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3 20世纪80年代：传统的毛细管
自从聚酰亚胺涂层和熔融硅毛细管在20世纪80年代成为毛细管电泳的标准以来，毛细管电泳得到迅速的发展[7]。1979年首次报道的随后由惠普(Hewlett-Psckard)公司为毛细管气相色谱生产的毛细管，被证明可以用于毛细管电泳[8]。聚酰亚胺涂层的熔融硅毛细管具有优异的性能，其涂层稳固、表面惰性(同玻璃比)和优异的紫外透明(除去涂层)，所有这些很难再有所突破。
Terabe在毛细管中使用胶束扩展了毛细管电泳的应用范围，成功地分离了个性分子和小分子[9，10]。Hjerten开展了很多开创性的工作，使用涂层的毛细管抑制电渗流和蛋白质吸附[11]、毛细管等电聚焦[12]以及使用毛细管凝胶电泳按溶质体积的大小进行分离[13]。斯坦福大学(Stanford University (Palo Alto，CA))的Zare实验室则报道了激光诱导荧光[14]和手性分离[15]。Fanali使用环糊精进行了手性分离[16]。有关质谱[17]和电化学检测[18]也有报道。
1988年，首台商品化的毛细管电泳仪由Bob Brownlee的Microphoretics公司推出，随后Applied Biosystems(Foster City，CA)和Beckman Coulter(Fullerton，CA)也生产出各自的毛细管电泳仪。毛细管电泳在初期被定位在与液相色谱竞争的位置上，但液相色谱领先毛细管电泳23年，并已取得了巨大的成功，毛细管电泳被认为在一定的领域内具有优势。在电泳领域里培训色谱工作者并不是一件容易的事，人们很快意识到自动化的平板凝胶非常实用，而广泛使用毛细管阵列仪还需10年。
传统毛细管的问题来自毛细管内表面。毛细管间的电渗流往往不同，同时电渗流在日间和运行间也会出现差异。如果溶质和其他样品组分吸附到毛细管管壁上。则柱效显著下降。采用冲洗以及动态和静态涂覆等方法通常可以使其得以改善，但对某些样品仍然存在问题。
毛细管电色谱由Jorgenson首次报道，并使用该模式从二萘嵌苯中分离出9-甲蒽[7]。 “电色谱柱的柱效较传统的压力驱动所得到的柱效有一定的改善，但不能由此认为由于电渗流的引入所引起的实验难度增加是合理的”??援引作者的话。有关电色谱的系统研究始于1987年[19]。当使用相同粒径的填料时，毛细管电色谱柱的柱效为高效液相色谱柱的柱效的两倍。
4 20世纪90年代：DNA测序和微制造技术
第一篇使用毛细管电泳进行DNA测序的文章发表在1990年[20，21]。也有使用并行的多根毛细管的报道[22]。将不可替代的凝胶充满毛细管的过程使该项技术不十分可靠。3年后，人们报道了将可替换的分离介质用于DNA测序[23]。应高通量之需，毛细管阵列仪开始问世[24]。毛细管阵列的检测也是一个亟待解决的问题。使用激光诱导荧光进行检测时，可用鞘流池来解决多通道检测问题。该技术的研究始于1998年[25]，随后于1990年应用在DNA测序上[21]，Applied Biosystems的3700型DNA测序仪即采用该种方法。96-毛细管阵列仪是人类基因组测序的基本设备。
在美国查塔努加市(Chattanooga，TN)的一个被奸杀小女孩的喉咙中发现的毛发提供了首次在法庭上展示毛细管电泳分离和分析能力的机会，在DNA测序前(使用平板凝胶电泳)使用毛细管电泳测出毛发中线粒体DNA的浓度，获得的数据可作为证据来指证罪犯[26]。
毛细管电泳在法律领域可发挥一定的作用[27]。DNA指数库是从13个等位基因中分离而获得DNA数据的。大部分毛细管电泳的分离都是在APPlied Biosystems 310型仪器上进行的。单毛细管已经成为瓶颈，因为有成千上百万的样品需要分析。
电泳微制造芯片被认为是该领域巨大的进步[28，29]。单毛细管电泳系统诞生于科研机构，而一些最早基于芯片系统的报道则来自于企业研究实验室。芯片系统已用于NDA测序列[30]、毛细管等电聚焦[31，32]、胶束电动毛细管色谱[33]和毛细管电色谱[34]。人们对早年提出的塑料分离通道和集成电导检测的观念知之甚少。美国专利#4，816，123“制造毛细管电泳通道的方法”于1987年申请并在1989年获得批准，使用毛细管作为模板制成分离通道，该专利属于Perkin-Elmer (Shelton，CT)公司所有。
