11.27 : Капиллярный электрофорез: применение

Капиллярное электрофоретическое разделение предлагает различные режимы, каждый из которых имеет уникальное применение. Эти режимы включают капиллярный зонный электрофорез, капиллярный гель-электрофорез, капиллярный матричный электрофорез, капиллярное изоэлектрическое фокусирование, капиллярный изотахофорез, мицеллярную электрокинетическую хроматографию и капиллярную электрохроматографию.

Капиллярный зонный электрофорез (КЗЭ) разделяет ионные компоненты на основе их электрофоретической подвижности. Традиционно он использовался для разделения белков, аминокислот и углеводов за кратчайшее время, что делает его основным методом в быстро развивающейся области протеомики. Например, он используется для анализа белка в образцах мочи для диагностики хронической болезни почек и ишемической болезни сердца.

Капиллярный гель-электрофорез (КГЭ) выполняется в пористой гелевой полимерной матрице. Он обеспечивает молекулярное сито для разделения макромолекул, таких как белки, фрагменты ДНК и олигонуклеотиды, которые имеют схожие заряды, но различаются по размеру. КГЭ играет важную роль в секвенировании ДНК, особенно в проекте «Геном человека».

Капиллярный электрофорез (КЭ) использует несколько капилляров параллельно для секвенирования ДНК. ДНК фрагментируется и маркируется флуоресцентными красителями, при этом последовательность определяется последовательностью цветов красителей элюируемых фрагментов.

Режим капиллярного изоэлектрического фокусирования (CIF) разделяет амфипротные виды, такие как аминокислоты и белки, которые содержат слабые карбоксильные кислоты и слабоосновные аминогруппы. Амфипротные соединения могут отдавать или принимать протоны; в аминокислотах это амфипротное поведение приводит к образованию цвиттериона как с положительным, так и с отрицательным зарядом. Цвиттерион не мигрирует в электрическом поле, когда pH раствора равен его изоэлектрической точке (pI), что делает pI ключевой характеристикой при разделении таких молекул. Разделение основано на различиях в равновесных свойствах аналитов, а не на скоростях миграции.

Режим разделения капиллярного изотахофореза (CITP) фокусируется на равноскоростной миграции всех полос аналита, разделяя либо катионы, либо анионы, но не оба вида. Ионы аналита мигрируют с уникальными скоростями, образуя смежные полосы, которые в конечном итоге движутся с одинаковой скоростью.

Метод мицеллярной электрокинетической хроматографии (MEKC) преодолевает ограничение КЗЭ, заключающееся в невозможности разделения нейтральных видов, путем добавления поверхностно-активного вещества, такого как додецилсульфат натрия (SDS), в буферный раствор. Механизм разделения аналогичен жидкостной хроматографии (LC) и зависит от различий в константах распределения между подвижной водной фазой и псевдостационарной углеводородной фазой. MEKC использовался для разделения самых разных образцов, включая смеси фармацевтических соединений, витаминов и взрывчатых веществ.

Альтернативным методом разделения нейтральных соединений является капиллярная электрохроматография (CEC). В CEC используются капиллярные трубки, заполненные частицами кремнезема размером от 1,5 до 3 мм и покрытые неполярной неподвижной фазой. Разделение нейтральных видов происходит, когда они распределяются между неподвижной фазой и буферным раствором, последний действует как подвижная фаза из-за электроосмотического потока. Процесс разделения похож на высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ), но не требует насосов высокого давления. Кроме того, CEC обеспечивает превосходную эффективность и сокращенное время анализа по сравнению с ВЭЖХ.

Эти различные режимы капиллярного электрофореза предлагают универсальный спектр приложений, от разделения заряженных видов в КЗЭ до разделения нейтральных видов в MEKC и CEC, а также разделения на основе размера в CGE.