毛细管电泳仪分离原理

毛细管电泳技术具有高效分离、快速分析、试剂和样品用量少、绿色环保、前处理简单等优势，并使分析化学研究应用从微升水平进入纳升水平。毛细管电泳技术在生物制药、临床医学、手性药物、食品饮料、环境分析、法医鉴定等领域具有广泛应用，是蛋白质、核酸、有机物的有效分析技术，也使单细胞及单分子分析成为可能，并有更多应用领域尚待开发。作为新型微量分析技术，其应用领域十分广泛。 2017年，海能仪器与欧洲DL公司签署战略合作协议，购买了“高效毛细管电泳仪”相关专利实施许可权及非专利技术、软件所有权等全部技术产权。2019年，海能仪器历时2年完成了毛细管电泳仪全部技术的国产化，并实现了国产毛细管电泳仪的批量化生产。为推动毛细管电泳技术的应用普及，加快国产毛细管电泳仪器的发展和应用推广，由北京理化分析测试技术学会主办，于2019年8月21至22日在海能仪器产业园举行了“毛细管电泳应用技术研讨会”。十余位长期从事毛细管电泳技术研究和应用的专家莅临海能，参加此次研讨会，就毛细管电泳技术的应用以及国产化仪器的发展与推广进行研讨交流。 专家一行详细了解了海能仪器全产业链的生产模式，参观了海能文化馆，核心部件事业部、电路板车间、精加工车间、模塑车间、钣金喷涂车间，了解海能仪器为提升科学仪器品质和水平所做出的举措，并对国产毛细管电泳仪的发展寄予厚望。 与会专家围绕毛细管电泳技术应用的热点和国产毛细管电泳仪的未来发展前景进行充分交流，分享技术经验，提出有益建议。希望海能毛细管电泳仪为相关行业的分析人员提供更多的选择和更好的服务。

前言蛋白质是生命活动的直接执行者，参与生命的几乎所有过程，包括遗传、发育、生殖、物质和能量的代谢、应激等，因此通过分析蛋白质结构和性质的异常就可以获得机体的受损或病变情况。但蛋白质分子结构与性质复杂多样，如何有效的分离和分析生物体中的各个蛋白质一直面临着严峻的技术挑战。毛细管电泳（ce）技术的出现，给解决这一挑战提供了新的途径，它能够从电荷、分子量等不同维度对蛋白分子进行高效的分离分析，因此得到了广泛的应用和发展。毛细管电泳技术的原理毛细管电泳法是以毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的电泳分离分析方法（图1）。图1 毛细管电泳技术的原理毛细管两端分别浸入在电泳缓冲液中，并且两端连接着高压电源。当高压电源施加稳定的高压时，毛细管内产生了电渗流，使得毛细管内液体整体向负极移动。同时由于进入到毛细管中样本所含组分的荷质比不同，不同物质在毛细管中的迁移速度则不同。不同片段依次经过检测窗时被光检测模块所检测，从而实现了不同组分的分离以及定性、定量检测的目的。毛细管电泳技术的优势相比于hplc等传统的分析分离手段，毛细管电泳技术拥有如下的主要优点（图2）：1.分离效率高，分析速度快：由于毛细管能抑制溶液对流，并具有良好的散热性，允许在很高的电场下(可达400v/cm以上)进行电泳，因此可在很短时间内完成高效分离。2.操作模式多，分析方法开发灵活：只要更换毛细管填充溶液的种类、浓度、酸度或添加剂等，就可以用同一台仪器实现多种分离模式。3.适合于微量样品的分析：毛细管内径极小（20-75um），进样为纳升级或纳克级，非常适合于稀少样品的检测分析。4.应用范围广：毛细管电泳在生命科学领域有广泛应用。在核酸检测方面，可用于一代测序或基因片段分析；而在蛋白质检测方面，可应用药物分析和临床诊断。图2 毛细管电泳的主要优势毛细管电泳在临床诊断中的应用作为一种高效的生物大分子分离分析技术，毛细管电泳在临床诊断领域的主要应用如下:1.多发性骨髓瘤：进行血清蛋白电泳、血清免疫分型的检测，是多发性骨髓瘤筛查和诊断的重要依据。2.地中海贫血：进行血红蛋白电泳检测，是地中海贫血筛查的重要手段。3.糖尿病：进行糖化血红蛋白检测，相比传统hplc等方法，能够排除异常血红蛋白的干扰。 聚拓生物聚拓生物为聚光科技集团成员企业，其自主研发的clincap 1000全自动毛细管电泳仪是专门为临床检验而设计的，具有全自动、高分辨的毛细管电泳仪可满足多种临床蛋白分析项目，为临床提供精准可靠的检测结果。系首款获得医疗器械认定的国产同类产品。