传统的毛细管电泳的应用在1990年也有报道。使用毛细管电泳间接检测小离子是另一个未曾预料的发展[35]。毛细管离子分离虽不如使用抑制电导检测IC灵敏，但也成功地用在超纯水、饮用水、食品、饮料、牛皮纸工艺溶液、电镀电解液以及药物平衡离子的测定中。
硫代丁基醚[36]和磺化β-环糊糟[37]的出现大大改善了手性分离。带负电的磺化β-环糊精与带正电的溶质迁移方向相反，在没有降低电场强度的条件下，延长了分离时间。
毛细管电色谱仍处在发展阶段，在毛细管电色谱中使用粒径小的填料和较长的毛细管，可获得几十万的理论塔板数[38，39] 。
在20世纪90年代的整个10年间，许多科学仪器商都在致力于开发新的毛细管电泳仪，因为普通毛细管电泳仪不再为人们所普遍接受，并且技术和培训方面的问题使用户敬而远之。在90年代初期Varisn (Walnut Creek、CA)和Pekin-Elmer取消了主要的开发项目，许多公司在90年代中后期放弃了毛细管电泳仪的研发，如Isco (Lincoln，NE)、Bio-Rad (Hercules、CA)、Waters(Mixord，MA)、Applied Biosystems、ThermoQuest(Santa Fe，NM)和Dionex(Sunnyvale，CA)。日本人没有进入美国市场，但在申请专利方面显得异常活跃。在90年代末只有Beckman和Agilent Technologies(Wilmington，DE)成为单毛细管电泳仪的主要生产商。
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5 当前：传统毛细管的现状
表1为到2002年3月止商品化的毛细管电泳仪。尽管有很多公司放弃了毛细管电泳仪的生产，但也有一些其他公司成为毛细管电泳仪制造商。毛细管电泳依然是一个十分活跃的领域。2001年。有关毛细管电泳的英文文章超过1万篇，其中有关方法验证的近l00篇，手性分离和毛细管胶束电动色谱各1000篇。人们申请专利的热情依然高涨，37l篇有关应用和仪器方面的美国专利被授权。很多公司将毛细管电泳用于药物的分离与检测作为官方方法。有关毛细管电泳的专论已出现在美国的药典里。
同液相色谱相Lb，毛细管电泳仍然是人们解决分离问题的第二选择，尤其在药品生产行业。只有在液相色谱无法解决问题时，人们才去考虑使用毛细管电泳[40]。但有时找到会操作毛细管电泳仪的人员并不是一件易事。在最近的一次宴会上，一位著名的色谱学者对我说： “液相色谱同毛细管电泳相比要容易得多。”事实上，大部分色谱工作者的毛细管电泳经验少之甚少。
根据Barry Karger教授(Bamett Institute，Northeastem University。Boston，MA)的观点：“在开始时。液相色谱难以令人满意，每根色谱柱都表现出差异”[40]。 James Jorgenson教授(University of North Carolina， Chapel Hill，NC)对上述情况进行了总结：“对于那些使用液相色谱已经能很好解决的问题，毛细管电泳往往令人失望。但对于液相色谱无法解决的问题，毛细管电泳往往会给我们惊喜”。
倘若在液相色谱和毛细管电泳之间进行选择的话，毛细管电泳一般都能很好地解决问题，除非(1)需要制备级的分离，(2)毛细管电泳的检测限不令人满意，(3)毛细管电泳的重现性不理想，(4)溶质不溶于常用的电解质溶液中。90年代已放弃了毛细管电泳的分离工作者，现在正是重新使用这一技术的时机。
由没有经过系统培训的色谱工作者建立的方法往往是失败的。需要正确地选择缓冲液、缓冲液添加剂和毛细管。如果溶质、赋形剂和其他物质吸附在毛细管的表面，则会引起实验结果不重复。所以需冲洗毛细管或在分离前进行样品制备。对于多数区带电泳分离，动态涂覆可以解决大部分重复性问题，并且该体系与中性环糊精或表面活性剂兼容[41，42]。大部分检测灵敏度问题可通过选择适当的样品堆积步骤来解决。
