基于短毛细管的高速毛细管电泳系统的研究进展.pdf

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1、第41卷分析化学(FENXIHUAXUE)特约来稿第5期2013年5月ChineseJournalofAnalyticalChemistry650—657DOI：10．3724／SP．J．1096．2013．21304基于短毛细管的高速毛细管电泳系统的研究进展李启张婷方群(浙江大学化学系微分析系统研究所，杭州310058)摘要概述了基于短毛细管的高速毛细管电泳系统的研究进展。重点介绍了适用于基于短毛细管的高速毛细管电泳系统的各种进样方法及其在生物分离分析领域的应用，包括光门进样、流动门进样、电动进样、自发进样、流体动力进样和扩散进样等方法。关键词高速毛细管电泳；短毛细管；进样方法1

2、引言20世纪9O年代，Jorgenson和Monnig在传统常规毛细管电泳(CE)系统的基础上建立了高速毛细管电泳(Highspeedcapillaryelectrophoresis，HSCE)系统。常规CE系统通常使用20～100cm长的石英毛细管作为分离通道，分离场强一般小于500V／cm，进样体积为1～10nL。在小于30min的分析时间内，可以获得每米数十至数百万塔板数的高分离效率。HSCE系统则通过缩短毛细管长度(<15cm)和增大分离场强(>500V／cm)，将分析时间缩短至秒级甚至毫秒级(<100S)，提高分离速度。此时，由进样引起的样品区带展宽是除了轴向扩散以外导致

3、区带展宽的最重要因素。因此，在HSCE系统中，若要使分离效率仍然保持在每米数十万至上百万塔板数，形成一段小于100m的狭窄的初始样品区带(相应的进样体积为皮升级至亚纳升水平)至关重要。常规CE的进样方法难以满足HSCE系统对亚纳升级进样的要求，因此，进样方法的研究已成为HSCE研究的重点和热点领域。按分离装置的不同，HSCE系统分为两类：基于短毛细管的系统¨和基于微流控芯片的系统j。其中芯片系统通过微加工技术在相对短的分离通道内实现样品的高速和高效分离，然而芯片的加工制作通常需要昂贵的微加工设备，芯片结构也较复杂，操作较为繁琐。短毛细管系统则无需昂贵的微加工设备和复杂的加工步骤，具

4、有结构简单、操作方便等优点。本文将主要介绍基于短毛细管的HSCE系统的研究进展，重点介绍短毛细管HSCE系统的核心技术——皮升级至亚纳升的进样方法及其在生物分离分析中的应用。目前文献报道的短毛细管HSCE系统所使用的进样方法大致可分为光门进样、流动门进样、电动进样、自发进样、流体动力进样法和扩散进样等。2基于短毛细管的高速毛细管电泳系统的进样方法2．1光门进样1991年，Jorgenson研究组⋯提出了光门进样法，利用位于毛细管上下游的两束激光分别对样品进行窄区带的引入和检测，原理如图1a所示。首先荧光标记样品被持续引入毛细管，打开位于毛细管上游的激光照射样品，样品由于光漂白作用被

5、分解为无荧光物质；需要进样时，只需将照射激光遮住一定时间，使通过的一段样品区带不被漂白，即可实现进样。光门进样法的进样量由光门的开关时间(通常在ms级)决定，可达数10—100pL。采用该方法，他们在有效分离距离为1．2cm、内径为10m的毛细管上，分离场强3．3kV／cm下，2s内实现了精氨酸、苯丙氨酸和谷氨酸的基线分离，分离效率均超过4．2×10In～。当有效分离距离增至4cm，在分离场强1．7kV／cm下，11S内实现3种氨基酸的基线分离，分离效率达2．0×10’m¨。2012．12-25收稿；2013-03-22接受本文系国家自然科学基金(Nos．20825517，2089

6、0020，21027008)和国家科技部973计划(No．2007CB714503)资助项目E—mail：fangqun@zju．edu．ca652分析化学第41卷2007年，Yang等¨¨将流动门进样法与短毛细管HSCE系统结合，研究了3种SH2功能蛋白质src、SH2．S13和Fyn与多肽的结合作用，毛细管有效分离距离为3．8cm，8s内完成了上述3种蛋白质一多肽结合物和自由多肽的分离。加人抑制剂则可同时考察其对3种蛋白质的抑制作用，实现选择性和非选择性等多种抑制剂的高速筛选，如图2所示。Yang等进一步将反相高效液相色谱系统与在线亲和毛细管电泳系统联用，色谱分离后的产物通过流

7、动门进样方式被引入毛细管进行二维电泳分离。实验以Fyn与多肽的结合作用为模型体系，二维分离筛选了多肽混合物中的影响上述结合作用的多种抑制剂，检出限达2～11ixmol／L。总之，采用流动门进样法的CE系统装置较为简单，可与各种检测器联用，但由于流动泵的开闭需要消耗一定时间，导致总的分析时间会相应增加。在线微渗析取样一HSCE是流动门进样法的另一主要应用领域。微渗析取样系统可在不破坏(或很少破坏)活体动物内部环境的前提下，对活体动物进0．25行直接取样。首先通过渗析膜对