毛细管电泳技术在生物医药研究中的应用

阿三

毛细管电泳（Capillary electrophoresis, CE）技术，是近年发展起来的一项新型分析技术。因其兼有电泳和色谱技术的双重优点，以高效、高速、高灵敏度和高自动化而被认为是九十年代最重要的分离、分析手段之一。尤其近几年，无论从理论研究还是实际应用，都呈现了迅速发展的势头。又因其高分辨率能对蛋白、肽和氨基酸做专属性鉴别分析，在中西药品、生物制品定性定量以及中药材种属鉴定方面，有重要实用价值和非常好的应用前景。

1 理论研究进展

　　毛细管电泳是以高压电场为驱动力，以毛细管和其内壁为通道及载体，利用样品各组份之间电泳淌度或分配行为的差异而实现分离的液相分离技术。在ＣＥ中，样品

　　在一根内径为 2 0～ 1 0 0 μｍ的柱子中进行分离。细柱可减小电流，使热量的产生减少；同时又增大了散热面积，提高散热效率，大大降低了管中心与管壁间的温差，减少了柱子径向上分离速度的梯度差，因而可引入高电场，保证高效分离。常用的操作模式有：毛细管区带电泳(CZE)、毛细管胶束电动色谱 (MECC)、凝胶电泳 (CGE)、毛细管等电聚焦 (CIEP)、毛细管等速电泳 (CITP)和毛细管电色谱(CEC)。其中，CZE，MECC应用最广。

　　毛细管区带电泳 （Capillary zone electrophoresis,CZE）是CE中最基本也是最重要的一种类型。它是在散热效率极高的毛细管中作自由溶液的区带电泳，由于引进了高电场强度，全面改善了分离质量。它的分离是基于不同的分子处于电场中的迁移速率不同而实现分离的。该方法非常简便，快速，高效，是应用最广泛的一种分析模式。

　　毛细管凝胶电泳 (Capillary gel electrophoresis,CGE)和无胶筛分电泳ＣＧＥ是用凝胶作支持物进行的区带电泳，具有抗对流、减少溶质扩散、降低电渗、避免管壁吸附及主动参入分离过程等优点，从而使谱峰尖锐，柱效提高，可达每米几百万甚至几千万理论塔板的高分辨率。但凝胶毛细管制备困难，使用寿命短。为了克服ＣＧＥ上述缺点，人们利用水溶性聚合物如聚乙烯醇、甲基纤维素、葡聚糖、线性聚合丙烯酰胺等代替传统凝胶介质。该方法主要运用于蛋白质纯度鉴定与分子量测定，在临床医学方面也有较多的应用。

　　胶束电动毛细管层析 (Micellar elctrokinetic capillary chromatography, MECC)是通过将离子型表面活性剂加至电解质溶液中形成胶囊，使溶质在胶囊相和水相间分配，是一个将分配和电动移动相结合的分离过程。它使得CE不仅能分离离子型物质，也能分析电中性物质。目前，常用的胶囊有阴离子型的SDS、STS及阳离子型的DTAB、CTAB等，以ＳＤＳ使用得最多。MECC方法是抗生素、磺胺类药物、药物合成中间体等研究中最常用的方法。

　　毛细管等电聚焦(Capillary isoelectric focusing，CIEF)　CIEF是将传统的等电聚焦过程移到毛细管内进行，包括进样、聚焦和迁移 3个基本步骤。CIEF在蛋白质的等电点测定中起到重要的作用。

　　毛细管等速电泳(Capillary isotachophophoresis, CITP)是ＣＥ中另一种重要的分离模式，类似于传统的等速电泳。毛细管列阵电泳(Capillary arrayelectrophoresis, CAE)是微列阵技术与ＣＥ的结合，可一次同时检测多个甚至大量样品，达到大通量，从而大大节省工作时间，且更易于自动化。这两项技术都是近年发展起来的新技术，会越来越多地应用于生物医药研究。

