孙 淼, 李林森, 朱 超, 赵新颖, 屈 锋*(. 北京理工大学生命学院, 北京 0008; . 北京理化分析测试中心, 有机材料检测技术与质量评价北京市重点实验室, 北京 00089)

1 期刊论文聚焦

截至2017年12月31日,以“capillary electrophoresis”或“capillary isoelectric focusing”或“micellar electrokinetic chromatography”或“CE-MS”为关键词在ISI Web of Science数据库中进行主题检索(排除“capillary electrochromatography”、“microchip”和“capillary monolithic column”),检索到期刊论文共计450篇。2017年两个影响因子较高的综述型期刊Current Opinion Biotechnology (IF 9.294)和TrAC-Trends in Analytical Chemistry (IF 8.442)分别总结了CE-MS在检测极性代谢物方面的应用和CE方法在分析食品中核苷和核苷酸方面的应用。Clinical Chemistry (IF 8.008)发表了弗吉尼亚大学Strickl and Sydney和Campbell Sean等人的工作Prevalence of rare hemoglobin variants identified during measurements of Hb A1cby capillary electrophoresis (doi: 10.1373/clinchem.2017.276857)。该工作建立了检测血红蛋白A1c(Hb A1c)中罕见血红蛋白(Hb)变体的毛细管电泳方法。Hb变体的存在会增加或减少报告的Hb A1c,已知一些常见的Hb变体(Hbs C、D、E、F和S)对Hb A1c测量有影响。CE确定了17例Hb变异患者,结合测序确认出2种罕见的Hb变体,而用HPLC方法仅检测出1种罕见的Hb变体。研究还发现,不同人种中的Hb变异发生的概率有所不同。Hb变异患者中黑人占35%,而弗吉尼亚州医疗服务中心提供的研究样本中黑人的比例为15%。本年度分析化学学科最有影响力的杂志Analytical Chemistry发表了28篇与CE有关的论文,研究的范围涵盖疾病诊断、CE-MS联用技术、手性分析以及生物分子;作为CE专业期刊的Electrophoresis在本年度发表CE论文72篇,低于去年的99篇。其他重要的分析化学类期刊分别为Journal of Chromatography A 42篇、Journal of Separation Science 39篇、Talanta 19篇、Analytica Chimica Acta 12篇、Analyst 4篇,除 Journal of Separation Science 杂志中CE论文增幅较大(去年6篇),其余各杂志发表CE论文数与往年情况持平。本文从药物分析、医学及临床检验、食品安全检验、环境监测、CE-MS联用技术、手性分析、生物分子7个方面进行介绍。

1.1 药物分析

CE是中药、合成药剂和蛋白药物分析与检测以及药物性质与质量研究的有力工具。

中药有效成分的检测包括:药用植物迷迭香中的鼠尾草酸和鼠尾草酚,菊花和黄花菜中的9种黄酮类化合物,法布拉霉的3种活性成分(芦丁、金丝桃苷和绿原酸)。其中结合在线浓缩的CE方法检测法布拉霉中的有效成分,可在15 min内实现数十倍的富集。CE还可用于从中药中筛选酶抑制剂:在线固定化酶微反应器(IMER)-CE联用成功筛选了15种中药性质的酪氨酸酶抑制剂;磁性固定化α-葡萄糖苷酶结合CE技术,从18种中药中筛选出α-葡萄糖苷酶的抑制剂;毛细管电泳-激光诱导荧光(CE-LIF)筛选天然产物中组蛋白去乙酰化酶(HDAC)的抑制剂,使用了5-羧基荧光素标记乙酰化赖氨酸残基的肽作为HDAC1的底物,以及38种纯化的天然产物组成的化学文库,通过测量脱乙酰产物的峰面积可以准确计算酶活性从而鉴定抑制剂。

