浅谈电泳技术

井冈山大学医学院09药本（1）班分析化学论文1分析化学论文浅谈电泳技术年纪：09级学号：91114010姓名：曾发古专业：药学指导老师：吴建宏老师2010年11月04日井冈山大学医学院09药本（1）班分析化学论文2浅谈电泳技术09药本（1）班91114010曾发古指导老师：吴建宏老师摘要：介绍电泳技术的发展史，介绍目前发展较快的几种电泳技术的原理和技术优势，阐述电泳技术在各领域中的最新应用和发展特点，对电泳技术的发展做了展望。关键词：电泳原理优势应用特点展望电泳是指混悬于溶液中的样品（有机的或无机的，有生命的或无生命的）电荷颗粒,在电场影响下向着与自身带相反电荷的电极移动的现象。众所周知，目前最先进的电脑和最精巧的机器人，也难以和蚂蚁的精巧程度相比。而且蚂蚁还能传宗接代，更是现代技术所望尘莫及的。而蚂蚁的这些特性与核酸和蛋白质的结构与功能是分不开的。核酸（包括脱氧核糖核酸和核糖核酸）可降解成片段，还可进一步降解成核苷酸；蛋白质（包括酶和同工酶）多肽和氨基酸等都具有可电离的基团，基团在溶液中能吸收或者给出氢离子，从而成为电荷粒子；又由于电荷粒子的多少不等以及具有相同电荷的分子又有大有小，于是在不同的介质中，在电场影响下，它们移动的速度也不相同了。人们利用这种特性，用电泳的方法对上述物质进行定性及定量分析，或者将一定的混合物分离成各个组份以及作少量电泳制备。因为电泳技术的这种独特功能，所以就成了分子生物学研究工作中不可缺少的重要分析手段，被广泛应用于基础理论研究、农业科学、医药卫生、工业生产、国防科研、法医学和商检等许多领域。一、电泳技术的发展史1740年印度科学家G.M.Bose首次发现,在电场的作用下,带电颗粒将向着与其电性井冈山大学医学院09药本（1）班分析化学论文3相反的电极方向移动,使具有不同迁移速度的物质分离成狭窄区带,这一现象称为电泳.1937年,ArneTiselius教授首次建立了高重现性的血清蛋白移动界面电泳分离体系.电泳技术作为一项有效的分离和分析技术发展迅速,并被广泛应用于蛋白质、多肽核酸和其他生物分子的分析、分离、制备和鉴定,成为生物学、医学和药学等领域研究中不可缺少的手段之一.自20世纪50年代以来,各种电泳技术及仪器相继问世,建立了琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳、等电聚焦电泳、等速电泳、双向电泳、脉冲电场凝胶电泳、印迹转移电泳、免疫电泳等一系列高分辨电泳体系.特别是20世纪80年代后期迅速发展起来的高效毛细管电泳技术,具有高灵敏度、低检测限、快速、重复性好、应用范围广、可进行定量分析和自动化程度高等显著特点,将电泳技术推向一个新的阶段[1].按电泳的原理有三种形式的电泳分离系统:原则上按电泳的原理来分,即移动界面电泳(movingboundaryelectrophoresis)、区带电泳(zoneelectrophoresis)和稳态电泳(steadystateelectrophoresis)或称置换(排代)电泳(dis2placementelectrophoresis)。在自由移动界面电泳,是带电分子的移动速率通过观察界面的移动来测定,该方法已成为历史。代之以采用支持介质的区带电泳。区带电泳因所用支持体的种类、粒度大小和电泳方式等不同,其临床应用的价值也各有差异。固体支持介质可分为两类:一类是滤纸、醋酸纤维素薄膜、硅胶、矾土纤维素等;另一类是淀粉、琼脂糖和聚丙烯酰胺凝胶。由于它们具微细的多孔网状结构,故除能产生电泳作用外,还有分子筛效应,小分子会比大分子跑得快而使分辨率提高。它的最大优点是几乎不吸附蛋白质,因此电泳无拖尾的现象。低浓度的琼脂糖电泳相当于自由界面电泳,蛋白质在电场中可自由穿透,阻力小,分离清晰,透明度高,能透过200～700nm波长的光线,故电泳结束后无须进行“透明”,可减少操作步骤及由此引起的实验误差,又因底板无色泽,也提高了对着色区带的检测敏感性,为此第一类支持介质现已被第二类支持介质所替代。