当前电泳技术的发展与应用

前言 电泳技术的发展集中在几个热点领域,**近发展较快,应用广泛的电泳包括毛细管

电泳、蛋 白双向电泳、脉冲场电泳等。电泳技术在医疗、生化方面的应用同时也带动了相关仪器设备 的发展,如质谱、凝胶成像等。虽然只是生化分离分析所必需的常规仪器,但与其它大型仪 器设备一样,电泳系统的进展同样是非常迅速的。由于电泳与其它分离技术相比具有分辨 率高, 所需设备技术要求比较简单, 操作条件温和等优点, 所以被广泛应用于生物学、 医学、 等领域中,在生化分离制备中常被用作分离步骤的**后一步。纵观电泳技术领域,技术发展 的重心是应用电泳的原理并根据不同分离目的和分离要求以及被分离物质的不同特性设计 出简便、灵敏度高的电泳系统。从 1937 年电泳技术诞生到现在,经过不断的研究和改 进,已经有许多种不同类型的电泳方法应用于临床检验、生化分析、教学科研领域。实际应 用过程中也不断出现新的要求促使电泳设备厂商不断改进设计和研发新产品, 以满足市场需 求。  2 电泳技术的进展  

2.1 毛细管电泳 

 毛细管电泳是 20 世纪 80 年代后期分析化学, 特别是生物分析化学的重大研究进展, 也是目 前发展**为迅速的电泳分离手段之一,又称“高效毛细管电泳(HPCE),它是以高压电场 ” 为驱动力, 以毛细管为分离通道, 依据试样中各组分间迁移率和分配行为上的差异而实现分 离的一类分离技术。与传统的分离方法相比,毛细管电泳的显著特点是高效、快速和微量, 一般上样量仅几 nL。 这一点对于以分析为目的的电泳实验来说, 优势是不言而喻的。 此外, 毛细管电泳还具备了经济、清洁、易于自动化、一机多用和环境污染少等优点。  

2.2 双向蛋白电泳  

**近兴起的生物学分支—系统生物学是以系统化的观点研究基因组和蛋白质组内各成员间 相互作用对生物体各部分功能的联系和影响, 双向电泳与质谱的联用是经典的也是目前**有 效的研究方法。 双向凝胶电泳主要用于分离细胞内的蛋白质, 是目前蛋白质组学研究的首要 分离分析手段。其基本原理是蛋白质首先根据其等电点在 pH 梯度胶中等电聚焦(IEF) ,然 后按照分子量大小在 SDS-PAGE 中进行第二向分离。  3 电泳技术的应用  

3.1 医疗卫生领域的应用 采用 HPCE 分析血清蛋白质获得的结果稳定,并能准确计算

各蛋白质的相对浓度,避免了凝 胶电泳法染色、脱色过程中多种影响因素造成的误差,而且 HPCE 法的结果重复性好,可信 度高, 便于贮存和检索。 前白蛋白在血清中的浓度可以表明营养状态, 而且是确定恶性肿瘤、 炎症、肝硬化、何杰金氏病的重要指标,多数电泳法难以分辨,而用 HPCE 法很容易分离定 量,检测波长为 214 或 200nm。毛细管电泳(CE)增加了白蛋白部分的分辨率,这使得对 双白蛋白血症检测的灵敏度有了很大的提高。HPCE 与 PCR 联用可以用来对传染性疾病、肿 瘤和遗传病进行分子生物学的诊断。以毛细管凝胶电泳分离血液中 HIV-1 的 PCR 产物,并采 用紫外光和荧光检测, 是应用较早的 PCR 产物的 HPCE 分析。 采用激光诱导荧光的检测方法, 可以对 HIV-1 的 DNA 或 cDNA 扩增产物进行定量分析。激光诱导荧光检测法(LIF)是目前毛 细管电泳中**灵敏的一种检测方法,其灵敏度可高达 l0-12~l0-15mol·L-1,荧光检测器的缺 点是仅能用于有天然荧光或易于用荧光试剂标记或染色的物质的检测, 而且检测器的价格也 较高。但由于 LIF 的高灵敏度和高选择性,它仍是毛细管电泳中不可缺少的检测方式。在一 些恶性肿瘤疾病中, RNA 转录后发生修饰作用的核苷水平升高, 可以用来对肿瘤的产生进行 标记。利用胶束电动毛细管色谱可以对甲状腺癌病人尿液中 15 种被修饰的核苷进行标记, 在对患白血病的儿童和患乳腺癌的妇女进行的临床研究中, 毛细管电泳脱机与质谱联用鉴定 患者的核苷标记收到了较好的效果。 毛细管电泳可简便快速分析生物样品中各种形式的药物 成分,在药理学研究,法医学检查及临床毒理等方面也有广泛应用。如:抗白血病药物胞嘧 啶-β-D-阿拉伯糖苷,经简单有机溶剂提取样品,检测限为 8μmol/L;应用胶束电动毛细管 电泳 (MECC) 可监测类抗高血压药物, 在分离液中加入 SDS 和γ-环糊精, 经有机溶剂提取, **低检测限为 10μg/L,在临床常规用药的检测方面,如抗生素类药物阿莫西林可以不需进 行样品的前处理,直接以血浆样品进样,但缓冲液中加入 SDS 可减少蛋白的管壁吸附;有的 药物分析用 MECC 可直接分离,不必特殊处理。如平滑肌解痉药(Flavoxate)能缓解泌尿结 石患者的疼痛,取患者尿液作 MECC 测定,检测限可达 200μg/L。止喘药为治疗哮喘,早产 儿窒息的常用药,取血清,唾液和尿液样品,直接进样后进行多波长测定,其线性范围为 0~200μmol/L,浓度在 5~110μmol/L 范围时有较好的精确度。催眠镇静类药物临床应用范 围广,品种多,易发生药物依赖性,且中毒剂量与治疗剂量接近。如需进行药物浓度监测, **低检测限可达 ng/L。此外,一些重要的蛋白电泳临床化验项目如:同工酶测定、尿蛋白 测定等,自动化要求很高,全自动电泳分析仪应运而生。  

从历史的角度来说, 实验技术手段的发展因为突破了制约研究工作的瓶颈, 往往能够给科研 工作带来巨大的推动作用, 所以电泳技术的发展必将能够加速医疗、 生化等领域的技术进步, 带动国民经济向高技术方向的转变。