合成药剂有效成分的检测包括:药物制剂中的6种有效成分(可待因、奥芬那君、异丙嗪、东莨菪碱、曲马多和对乙酰氨基酚),治疗成人慢性粒细胞白血病片剂中的达沙替尼,多种药物制剂中的抗结核抗生素药物利福布丁(RFB),复方制剂中的阿托伐他汀和依泽替米贝,抗高血压药物中的盐酸羟吗啉和茶氨酸,恩曲他滨(FTC)和替诺福韦二吡呋酯富马酸(TDF),治疗克罗恩病的6种药物(硫唑嘌呤、6-硫鸟嘌呤、6-巯基嘌呤、美沙拉嗪、泼尼松和别嘌呤醇),关欣宁(GXN)注射剂的7种成分(川芎嗪、丹参素、阿魏酸、丹酚酸、咖啡酸、丹酚酸和异阿魏酸)。除此之外,表面活性剂辅助分散液液微萃取-CE联用测定抗心律失常药物美西律和利多卡因,两种分析物的灵敏度提高约1141至1250倍,成功应用于人尿和血清样品中美西律和利多卡因的测定。CE也可用于同类药物不同成分的同时检测：降血脂的贝特类药物(苯扎贝特、氯贝丁酯、非诺贝特和吉非贝齐)、金刚烷药物(美金刚、金刚烷胺和金刚乙胺)。CE还可用于实际样品中的合成药物的检测,如：尿样中的二甲双胍、伐尼克兰、美托洛尔与阿替洛尔、芳香酶抑制剂(阿那曲唑、来曲唑和依西美坦)、碱性和酸性药物,都可在15 min内完成快速检测。 其他实际样品的检测还包括：血浆中的甲磺酸伊马替尼、异搏定,唾液样品中的3-羟基丁酸、异丁烯酸和裸盖菇素。

蛋白药物的研究包括:生物药物的电荷异质性、血清中的甲状腺素运载蛋白、单克隆抗体-A热裂解片段的表征、单克隆抗体亚型分离。除此之外,十二烷基硫酸钠毛细管凝胶电泳(SDS-CGE)测定病毒颗粒疫苗的纯度,每个样品的分析仅需约41 s; CGE定量分析结核疫苗融合抗原蛋白H4,该方法用于监测抗原纯度获得比十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)更高的精确度和准确性。

CE用于研究药物的性质及质量:研究高效抗病毒5-氮杂胞嘧啶衍生物的酸碱性和电迁移性质;胶束电动毛细管色谱法(MEKC)测定苯二氮卓类药物的分配系数,用于评估其药理和毒理学性质;MEKC测定抗阿尔茨海默病药物的亲脂性,估算49种邻苯二甲酰亚胺、四氢异喹啉和吲哚衍生物的亲脂性参数logP值;毛细管区带电泳-紫外检测(CZE-UV)能够定量测定活性药物成分乙酰水杨酸(ASA)、抗坏血酸(AA)以及相关降解产物水杨酸(SA),半定量测定单乙酰化和二乙酰化抗坏血酸,了解泡腾片中ASA和AA的降解过程;利用CE-SDS和微流体毛细管凝胶电泳(M-CGE)研发治疗性单克隆抗体,测试其释放和稳定性;采用CE指纹图谱结合化学计量学方法可评价银翘解毒片的质量一致性,测定了25个银翘解毒片样品中3种标记化合物的含量,结果显示两个不同厂家的25个样本的质量差异较大。