稳态电泳或称置换电泳的特点是分子颗粒的电泳迁移在一定时间后达到稳态,如等电聚焦和等速电泳。二、电泳技术的原理蛋白质或其它很多电解质在溶液中由于本身的解离或者由于吸浮液体中的某种离子而形成带电粒子这些带电粒子在外加电场的作用下发生定向移动成为电泳粒子在单位电场强度时泳动速度称为电泳迁移率即u=v/e在确定的条件下不同物质的迁移率是不同的从而达井冈山大学医学院09药本（1）班分析化学论文4到分离的目的电泳迁移率除了与微粒自身的属性及电场强度有关外还受缓冲液的pH及离子强度的影响一般来说缓冲液的pH与物质等电点相差越多物质的解离度越大有效迁移率越高而电泳液中的离子增加会使电泳迁移率降低胶体粒子会吸附一些相反符号的离子形成离子氛它使该粒子向相反方向运动降低了迁移率所以离子浓度低泳动快相反则慢。三、有关于电泳技术在生产中的优势例如电泳技术在电泳涂装中的应用优势与传统的比较：在传统的溶剂型涂料中,大约含有一半左右的有机溶剂。溶剂在涂料施工中仅仅用来调整涂料的粘度,使涂料形成均匀连续的薄膜,随后,溶剂在漆膜的干燥过程中蒸发至空气中。大量挥发性溶剂的存在,必然给涂装过程带来许多危害,如火灾、操作者中毒和环境污染等。随着环境保护呼声的日益增高,人们提出了涂料应向水性化、粉末化等无溶剂方向开拓。水溶性涂料及电泳涂装工艺的出现,正是适应这一发展的产物。电泳涂装是20世纪60年代开始出现并发展起来的涂装方法,它建立在胶体化学和电化学的理论基础之上。早在19世纪,人们就发现了分散在溶液中的胶体粒子,在电场作用下,向与自身所带电荷电性相反的电极发生定向移动的现象,也就是电泳现象。电泳涂料是为电泳涂装工艺而开发的一种涂料,20世纪60年代,阳极电泳涂料投入工业化应用[2]。由于阳极电泳涂料存在阳极氧化作用的缺点,对金属表面(除了铝及不活泼金属外)会产生腐蚀,使其失去光泽,故阳极电泳涂料一般只作防腐底漆,不能满足表面装饰的要求,因而人们开始研究具有更高耐腐蚀性能的阴极电泳涂料。1971年美国PPG公司首先研制成功第1代阴极电泳涂料[2,3]。电泳涂料是一种水性涂料,具有低污染、节能及高效等优点,现在广泛应用于汽车、轻工、农机、家电、仪表、文教用品、工艺品、军工、建材等许多部门[4]。与其他的浸涂、喷涂水性烘烤漆相比,电泳涂料具有无可比拟的优越性[5,6]:(1)涂料利用率高,特别是如今使用超滤技术,漆的利用率可达90%～95%,能更有效地利用资源和降低成本;(2)以水作溶剂,无挥发,低污染,无火灾隐患,易洗净,优化了工人的操作环境,同时也节约了大量的能源和原料;(3)涂装效果好;(4)漆膜不溶于水,无流痕,不垂滴,不流挂,漆膜烘干时无汽提现象;(5)装饰效果好,膜面光滑、精美,富有金属光泽。毛细管电泳与其它色谱方法比较：毛细管电泳（CE）除了比其它毛细管电泳除了比其它色谱分离分析方法具有效率更高、速度更快、样品和试剂耗量更少、应用面同样广泛等优点外,其仪器结构也比高效液相色谱井冈山大学医学院09药本（1）班分析化学论文5（HPLC）简单。CE只需高压直流电源、进样装置、毛细管和检测器前三个部件均易实现,困难之处在于检测器。特别是光学类检测器,由于毛细管电泳溶质区带的超小体积的特性导致光程太短,而且圆柱形毛细管作为光学表面也不够理想,因此对检测器灵敏度要求相当高当然在CE中也有有利于检测的因素,如在HPLC中,因稀释之故,溶质到达检测器的浓度一般是其进样端原始浓度的1％,但在CE中,经优化实验条件后,可使溶质区带到达检测器的浓度和在进样端开始分离前的浓度相同。而且CE中还可采用堆积等技术使样品达到柱上浓缩效果,使初始进样体积浓缩为原体积的1／10至1％[7],这对检测十分有利因此从检测灵敏度的角度来说,HPLC具有良好的浓度灵敏度而CE提供了很好的质量灵敏度。总之,检测仍是CE中的关键问题,有关研究报道很多,发展也很快。迄今为止,除了原子吸收光谱、电感藕合等离子体发射光谱(ICP)及红外光谱未用于CE外,其它检测手段均已用于CE。