如果不能证明该方法在单根毛细管上的可靠性，那么在为高通量而设计的毛细管阵列仪上可能会同时使96个分离全部失败。当进行组合库选筛提纯时，最好使用胶束或环糊精以增加选择性。为测定生物活性而对库筛选时亲和毛细管阵列电泳是一种较佳的方法[43]。该项技术在美国专利#5，783，397中已有介绍。Cetek Corp．(Marl-borough，MA)已建立用于高通量筛选的优选法试验研究。同高效液相色谱相Lh，毛细管电泳具有明显的优势，可同时进行多组实验并节省样品。使用毛细管阵列仪进行DNA测序是一项成熟的技术。随着第一轮人类基因组计划的完成，仍还有许多DNA测序亟待完成。毛细管电泳成为辨认911恐怖袭击受害者身份的重要手段[44]。
毛细管电色谱仍有很多尚待解决的问题，封口制备技术仍不成熟，有关整体柱的研究正在进行之中。一专家组在1998年曾预言到2002年毛细管电色谱才能成为常规分离技术[45]。从目前来看，这些预言不无道理。
6 未来：芯片
在未来的10年间，与毛细管有关的应用领域应包括临床化学、法律化学、微生物识别。这并不奇怪，因为这些领域中很多都属于DNA的应用。
在接下来的10年里关于单毛细管普通电泳是否会依然存在的问题，答案是肯定的。即使两大毛细管电泳生产商(Aglient和Beckmen)离开这一领域，仍会有人继续在该领域生产和制造毛细管电泳仪。然而未来的仪器将以芯片和少量毛细管阵列电泳仪为主。
微制造芯片同传统的毛细管相比具有一定的优越性。其更灵活、耐用、廉价且具有多通道和快速分离的特点，允许的进样量更小。因为在传统的毛细管中峰展宽主要来源于进样，同毛细管相LL，芯片的通道可以更短[46]。通常用激光诱导荧光、电导和电化学检测器进行检测。电化学检测难以在毛细管上实现，而在芯片上该问题可迎刃而解。由于溶质可根据分离所需要的次数而环绕着通道，因此同步CE将允许使用很短的闭环[47]。
微制造系统的另一个主要应用领域是临床化学实验室。平板凝胶分离的血清蛋[48]和等电聚焦分离的血红[31]可转移到芯片上。随着人类基因组计划对疾病的基因机理的揭示，单核苷多样性已成为常规分析[49]。基因分析系统由微制造毛细管阵列组成[50]。使用完整的PCR(聚合酶链反应，Hoffmann-La Roche，Inc.，Nutley，NJ)结合芯片系统[54]使快速诊断HIV[51]、疤疹[52]、肝炎和多种细菌[53]的感染成为可能。微型化使PCR热循环的升温速率可达20℃/S[55]。在临床设备上通过蛋白质膜分离完整细菌和定性是可行[56]。另外还可进行免疫分析[57]，尽管也可采用其它技术来实现。
我对使用芯片系统进行治疗学的药物监测并不抱有太大的期望。对于代谢紊乱的研究亦如此、因为它们无法充分证明专用分析仪的设计是正确的。上述两方面的应用将继续在专门实验室的单毛细管系统上运行。
医疗保健制度使为门诊病人检查而设立的临床实验室集中化。芯片系统的快速、廉价、简单并具有便携性的特点可向医生返回更多的病人的检查结果，这能否实现取决于医疗经济环境。
DNA的测序工作会继续进行，使用具有电泳通道阵列的芯片会进一步降低研究费用[58]。对我们自身的基因组测序也成为可能。
因为微型化仪器具有便携性，可用于发现有爆炸物[59]或枪击残留物[60，61]的犯罪现场。现场分析可降低样品交叉污染的可能性，以更好地保护证据。在911事件之后，可能需要进行化学武器降解产物的检测来确定攻击的实质[62]，如果发生攻击的话。
经过短衔接重复的人身份识别，最终会被常规使用的毛细管阵列[63]和集成有完整PCR的芯片系统[64]所完成。这样可以降低待测样品的数量，全美军都要进行这样的测试，从此不会再有身份无法识别的士兵。
出现了大量针对用户在家庭使用的技术，其中包括胆固醇测定、试孕试剂盒、血糖分析仪，呼气测醉器和水质检测仪。
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7 结论
对于那些不熟悉该领域的人，我希望能从这次毛细管电泳的回顾和展望中有所收获。对于从事该领域的人，预测毛细管电泳的未来则显得过于冒昧。回顾毛细管电泳过去，仪器和应用的进展无法准确地预测。无法预知的新技术和应用仍会出现。
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