1.2 医学及临床检验

CE在医学及临床检验方面的应用主要包括利用疾病相关标志物进行的疾病诊断、药物代谢物分析以及疾病机理分析。

疾病诊断包括:骨转换和骨质疏松的疾病生物标志物游离的脯氨酰化合物、肌萎缩性脊髓侧索硬化症的生物标记物半胱氨酸和谷氨酸、过敏性气道炎症或类风湿性关节炎的生物标志物5-羟色胺、癌症和阿尔茨海默氏病的生物标志物miRNA的检测;CE-LIF检测3种甲状腺激素,可用于甲亢的诊断;利用CE分析Hb A1c可用于糖尿病的诊断;CE检测新生儿脐血和干血斑样品中的一种变种血红蛋白(Hb Bart’s),可用于α-地中海贫血症的早期诊断;毛细管等电聚焦(CIEF)研究成年及胎儿血样标本,可区别地中海贫血和Hb E病,用于血红蛋白病的系统诊断;基质辅助激光解吸-电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MSn)与CE联用可表征类风湿性关节炎(RA)患者血清中的IgG糖基化,鉴别异常糖基化的IgG辅助RA诊断;毛细管电泳-非接触电导(CE-C4D)可检测汗液中的主要离子,测定的Cl-/K+比值可用于囊肿性纤维化病的诊断;CZE-C4D同时测定肌酐和乙酸盐,用作尿路感染的诊断;CE-MS可分析检测人尿液样品中的3-羟基-3-甲基戊二酸、3-甲基戊二酸和戊二酸,用于3-羟基-3-甲基戊二酸尿症的辅助诊断;利用聚合酶链式反应(PCR)扩增嗜水气单胞菌的溶血基因,结合CE检测,可用于法医鉴定学中对淡水淹溺者的诊断。

药物代谢物分析包括:MEKC监测头孢吡肟用药患者血清和血浆中的头孢吡肟的含量;柱内场放大样品注射毛细管电泳(FASI-CE)定量分析患者血浆中的卡培他滨(CAP)和5-硝基咪唑(5-FU)及其代谢物;CE-MS结合分子印迹固相萃取可检测尿样中的11种5-硝基咪唑; CE-MS测定硫唑嘌呤代谢物及其他药物----美沙拉嗪、泼尼松和别嘌呤醇,方法可成功用于在炎症性肠病(IBD)患者和接受硫唑嘌呤治疗患者的尿样中靶向药物及测定其代谢物;多段注射(MSI)-CE-MS可鉴定人尿液中的滥用药物,可对多种滥用药物(DoA)及其代谢物进行非靶向筛选;通过CE-TOF-MS检测尿毒症患者透析后的血浆,可研究尿毒症相关的代谢组学。

疾病机理分析包括:目前血清水平的前列腺特异性抗原(PSA)对前列腺癌(PCa)的诊断并不具有完全的特异性,利用CE分辨不同样品中前列腺特异性抗原(PSA)的亚型可完善其对于PCa的特异性诊断;采用间接PCR方法对α-地中海贫血基因型进行设计,利用CE分析该基因,并与患者的基因进行对照,验证研究表明两种结果具有100.0%的准确性;利用CE-MS分析精神分裂症患者和正常人死后的脑组织中的300种代谢物,发现精神分裂症患者脑内的葡萄糖代谢和蛋白水解与正常人有差异,这可能反映了该病的病理学特性。

1.3 食品安全检验

CE在食品安全检验方面的应用主要包括食品的营养成分分析和有害成分检测。

食品的营养成分分析包括:婴幼儿配方奶粉中的乳清蛋白以及乳铁蛋白(Lf),运动营养补充剂中未衍生的支链氨基酸,果汁中的槲皮素、芦丁、柚皮苷和柚皮素,茶叶和蜜柑茶叶中的酚类物质,食品和饮料中的蛇菊苷和莱鲍迪苷A,家禽肉中的抗氧化成分肌肽和鹅丝氨酸。此外, CE模式用于分析啤酒中的氨基酸, 90 s内有效分离了21种氨基酸,为氨基酸的高通量分析提供了借鉴; CZE-UV基于1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮(PMP)衍生化分离测定了10种蜂蜜中的11种醛,方法可用于区分商品蜂蜜与天然蜂蜜;CGE-二极管阵列检测法(DAD)分析11个品种的柑橘果皮和果肉中的蛋白提取物,建立了蛋白谱,可用于预测其品种属性。

