毛細管電泳儀

毛細管電泳儀以彈性石英毛細管為分離通道，以高壓直流電場為驅動力，依據樣品中各組分的淌度（單位電場強度下的遷移速度）和分配行為的差異而實現各組分分離。

基本介紹

• 中文名：毛細管電泳儀
• 外文名：capillary electrophoresis
• 管理類別：Ⅱ類醫療器械
• 分類名稱：生物分離系統

工作原理

毛細管電泳柱中裝載電解液運行時，由於管壁矽羥基的存在會產生電滲流，電滲流將推動整個毛細管柱內的溶液定向移動。與一般色譜技術的主要區別在於其分離原理不是基於組分在流動相和固定相中分配係數，而是在電場作用下離子遷移速度的不同。

發展歷史

表1毛細管電泳儀的發展情況

時間	發展情況
1967年	最先在3mm直徑毛細管中作自由溶液的區帶電泳
1974年	用200~ 500μm內徑的毛細管作電泳分離
1981年	用75μm內徑玻璃毛細管柱，加30kV電壓實現電泳
1984年	引入了膠束毛細管電動力學色譜的方法
1987年	實現了毛細管等電聚焦及毛細管凝膠電泳
1988年	首次利用CE作微里物質提取，並把雷射引入CE檢測器，大大提高了檢測靈敏度

基本構造

毛細管電泳儀的主要部件有直流高壓電源、毛細管、電極和電極槽、沖洗進樣系統、檢測系統和數據處理系統等。兩個緩衝液瓶裝有與毛細管內相同的背景緩衝液，將毛細管兩端置於兩個緩衝液瓶中，鉑金電極分別插入兩個緩衝液瓶中。在實驗過程中，兩個緩衝液瓶內的背景電解質溶液應保持在同一液面水平，並且毛細管兩端也應插入到液面下同一深度，防止毛細管兩端因壓力差而產生虹吸效應引起溶液的流動，從而影響分析結果。

圖1 毛細血管電泳儀結構

圖1毛細血管電泳儀結構

1. 高壓電源:0~30KV;200~300uA

2. 進樣技術:1）電動進樣(電遷移進樣)

2）氣動進樣(壓差進樣) {進樣端加壓，出口端減壓，虹吸作用}

3.常用的CE緩衝體系

表2 CE緩衝體系介紹

磷酸鈉體系	寬緩衝範圍
硼酸鈉體系	高pH範圍
Tris-HCI體系	低pH範圍
醋酸-醋酸銨體系	CE/MS常用體系

4.毛細管柱:一般為圓管型，應是化學和電惰性的，可透光，有一定柔性，易於彎曲。
材料:
(1)聚四氟乙烯:可透紫外光，電滲很弱。缺點是管子內徑不均，對樣品有吸附，熱傳導差等。
(2)玻璃:電滲最強，但有雜質。
(3)石英:最常用，分天然和人造兩類，基本成分是二氧化矽。

內徑:內徑140μm以下散熱較好，目前使用的多在25~75μm

5.檢測器:紫外或雷射誘導螢光檢測器.

工作流程

圖2 CE工作流程圖

圖2 CE工作流程圖

適用領域

1. 醫學及臨床檢驗
毛細管電泳在醫學及臨床檢驗中的套用包括患者的病理檢測、疾病診斷、疾病機理分析及體內代謝物分析等。分析對象是體液或組織中的藥物、疾病相關標誌物和離子等。

2.藥物及天然產物
CE分析檢測藥物或天然產物主要包括合成藥物、蛋白藥物及植物有效成分。

3.食品及農產品
由於食品安全問題越來越受到重視，CE用於食品安全和農產品檢測的方法逐年增多。食品安全檢測中主要包括食品添加劑、食品中某些組分或有害成分的檢測。農產品檢測包括農藥殘留物和農產品有效成分檢測。

4.生物分子
CE檢測生物大分子如蛋白質、核酸、糖類等具有優勢，同時也廣泛用於生物小分子或代謝中間產物的檢測。

5.手性分析
CE可用於手性拆分，如胺基酸或小分子、藥物分子的對映體分離以及手性拆分劑的比較和評價。

6.環境監測
毛細管電泳法可以對未經前處理的污染水體直接進樣，從而快速檢測水體中的抗生素、激素或藥物以及重金屬離子。

特點

1.高效(每米塔板數為十萬、百萬、千萬)

2.高速(幾十秒內完成)

3.高靈敏度(10~ 10mol)

4.樣品用量少(納升)

5.套用範圍廣(無機離子到整個細胞)

6.重現性好

7.進樣準確性高

注意事項

搭建 CE 系統時，對以下幾個關鍵部位需仔細考慮。

1. 進樣系統：其較常用的方式主要為流體動力學進樣和電遷移進樣，該進樣系統結構包括動力和計時控制部件、毛細管和樣品瓶及緩衝液瓶的位置變換控制部件等。

2. 毛細管清洗裝置和緩衝液填充系統：酸鹼活化毛細管可保證 CE 分離結果，此外，填充緩衝液也是必須的步驟之一。一般毛細管清洗或緩衝液填灌採用正壓或負壓來實現，要求系統具有一定的密閉性。商品化的儀器通常將毛細管清洗過程與進樣過程共享壓力控制機構，但計時以分鐘為單位，對進樣精度有所影響。

3. 毛細管及其溫控系統：CE 分析實驗過程中，焦耳熱效應降低分離效率且在一定程度上影響分析結果的重複性。因此需要設計一個溫度可調的恆溫環境來降低焦耳熱效應同時規避外界溫度變化對毛細管分離結果造成的影響。風冷和液冷兩種溫控方式較為常用。風冷控溫是通過控制空氣對流實現但效果不佳。液冷控溫是將毛細管置於恆溫液體中，一般以水為冷卻介質，由專門的製冷系統進行冷卻或恆溫並經由流路進行循環。其效果良好，故為常用的溫控方式。

4. 檢測系統：CE 套用紫外檢測器最為廣泛，其採用柱上檢測方式，結構簡單、操作方便，使用前需在適當位置將毛細管外壁塗層的彈性保護層聚醯亞胺膜剝離，讓透明部分對準光路。可通過灼燒、硫酸腐蝕或者刀片刮除等方式實現塗層剝離。

拓展閱讀

[1] 葛艷芬,楊玉靜,劉均如等.毛細管電泳技術在非缺失α-珠蛋白生成障礙性貧血中的套用價值[J].中國婦幼保健,2018,33(16):3752-3756.

[2] 阮麗明,周艷潔,丁進龍等.全自動毛細管電泳儀在血紅蛋白分析中的套用[J].海南醫學,2012,23(01):15-17.

[1] 許偉華,劉冬霞,龍輝等.全自動毛細管電泳儀在異常血紅蛋白篩查中的套用[J].實驗與檢驗醫學,2018,36(02):178-181.

參考文獻

[1] 章丹,王偉,趙凱.毛細管電泳法簡介及其在各領域的套用[J].現代鹽化工,2017,44(05):27-28.

[2] 劉品多,孫淼,劉曉慧等.2016年毛細管電泳技術年度回顧[J].色譜,2017,35(04):359-367.

[3] 徐媛. 全自動定量毛細管電泳儀的研製及其在檢測化妝品防腐劑中的套用[D].上海交通大學,2015.