2.药物分析中的应用

　　药品是与人们生命息息相关的特殊商品，检验其真伪或质量的优劣，需要先进、快速、准确的定性和定量手段。CE因其分析灵敏度高，所需样品少，分辨率高而受到分析化学家的青睐，也在药品检验领域迅速推广应用。

2 .1 化学药品的分析

　　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。但有些结构特异 (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。已有大量文献报道了应用毛细管电泳分析在青霉素，维生素，抗抑郁类精神药物，手性异构体等方面的质量研究方法，2000年版药典中也已经将毛细管电泳的方法列入药品质量分析的常规方法。说明毛细管电泳以其高分辨，高灵敏度的性质，在药物研究领域将成为液相色谱的必要补充。

2 .2 生物技术药物的分析

　　生物制品是医药产品的重要组成部分，随着ＤＮＡ技术和克隆技术的应用，它的研制和生产成了医药行业的热点。但其分子量大、结构复杂，较难鉴别和定量一直是阻碍其快速发展的因素之一。毛细管电泳以其样品与缓冲液用量少，快速准确的分离效果成为研究生物多聚体最具吸引力的工具之一。近几年来ＣＥ分析分离蛋白质多肽的发展突飞猛进，其应用范围已扩展到生物医学的各个领域中，蛋白质之间、蛋白质与其他分子之间的相互作用的研究是ＣＥ分析蛋白质的热点之一。已有大量报道采用毛细管区带电泳、毛细管等电聚焦电泳、毛细管亲和电泳等技术分别研究了抗原 -抗体之间二元或多元相互作用、酶与底物及抑制剂结合的动力学过程、蛋白质与配体之间的亲和常数和摩尔偶联率以及单克隆抗体与由单抗形成的抗原免疫连接物之间的相互作用。

　　在生物技术药物中CE技术主要用于产品的质量控制，使用CZE测定蛋白质纯度、肽谱，SDS-CGE测定蛋白分子量和CE-MS直接测定分子量，CIEF测定蛋白质的等电点。将蛋白酶解或化学裂解成肽片断，利用ＣＥ分离后所得的电泳图 (称ＣＥ肽图)，根据蛋白一级结构和所用裂解试剂，给出不同特征的肽图作指纹图谱，并用作鉴别标准。还可通过各片段峰的收集和测序，用肽图测定蛋白质的一级结构，鉴别种属遗传差异，还可用作产品质量控制的有效方法。

2 .3 中药分析

　　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。中药成分复杂，有效成分分离分析困难，特别是高极性大分子成分的分离测定成为一大难题。ＨＰＣＥ提供了一种强有力的多组分分离分析手段，在中药材质量标准化研究中发挥重大作用。近年，HPCE法已日益广泛地应用于中药生药化学成分的分离和含量测定，报道ＣＥ分析中药材已有 18种、成药 70种和有效成分 120个以上，分析成分主要包括生物碱、黄酮、苷类、酚类、有机酸、香豆素、木脂素、醌类及其它成分。毛细管电泳技术也将应用于中药的指纹图谱研究中，有效地控制中药材、中成药及复方制剂有效成分的含量。

3 展望

　　ＣＥ技术的研究和应用，给生物医药分析领域带来了生机与活力，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。尤其以对基因工程药物、中成药复方制剂的分析和中药材种属的鉴定，令人瞩目。但它也有弱点和不足，如有的药物用ＣＥ分析精确度还不够高；专属性界定尺度又不易掌握等等，都还需要不断研究解决。ＣＥ技术理论方面的研究目前仍在深入，且在不断指导该技术的分支理论研究和操作技术的完善与成熟。随着毛细管电泳与其他分离技术联用，通过与离子交换层析、质谱、高效液相色谱，高效气相色谱、ＮＭＲ等技术联用，取长补短，可以大大扩展ＣＥ的应用范围，获得更多的信息，在生物医药研究领域发挥更大的作用