有害成分检测包括:鸡蛋和蜂蜜等动物性食品中的对甲氧苄啶和磺胺甲基异恶唑，肉类中的12种苯并咪唑，猪肉、鸡肉和牛奶中的磺胺类药物(磺胺二甲嘧啶、磺胺嘧啶和磺胺噻唑)残留，牛奶中的抗生素、四环素类药物与喹诺酮类药物，水果和蔬菜中的甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂残留，蔬菜中的微量敌百虫、乙酰甲胺磷和水胺硫磷，海产品中的痕量蛤蚌毒素，软饮料中的对二胺塑料限制物(乙烷-1,2-二胺和己烷-1,6-二胺)。此外,利用毛细管电泳技术,开发了基于双启动寡核苷酸引物(DPO)的转基因生物(GMOs)高通量基因筛选系统,可用于菜花叶病毒、胭脂氨酸合成酶基因、玄参花叶病毒等7种基因的分离与多重检测,该方法为转基因食品检测提供了方案;使用咪唑(Im)作为紫外吸收探针,CZE-UV同时测定了啤酒中的脂肪族、芳香族和杂环类生物胺(BA),13个目标物BA在9.0 min内完全基线分离。

1.4 环境监测

CE在环境监测中的应用主要集中在环境水样中的药物和农残检测:CE-LIF-银染法灵敏测定磺胺类药物;CE-C4D检测阿奇霉素、克拉霉素和克林霉素;CZE-UV检测5种痕量蒽醌类化合物;分散固相萃取(DSPE)-CZE分离磺酰胺;CZE-DAD 测定16种蒽环类抗生素的酸性解离常数pKa1和pKa2;毛细管等速电泳(CITP) 在线富集测定饮用水和天然水中的烷基醇和醇胺;自由液膜(FLM)-电动增压(EKS)-CE结合可实现百草枯和敌草快的微量检测, 灵敏度提高了1 500倍和1 866倍;基于Ln3+的高效样品堆积可测定稀土元素(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Y、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu),该方法在12 min内完成检测;毛细管瞬间等速电泳检测苯胺离子(An+)与吡啶离子(Py+),实验中可自行产生终止子(H+),不需加入终止电解质,同时提高了检测灵敏度。

1.5 CE-MS

CE-MS是近年来发展最快的CE相关技术,也是最有发展潜力的联用技术。目前的研究重点集中在CE-MS接口和性能的改进以及实际样品中的检测应用。

CE-MS的接口:采用无鞘液多孔尖端界面接口,可分析环境水样中痕量的中性有毒污染物氨基甲酸酯类农药,使用该接口与传统的鞘液界面接口相比,灵敏度提高了约300倍;CE-ESI-MS中使用电动泵浦鞘流纳喷雾接口,并通过3-氨丙基三甲氧基硅烷处理电喷雾发射器使伯胺移至其内部,用以逆转电渗流确保在负电位下将电渗流引导至发射孔口,使用一组氨基酸评估其性能,氨基酸峰强度的RSD小于7%。

其他性能的改进:利用CZE-MS检测肽谱,使用水和偶极溶剂(N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺)的混合物作为背景电解质(BGE)优化肽的分离,与传统的CZE-MS方法相比,使用该BGE的CZE-MS肽谱分辨率明显提高;利用CO2激光器消融毛细管末端壁上的小通道,再经醋酸纤维素溶液浸泡,干燥后形成导电的半透膜可以取代鞘液界面,经过改进后的CE-ESI-MS检测多肽时,检出限可达fmol/L级。