四、电泳技术在各个方面的应用与其应用特点（1）毛细管电泳的应用毛细管电泳的高效、快速、灵敏以及样品消耗少的优点,使其具有极大的发展潜力,它的应用领域也正在不断扩展深入。1.1手性化合物分离大量研究表明,生命活动与生物分子的手性密切相关。构成生物体的基本物质如氨基酸都是L型、糖类化合物都是D型,在很多手性药物中,其中1计算机模拟激光束穿过不同构造的毛细管阵列的路径一个映体具有明显的药理作用,另一个则可能低效或无效,甚至可能有毒副作用。近年来以美国食品药物管理局(FDA)为代表的各国管理机构的一些限制性规定对药物进行手性拆分和发展手性技术起了极大的促进作用,而毛细管电泳具有分离效率高,分离模式多,手性样品和试剂消耗量少,操作简单和分析速度快等特点,是一门特别适于手性分离研究的技术手性分离一般通过添加手性选择剂。在电泳液中提供一定的手性环境,根据对映体与选择之的相互作用不同达到分离。选择剂有冠醚、胆盐、表面活性剂、多肽以及环糊精等。在多的CE手性分离文献中,大多为UV检测器和激光诱导荧光检测,其它还有为数不多的质谱、外核磁共振等。我们首先开展了CE2ED的手性拆分研究,采用柱端射壁式安培检测法对外消氯霉素前体对映体等进行了分离,并测定了它们与β-环糊精的包络物常数[8,9]。康经武等[10]以各种手性选择剂的发展为线索,介绍了毛细管电泳手性分离理论、方法及应用。游静等[11]综述了近年来利用高效毛细管电泳技术对手性农药进行拆分的研井冈山大学医学院09药本（1）班分析化学论文6究。林金明等[12]综述了年来毛细管电泳在手性化合物分离中的应用情况,简要总结和比较了手性配位体金属络合物、环糊精及其衍生物、开环多糖化合物、冠醚、大环化合物等几种典型的手性识别剂的使用现状。1.2药物分析药品是与人们生命息息相关的特殊商品,检验其真伪或质量,需要先进、快速、准确的定性和定量手段。CE分析技术被药物分析工作者[13～15]在药品检验领域迅速推广应用。化学药品结构简单、清楚,常规分析方法能基本解决定性、定量和纯度控制等问题。但有结构特异(如手性对映体结构)或性质特殊的品种,现代分析手段从灵敏度、分辨率和分析速度等方面,仍有一些难点。CE技术的特点、优势,恰恰弥补和解决了某些分析手段的不足。而中药品种繁多、药材产地各异、成分复杂,无论是药材还是成药的分析,都是一项非常艰难的任务。中药分析工作用现代化仪器设备和科技手段(如薄层色谱、HPLC等)虽取得巨大进展和成就,但往往只是对药材和成药成百上千个成分中的一个或几个成分的分析,实际只是一种象征性的代表式分析,与之起化学和药理效应的实际组合成分(起码是有效成分)相比,仍有相当大的距离。随着CE技术对中药材及其有效成分的鉴别与分析的快速发展,建立在此基础上的中成药成分的定性、定量分析已有进展,且有希望解决长期困扰中药质量控制中的重大难题。展望CE技术的研究和应用,给药物分析[16～23]、药物筛选、药物机理研究等领域和药品检验工作带来了生畸与活力,无疑将对该专业技术的发展及提高起着重要的推动和促进作用。尤其是对基因工程药物、中成药复方制剂的分析和中药材种属的鉴定[24],令人瞩目。当然,它是有自己不足处,如有的药物用CE分析精确度还不够高,重现性不强;有的灵敏度很高,但专属性界定尺度又不易掌握,这都需要不断研究解决。另外,对药物动力学[25]的研究也已引起了广泛重视。1.3DNA分析DNA分析包括碱基、核苷、核苷酸、寡核苷酸、引物、探针、单链DNA、双链DNA(DNA片断、PCR产物)分析。CZE和MECC通常用来分离碱基、核苷、核苷酸、简单的寡核苷酸等。CGE则可用于寡核苷酸(10mers)、ssDNA和dsDNA等的分离。人类基因组计划需解决的关键问题之一就是提高测序的速度。用CE测DNA序列的报道很多,如用短寡核苷酸引物库测DNA序列[26]、高速DNA序列[27]、毛细管阵列[28]、毛细板阵列[29]等等。对DNA分析是CE的应用重点之一,CE2M