高端科研仪器是高校及科研院所培养人才和科学研究的技术支撑，也是国家科技基础条件资源的重要组成部分。但由于管理模式及制度，毛细管电泳仪等科学仪器设备不对外开放，大多养在“深闺”，大量科研资源潜能没有得到充分发挥。为解决这个问题并加速释放科技创新的动能，中央及各级政府在近几年来制订颁布了关于科学仪器、科研数据等科技资源的共享与平台建设文件。2021年1月22日，科技部和财政部联合发布《科技部 财政部关于开展2021年度国家科技基础条件资源调查工作的通知（国科发基〔2020〕342号）》，全国众多高校和科研院所将各种科学仪器上传共享。仪器信息网对平台高校和科研院所上传的毛细管电泳仪资源进行统计分析，在一定程度上可反映科研用毛细管电泳仪的使用情况。（注：本文搜集信息来源于重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台，不完全统计分析仅供读者参考）。什么是毛细管电泳仪？毛细管电泳(capillary electrophoresis, CE)，又称高效毛细管电泳(high performance capillary electrophoresis，HPCE)，是一类以弹性石英毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术。CE实际上包含电泳、色谱及其交叉内容，它使分析化学得以从微升水平进入纳升水平，使单细胞分析，乃至单分子分析成为可能。CE的分离范围覆盖离子、化合物等小分子，蛋白、核酸、糖类等大分子，甚至到细胞和病毒等，具有高效、快速、成本低、应用模式多等显著优势，广泛地应用于生物、化学、医药、食品、卫生防疫等领域。毛细管电泳仪资源分布不均统计高校和科研院所在全国仪器共享平台上传的数据，截止2021年6月3日，平台上毛细管电泳的总数量为191台，涉及33个省份、直辖市、自治区。其中，北京、江苏、山东、浙江、湖北的毛细管电泳数量大于10台，分别为24台、19台、15台、12台、12台。从全国共享毛细管电泳分布图不难看出，仪器资源集中分布在高等教育强省，这一方面与各省份的高校数量和质量有关，另一方面则是受到国家科研经费的制约。共享平台的开放正是为了解决仪器资源分布不均的问题，提升科研设施与仪器服务能力。全国共享毛细管电泳地区分布图这191台毛细管电泳的单位来源共涉及164所高校及研究院所，且985和211高校的仪器资源更强，其中，北京涉及的单位数量最多共18所，分别为北京大学、中国检验检疫科学研究院、首都医科大学、北京农学院、北京理工大学、中央民族大学、北京农业大学、中国科学院植物研究所等。北京18所共享毛细管电泳单位高校毛细管电泳100%进口从全国共享平台统计的毛细管电泳品牌分布来看，贝克曼、安捷伦、SCIEX、AATI、ABI、PE、通用电气占据了95%的市场，其中，贝克曼以绝对的优势占比61%，安捷伦和SCIEX约占总数量的四分之一。从现阶段数据来看，高校和科研院所用的毛细管电泳被国外垄断。一方面是出于科研需求，科研团队需要采购技术更高，准确度更精密的高端仪器，而大部分国外高端科研仪器的水平比较高，这也导致了目前的垄断局面。另一方面，是国产仪器被整体的制造技术水平制约，在进口技术垄断的前提下，自身仪器研发硬实力上不去，所以高校和科研院所在仪器选择上就更倾向进口品牌，例如毛细管电泳仪，98%都来源于美国。全国共享毛细管电泳品牌分布全国共享毛细管电泳产地分布结语随着仪器共享政策的不断实施，高端科研仪器开放共享的良好氛围在逐渐形成，有助于达到专业化、网络化的仪器管理服务体系的建设，从而解决高端仪器资源浪费和分布不均的问题。同时，我们注意到高校和科研院所在使用高端科研仪器时更依赖进口，例如毛细管电泳，在采购选择上更倾向于贝克曼、安捷伦、SCIEX等知名品牌，对国产仪器的认可度较低，国产高端仪器想要走进高校仍有很长的路要走。更多毛细管电泳讯息，点击专场查看。