实际样品的检测包括:CE-MS进行人淋巴T细胞蛋白质组的特征检测,利用该方法可追溯肽的来源;利用锥形CE-ESI-MS分析小鼠皮层蛋白质组学,检测到来自于突胶质细胞、星形胶质细胞和小胶质细胞的蛋白质,同时也检测到涉及神经性疾病(例如帕金森病和痉挛性截瘫)的关键蛋白质;利用单粒子-毛细管电泳-电感耦合等离子体-质谱联用(SP-CE-ICP-MS)表征10 nm的纳米粒子,并首次绘制了颗粒数量、颗粒平均尺寸以及迁移时间组成的纳米粒子3D电泳分析图,该方法提供了纳米粒子性能分析的新方法，为其高通量分析奠定了基础;利用CE-MALDI-MS分析了10个商业品牌奶酪中的肽谱特征,揭示了在Phe23-Phe24键上水解αs1-酪蛋白对κ-酪蛋白以及β-酪蛋白的特征性水解模式的影响;CE-MS对C6细胞胶质瘤及相应的癌前病变组织进行代谢组学研究,发现了在胶质瘤组织中增加的9种代谢物,并证明了亚牛磺酸作为α-酮戊二酸依赖性双加氧酶的竞争性抑制剂在肿瘤代谢组学研究中的价值。

1.6 手性拆分

CE可用于手性拆分,拆分的对象以手性药物以及氨基酸为主,手性杀菌剂也略有涉及。CE用于手性拆分的核心是新型手性拆分剂的开发以及手性拆分机理的研究。

手性药物拆分包括:使用胆酸钠作为表面活性剂与手性拆分剂拆分盐酸帕洛诺司琼的对映体;采用环糊精与苯基丙氨酸双手性拆分剂可拆分西氟沙星的对映体;使用异亮氨酸复合物拆分氧氟沙星的对映体;使用环糊精作为拆分剂拆分右兰索拉唑对映体;使用羧甲基-β-环糊精手性拆分剂对10种心血管药物和6种支气管扩张药物进行拆分;利用环糊精(CD)修饰的毛细管,选择2,3,6-三甲基-β-CD(TRIMEB)对氟西汀对映体进行拆分;FASI-CZE-UV拆分经美沙酮治疗的7名患者的小体积呼出气冷凝物(EBC)中的美沙酮;在亲和毛细管电泳(ACE)中使用人血清白蛋白(HSA)作为手性选择剂,实现了奥美拉唑(OME)对映体的基线分离。

手性氨基酸及小分子分析包括:使用β-环糊精手性拆分氯苯丙醇对映体;以手性氨基酰胺离子液体为配体,对8对D,L-氨基酸进行手性拆分;使用D-果糖和异丙醇拆分了6对氨基酸对映体,对映体分离度(Rs)为2.61～9.99; MEKC-LIF中使用γ-环糊精和牛磺胆酸钠胶束为背景电解质,拆分了13种衍生化的中性氨基酸对映体, CZE-LIF用γ-环糊精单独拆分衍生化的酸性氨基酸对映体,该方法成功应用于分析莫诺湖采集的水样。

新型手性拆分剂:非水毛细管电泳(NACE)中使用多西环素(DOX)作为酸性手性化合物的拆分剂;使用改性的环糊精(HDMCM)手性拆分他达拉非、他喷他多等手性药物分子;在部分填充毛细管电泳中利用多种DNA寡核苷酸拆分弱碱性DNA结合物对映体;使用链霉素作为手性拆分剂分离5种酸性药物,10 min内实现拆分;手性离子液体和手性选择剂联合应用,与单一麦芽糖糊精体系相比,明显改善了奈福泮、度洛西汀、酮康唑、西替利嗪和西酞普兰5种药物对映体的分离,此手性拆分剂联用还用于研究四甲基铵-L-精氨酸的手性构型。

