11.27 : Elektroforeza kapilarna: Zastosowania

Kapilarne rozdziały elektroforetyczne oferują różne tryby, każdy z unikalnymi zastosowaniami. Tryby te obejmują kapilarną elektroforezę strefową, kapilarną elektroforezę żelową, kapilarną elektroforezę macierzową, kapilarne ogniskowanie izoelektryczne, kapilarną izotachoforezę, micelarną chromatografię elektrokinetyczną i kapilarną elektrochromatografię.

Kapilarna elektroforeza strefowa (CZE) rozdziela składniki jonowe na podstawie ich ruchliwości elektroforetycznej. Jest stosowana do rozdzielania białek, aminokwasów i węglowodanów w minimalnym czasie, co czyni ją główną techniką w szybko rozwijającej się dziedzinie proteomiki. Na przykład jest stosowana do analizy białek w próbkach moczu w celu diagnozowania przewlekłej choroby nerek i tętnic wieńcowych.

Kapilarna elektroforeza żelowa (CGE) jest wykonywana w porowatej żelowej matrycy polimerowej. Zapewnia działanie sita molekularnego w celu rozdzielenia makrocząsteczek, takich jak białka, fragmenty DNA i oligonukleotydy, które mają podobne ładunki, ale różnią się rozmiarem. CGE odgrywa znaczącą rolę w sekwencjonowaniu DNA, szczególnie w Human Genome Project.

Elektroforeza kapilarna (CAE) wykorzystuje wiele kapilar równolegle do sekwencjonowania DNA. DNA jest fragmentowane i znakowane barwnikami fluorescencyjnymi, a sekwencja jest ustalana na podstawie sekwencji kolorów barwników eluowanych fragmentów.

Tryb kapilarnego ogniskowania izoelektrycznego (CIF) rozdziela gatunki amfiprotyczne, takie jak aminokwasy i białka, które zawierają słabe grupy kwasu karboksylowego i słabe grupy aminowe. Związki amfiprotyczne mogą oddawać lub przyjmować protony; w aminokwasach to amfiprotyczne zachowanie skutkuje powstaniem jonu obojnaczego o ładunkach dodatnich i ujemnych. Jon obojnaczy nie migruje w polu elektrycznym, gdy pH roztworu jest równe jego punktowi izoelektrycznemu (pI), co sprawia, że ​​pI jest kluczową cechą rozdzielania takich cząsteczek. Rozdzielenia opierają się na różnicach we właściwościach równowagowych analitów, a nie na szybkościach migracji.

Tryb rozdziału metodą kapilarnej izotachoforezy (CITP) koncentruje się na migracji wszystkich pasm analitów z równą prędkością, rozdzielając kationy lub aniony, ale nie oba. Jony analitów migrują z unikalnymi prędkościami, tworząc sąsiednie pasma, które ostatecznie poruszają się z tą samą prędkością.

Technika micelarnej chromatografii elektrokinetycznej (MEKC) pokonuje ograniczenie CZE polegające na braku możliwości rozdzielenia neutralnych związków poprzez dodanie środka powierzchniowo czynnego, takiego jak dodecylosiarczan sodu (SDS) do roztworu buforowego. Mechanizm rozdziału jest podobny do chromatografii cieczowej (LC), w zależności od różnic w stałych dystrybucji między ruchomą fazą wodną a pseudostacjonarną fazą węglowodorów. MEKC była stosowana do rozdzielania szerokiej gamy próbek, w tym mieszanin związków farmaceutycznych, witamin i materiałów wybuchowych.

Alternatywną metodą rozdzielania neutralnych związków jest kapilarna elektrochromatografia (CEC). W CEC wykorzystuje się kapilary wypełnione cząsteczkami krzemionki o wielkości od 1,5 do 3 mm i pokryte niepolarną fazą stacjonarną. Oddzielenie neutralnych gatunków następuje w miarę ich rozprowadzania się między fazą stacjonarną a roztworem buforowym, przy czym ten ostatni działa jako faza ruchoma ze względu na przepływ elektroosmotyczny. Proces rozdzielania jest podobny do chromatografii cieczowej wysokosprawnej (HPLC), ale nie wymaga pomp wysokociśnieniowych. Ponadto CEC oferuje wyższą wydajność i skrócony czas analizy w porównaniu z HPLC.

Te różne tryby elektroforezy kapilarnej oferują wszechstronny zakres zastosowań, od rozdzielania naładowanych gatunków w CZE po rozdzielanie neutralnych gatunków w MEKC i CEC, a także rozdzielanie oparte na rozmiarze w CGE.