜的需求兼容。

4）在聯(lián)機(jī)模式下如何將CE流出物以在線方式有效地傳到MS中而不丟失分離效率。

   

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