手性拆分机理研究包括:通过对映体与手性拆分剂的不同相互作用获得不同的时间依赖性迁移率,利用对映体扑尔敏与手性拆分剂β-环糊精的二元混合物迁移率解析模型辅助研究对映体分离中的反应-扩散过程;应用ACE测定了8种苯乙胺对映体与4种不同手性拆分剂β-环糊精衍生物的结合常数并计算出了分析物-环糊精配合物的电泳迁移率,发现复合物的电泳迁移率决定苯乙胺对映体的迁移顺序和对映体分离效果;应用CZE-UV拆分12种药物对映体,选择其中的克仑特罗,奥昔布宁,沙丁胺醇和戊乙奎醚作为模型分析物借助计算机软件Discovery Studio 4.0/Sybyl 6.9.1/AutoDoc建立拆分模型,研究发现手性分子的拆分与手性分子和拆分剂的结合能有关,也与相互作用过程中形成的氢键和π-s键有重要关系。

1.7 生物分子

CE检测的生物分子包括生物大分子(如蛋白质、核酸等)和生物小分子(如氨基酸、多肽等)。

蛋白质的检测:ACE-LIF利用荧光标记的蛋白酶适配体检测人中性粒细胞中的蛋白酶,研究在适配体的不同位置进行荧光标记对蛋白酶检测的影响,发现在第40个T碱基上进行荧光标记的适配体对蛋白酶的亲和性最强;对比母羊和母牛脱脂乳蛋白的CE谱,发现羊奶峰Ee(αs酪蛋白)可作为牛奶定量的标志物,通过建立线性回归模型来测定羊/牛奶混合物中羊奶的百分比,该方法可快速而廉价地识别牛奶中掺杂羊奶的欺诈行为;ACE可用于研究植物中的脱水蛋白与金属离子间的相互作用,并通过分子动力学模拟分析了可能的Cu2+结合位点;使用CE-LIF检测了缓冲溶液中的阳离子(Na+、K+和Mg2+)对凝血酶与其适配体Apt29结合的影响,缓冲溶液中的K+会引起凝血酶-Apt29的复合峰显著降低,而在缓冲液中加入Na+和Mg2+可获得更大的凝血酶-适配体复合峰的峰面积,有利于灵敏地检测凝血酶;纳米凝胶毛细管电泳法(NGCE)测定神经氨酸酶的米氏常数(Km),当底物为3′-唾液乳糖时,其Km值为(3.3±0.8) mmol/L,而底物为6′-唾液酸乳糖时Km为(2±1) mmol/L,该方法成为区分3′和6′唾液乳糖的廉价、快速、简单的替代手段。

核酸的检测包括:在毛细管中填充分子筛聚合物用以分离100～10 000 nt 的 RNA,发现随着聚合物浓度的增加，分离RNA片段的时间延长，且分辨率提高;采用CZE分离单链DNA,可检测出相同长度DNA序列单碱基的突变,该方法可作为检测单碱基突变的研究基础;CZE-LIF利用荧光标记的简单重复序列(SSR)鉴定了陕西省63个樱桃品种,并建立了樱桃品种的DNA指纹图谱,这将有助于在分子水平上鉴定樱桃品种。

