毛細管凝膠電泳的原理與應用

發布時間：2020-06-22 23:34 原文鏈接：毛細管凝膠電泳的原理與應用

毛細管電泳技術（Capillary Electrophoresis, CE）又稱高效毛細管電泳（HPCE）或毛細管分離法（CESM），是一類以毛細管為分離通道、以高壓直流電場為驅動力，根據樣品中各組分之間遷移速度和分配行為上的差異而實現分離的一類液相分離技術，迅速發展于80年代中后期，它實際上包含電泳技術和色譜技術及其交叉內容，是分析科學中繼高效液相色譜之后的又一重大進展。

1987年，Cohen發表了毛細管凝膠電泳的工作。當電泳從凝膠板上移到毛細管中以后，發生了奇跡般的變化：分析靈敏度提高到能檢測一個堿基的變化，分離效率達百萬理論塔板數；分析片段能大能小，小到分辨單個核苷酸的序列，大到分離Mb的DNA；分析時間由原來的以小時計算縮減到以分、秒計算。CE可以說是經典電泳技術與現代微柱分離技術完美結合的產物。

一．毛細管凝膠電泳的原理

不同分子所帶電荷性質、多少不同，形狀、大小各異。一定電解質及PH的緩沖液或其它溶液內，受電場作用，樣本中各組分按一定速度遷移，從而形成電泳。電泳遷移速度(v)可用下式表示：

v=uE

其中E為電場強度(E＝V/L，V為電壓，L為毛細管總長度)。u為電泳淌度。

毛細管凝膠電泳是將板上的凝膠移到毛細管中作支持物進行的電泳。凝膠具有多孔性,起類似分子篩的作用, 溶質按分子大小逐一分離。凝膠粘度大, 能減少溶質的擴散, 所得峰形尖銳, 能達到CE中最高的柱效。電流通過導體時產生焦耳熱。傳統平板凝膠電泳的最大局限性在于其無法克服兩端高電壓帶來的焦耳熱所產生的負面影響。焦耳熱可使篩分介質內部出現溫度、粘度及分離速度的不均一，影響遷移、降低效率、使區帶變寬。由于這種負面影響與電場強度成正比，所以極大地限制了高電壓的引入。也難以提高電泳速度。毛細管電泳使樣品在一根極細的柱子中進行分離。細柱可減小電流，使焦耳熱的產生減少；同時又增大了散熱面積，提高散熱效率，大大降低了管中心與管壁間的溫差，減少了柱子徑向上的各種梯度差，保證了高效分離。因此可以加大電場強度，達到100～200V/cm，全面提高分離質量。

在進行分析時將毛細管內充滿了凝膠，毛細管兩端通高壓電，使凝膠內帶電分子移到毛細管相反電荷的一端。因為不同分子的大小對電荷比不同，就以不同的速率在管中移動，達到毛細管終點也有快有慢。毛細管電泳即依此探測、分離不同分子。

二．毛細管凝膠電泳的特點

1.所需樣品量少、儀器簡單、操作簡便。

2.分析速度快，分離效率高，分辨率高，靈敏度高。

3.無需核酸染料，安全無毒。

4.無需制膠，省時省力。

5.無需照膠，杜絕人工分析結果誤差。

6.自動出結果，包括片段大小和樣品濃度，軟件可輸出電泳峰圖、凝膠電泳圖、DNA片段堿基差異分析、相對定量分析。