11.27 : אלקטרופורזה קפילרית: יישומים

להפרדות בקפילר אלקטרופורזה קיימים מצבים שונים, שכל אחד מהם מיועד ליישומים ייחודיים. מצבים אלו כוללים אלקטרופורזה באזור קפילרי (Capillary zone electrophoresis או CZE) אלקטרופורזה קפילרית בג'ל (capillary gel electrophoresis או CGE), אלקטרופורזה במערך קפילרי (capillary array electrophoresis או CAE), מיקוד איזואלקטרי קפילרי (capillary isoelectric focusing או CIF), איזוטכופורזה קפילרית (capillary isotachophoresi או CITP), כרומטוגרפיה אלקטרו-קינטית מיצלרית (micellar electrokinetic chromatography או MEKC), ואלקטרו-כרומטוגרפיה קפילרית (capillary electrochromatography או CEC).

אלקטרופורזה באזור קפילרי (CZE) מפרידה רכיבים יוניים לפי הניידות האלקטרופורטית שלהם. היא משמשת להפרדת חלבונים, חומצות אמינו ופחמימות בזמן מינימלי, ומוכרת כשיטה מרכזית בתחום המתפתח של פרוטאומיקה. לדוגמה, נעשה בה שימוש לניתוח חלבונים בדגימות שתן לאבחון מחלות כליות כרוניות ומחלות עורקים כליליים.

אלקטרופורזה קפילרית בג'ל (CGE) מתבצעת במטריצת ג'ל פולימרית נקבובית ומאפשרת הפרדת מקרומולקולות כמו חלבונים, מקטעי DNA ואוליגונוקלאוטידים. CGE תורמת משמעותית לריצוף DNA, במיוחד בפרויקטים כמו פרויקט הגנום האנושי.

אלקטרופורזה במערך קפילרי (CAE) מפעילה מספר קפילרים במקביל לריצוף DNA. ה-DNA מחולק למקטעים המסומנים בצבעים פלואורסצנטיים, ורצף ה-DNA נקבע על פי צבע המקטעים היוצאים.

מיקוד איזואלקטרי קפילרי (CIF) הוא מצב אשר מפריד מינים אמפיפרוטיים, כגון חומצות אמינו וחלבונים המכילים קבוצות קרבוקסיליות חלשות וקבוצות אמין בסיסיות חלשות. תרכובות אמפיפרוטיות יכולות לתרום או לקבל פרוטונים; בחומצות אמינו, התנהגות אמפיפרוטית זו יוצרת זוויתריון בעל מטען חיובי ושלילי. הזוויתריון אינו נודד בשדה חשמלי כאשר ה-pH של התמיסה שווה לנקודה האיזואלקטרית (pI) שלו, מה שהופך את ה-pI למאפיין מרכזי בהפרדת מולקולות מסוג זה. ההפרדות מתבצעות על בסיס הבדלים בתכונות שיווי המשקל של האנליטים ולא על פי קצב הנדידה.

איזוטכופורזה קפילרית (CITP) מתמקד בנדידה במהירות שווה של כל רצועות האנליטים, ומבצע הפרדה של קטיונים או אניונים בלבד, אך לא שניהם יחד. יוני האנליטים נודדים במהירויות ייחודיות, ויוצרים רצועות סמוכות שנעות לבסוף באותה מהירות.

כרומטוגרפיה אלקטרוקינטית מיצלרית (MEKC) מתגברת על המגבלה של CZE שאינה יכולה להפריד מינים ניטרליים על ידי הוספת סורפקטנט כמו נתרן דודציל סולפט (SDS) לתמיסת הבופר. מנגנון ההפרדה דומה לכרומטוגרפיה נוזלית (LC), ותלוי בהבדלים בקבועי החלוקה בין הפאזה הניידת המימית לבין הפאזה הפסאודו-נייחת ההידרוקרבונית. נעשה שימוש ב-MEKC להפרדת מגוון רחב של דוגמאות, כולל תערובות של תרכובות פרמצבטיות, ויטמינים וחומרים נפיצים.

שיטה חלופית להפרדת תרכובות ניטרליות היא אלקטרו-כרומטוגרפיה קפילרית (CEC). ב-CEC נעשה שימוש בצינורות נימיים המלאים בחלקיקי סיליקה בגודל של 1.5 עד 3 מיקרומטר, המצופים בפאזה נייחת לא-פולארית. הפרדת המינים הנייטרליים מתרחשת כאשר הם מתחלקים בין הפאזה הנייחת לבין תמיסת הבופר, שמשמשת כפאזה ניידת עקב זרימה אלקטרואוסמוטית. תהליך ההפרדה דומה לכרומטוגרפיה נוזלית בביצועים גבוהים (HPLC), אך אינו דורש משאבות בלחץ גבוה. בנוסף, CEC מציעה יעילות גבוהה יותר וזמני ניתוח קצרים יותר בהשוואה ל-HPLC.

מצבים שונים אלו של אלקטרופורזה קפילרית מציעים מגוון רחב של יישומים, מהפרדת מינים טעונים ב-CZE להפרדת מינים נייטרליים ב-MEKC וב-CEC, ועד להפרדות מבוססות-גודל ב-CGE.