值得注意的是,28篇发表在Analytical Chemistry上的CE论文有12篇与生物分子检测有关,包括:样品堆叠的SDS-CGE检测腺病毒中的衣壳蛋白;采用非固定化的生物材料结合毛细管电泳(NIBCE)在线筛选人葡萄糖转运蛋白1(hGlut1)的配体;CZE-MS结合pH动态法,检测了约600个蛋白质组和200个来自大肠杆菌蛋白质组的蛋白质;毛细管电泳-前沿分析-电喷雾电离-质谱联用(CE-FA-ESI-MS)评估B细胞淋巴瘤2(Bcl-2)启动子区形成的G-四链体与小分子结合;大体积样品堆积(LVSS)-CE-LIF检测衍生化的D-和L-型的天冬氨酸和谷氨酸;CE-ESI-MS分析单个胰岛α和β细胞的18种氨基酸;CZE-MS分析抗体-药物缀合物(ADC)及ADC中抗体的肽谱;CE与微量自由流电泳(μFFE)耦合对多肽和小分子生物胺进行分离;温度梯度CE分析聚糖;采用CE-MS分析单糖、低聚糖和糖肽,使用氨氧基串联质谱标记试剂改善中性糖的电泳迁移,还使用唾液酸衍生化方法防止带负电荷的羧基与带正电荷的毛细管表面涂层的相互作用;使用发光二极管(LED)诱导荧光检测器和小型计算机构建一个简单的CE系统，该系统在特定区域内可调控获得的荧光电泳图，即，如果获得的荧光信号不适合检测系统的设置(太低或太高),可对不正确的电泳结果进行追溯性校正,而无需重复分析;离子色谱(IC)-CE分离低相对分子质量的有机酸,根据IC中的4种固定相和CE中的16种背景电解质pH构建一维分离选择性图谱,使用计算机叠加派生IC和CE的二维(2D)图并评估各个2D分离的有效性,与传统的一次性方法相比,实验量更少,该方法也适用于其他2D组合条件的选择。

2 国内外会议

2017年举办的与CE相关的国际学术会议有7个,国内学术会议有2个,各会议的具体信息见表1。

表 1 CE相关的国内外会议Table 1 Domestic and international conferences related to CE

会议报告中CE与MS联用的报告居多,包括CE-ESI-MS、CE-TOF-MS、CE-电感耦合等离子体质谱(CE-ICP-MS)、CIEF-MS、CZE-MS等。此外,还有微芯片-CE联用、HPLC-MS/MS与CE联用、SPE与CE联用等。

CE在生命科学领域的研究报告主要包括蛋白质、核酸、糖类及细胞代谢产物分析4个方面。(1)蛋白质的研究包括:高灵敏度蛋白质组学分析、蛋白质-蛋白质相互作用、蛋白质杂质分析、微芯片-毛细管凝胶电泳预浓缩和分离蛋白质、生物系统的手性毛细管电泳和酶动力学研究、CE分析和表征动态瞬时的RecA-DNA组装复合物、微芯片-毛细管电泳(MC-CE)装置定量尿蛋白、成像cIEF-MS与新型微流体系统集成实时分析蛋白质、离线和在线CE方法研究β-分泌酶活性动力学、CE与表面等离子共振耦合用于蛋白质混合物组分的亲和力评估、全柱成像毛细管等电聚焦分析蛋白质、动力学CE-MS同时分析酶结构和活性、CE-MS研究多翻译后修饰的脑蛋白、天然条件下无鞘CZE-MS用于蛋白质组分析、使用CE和LC测定脑中的内源D-氨基酸、CESI-MS分析完整单克隆抗体的电荷异质性、CE-C4D测定β-分泌酶活性等。(2)核酸的研究包括:MC-CE快速高通量筛选疾病相关的DNA分子、CE-LIF分析甲胎蛋白核酸适配体、CE-ESI-MS方法分析超微体积生物样品中核酸甲基化及去甲基化、CE筛选蛋白质的核酸适配体、CE-ESI-MS分析单细胞DNA甲基化、CE-发光二极管诱导荧光(LEDIF)/高通量DNA测序筛选G四链体适配体、高分离性能的脉冲式CE解析核酸、CE与纳米颗粒水凝胶分离DNA等。(3)糖类的研究包括:用于高灵敏度CE-MS分析的带电低聚糖标签的开发、CE-ESI-MS对阳离子标记的N-聚糖进行异构体分离、无需麦芽寡糖阶梯的CE分析用于计算聚糖结构中的葡萄糖单元、通过温度梯度CE进行聚糖分析、CE同时分析多种葡糖胺聚糖、CE-ESI-MS表征癌胚抗原位点特异性糖基化等。(4)细胞代谢产物的研究包括:CE-MS研究单细胞代谢组学、CE-MS分析胆固醇及其代谢物、电吸附耦合CE-MS分析有限生物样品量的代谢组学、使用新一代CE-MS解析有限样品的代谢组学、应用金属有机框架/共价金属框架涂层毛细管电泳(MOFs/COFs-CE)系统分离和测定神经递质和环境内分泌干扰物、CE-TOF/MS用于分析肾细胞癌患者的尿代谢指纹图谱等。

CE医药相关方向的报告主要包括药物分析、疾病研究以及临床检测3个方面。(1)药物分析方面的研究包括:CE用于手性化合物分离及药物立体异构体纯度的测定、CE-MS用于抗体和抗体药物偶联物的完整质量分析、应用CE技术开发生物仿制药以及评估和管理疫苗产品和生物制剂、利用CE在天然产物中进行高通量的药物开发、CE-C4D测定阿奇霉素和克拉霉素及克林霉素等。(2)疾病研究方面的报告有:CE方法筛选疾病相关蛋白、CE分析Ⅱ型糖尿病的hIAPP寡聚物及其聚合抑制剂的筛选、微芯片-CE快速高通量筛选疾病相关的DNA分子、CZE测定完整腺病毒颗粒、CE鉴定和测定完整的人乳头瘤病毒的病毒样颗粒(HPV-VLP)等。(3)临床检测包括:CE-LIF分析精神分裂症患者血浆中的氨基酸、CE非接触电导快速检测血液样本诊断甲醇和乙二醇中毒等。

其他关于CE的报告包括:CE-C4D分析食品中的牛磺酸、CE在疑似有毒雪碧样品应急检测中的应用、SPE-CE-LIF分析水样中的内毒素、CE分析水溶液中配合物的热力学和动力学、场放大样品堆积CE测定枸杞中的黄酮、CE对映体分离与手性识别机理研究、CE结合纳米金颗粒研究活性物质的合成控制过程、ACE定量表征非共价分子的相互作用等。

3 基于CE的准确定量和精准筛选研究成果获2017年CAIA一等奖

由中国科学院上海有机化学研究所、北京理工大学、北京市疾病预防控制中心和北京市理化分析测试中心4家单位联合申报的“毛细管电泳准确定量和精准筛选的新方法研究及应用”成果,获得了2017年度中国分析测试协会科学技术奖(CAIA奖)一等奖(2017-1-006)。该成果针对准确定量难题进行了新方法和策略研究,得到了大量实际应用范例的支撑,出具了检测报告28份,建立了企业标准1项,多次参加了国内外分析实验室能力验证并获得满意结果。突出的应用实例:迅速完成了“宁夏回族自治区可疑牛奶应急检测”中6份牛奶样品及9名幼儿服用者血液样品中脱氢乙酸的准确定量;针对依诺肝素钠大品种进口药国产替代的迫切需求,建立了具有国际水平和自主知识产权的肝素硫酸化多糖非均一性和1,6-成环精细结构分析的企业标准,打破了大品种抗血栓药依诺肝素钠生产的进口依赖局面,创造了销售额上亿元的经济效益。针对大容量复杂体系中未知功能分子的高效筛选难题,提出了核酸适配体和天然产物活性分子的精准筛选策略,为解决核酸适配体相关研究、开发和产业化的关键难题以及提高抗肿瘤药物靶点的天然产物活性分子筛选效率提供了重要的技术支撑,具有潜在的重要应用价值。

该成果是“小技术解决大问题”的很好范例,体现了主要申报人康经武研究员、屈锋教授、丁晓静研究员等人在毛细管电泳领域扎实的工作基础、长期的研究积累以及专注的科学精神。该成果具有鲜明的应用研究特色,部分已取得显著的社会和经济效益,部分具有潜在的重要应用价值。研究成果获奖对于推动毛细管电泳技术在食品和生物医药等大健康领域的发展和应用具有重要的意义。

4 结语

以上内容难免有遗漏和不妥之处,请广大学界同仁及应用从业人员批评指正。