电泳技术在纳米颗粒分离中的应用VIP免费

中国科学:化学2010年第40卷第10期:1478~1486SCIENTIASINICAChimicawww.scichina.comchem.scichina.com《中国科学》杂志社SCIENCECHINAPRESS评述电泳技术在纳米颗粒分离中的应用马晓溦①,车志军②,刘艳华②,郭天宇②,梁兴杰①*①国家纳米科学中心;纳米材料生物医学效应和纳米安全中科院重点实验室,北京100190②北京出入境检验检疫局,北京100026*通讯作者,E-mail:liangxj@nanoctr.cn收稿日期:2010-03-12;接受日期:2010-05-17摘要合成纳米颗粒常在尺寸和形状方面具有广泛分布.在很多实验中,需要利用一定大小及形状的纳米颗粒的独特物理化学性质,因此,简便快速的纳米颗粒分离技术越来越受到诸多科学领域的重视.电泳技术以其高分辨率,被广泛用于多种生物大分子如核酸、蛋白质等的分离纯化.纳米颗粒在尺寸上与生物体中的蛋白复合物、细胞器和微生物等十分接近,考虑到带电纳米颗粒与生物分子在电场中的运动行为的相似性,运用电泳技术进行纳米颗粒的鉴定、分离和纯化是一种新的思路,并取得了良好的实验结果.本文主要介绍了琼脂糖凝胶电泳、毛细管电泳以及其他一些电泳技术在纳米颗粒分离中的研究进展.关键词纳米颗粒电泳分离琼脂糖凝胶电泳毛细管电泳1引言随着纳米技术的快速发展,种类繁多的纳米颗粒被不断合成出来并广泛应用于材料、化工、生物、医药等研究领域.纳米颗粒具有诸多独特的物理化学性质,如量子限域效应、等离子共振效应,以及生物学效应,如穿越体内屏障、引起炎症反应、免疫反应、器官毒性等,这些性质都与其尺度变化密切相关,这使得纳米颗粒的尺度分析在纳米科学研究中有着广泛而重要的应用,对纳米颗粒的分离分析也越来越引起人们的关注[1~4].研究纳米颗粒尺度分布的方法很多,但传统方法通常要借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、激光粒度仪等专用性强、对操作者技能要求高且价格昂贵的仪器.电子显微镜观察是目前研究纳米颗粒尺寸分布最直接、最常用的方法.但是,电子显微镜观察到的样品区域是十分有限的,用电子显微镜观察时很难对颗粒的形状分布、大小分布和平均直径等做出准确估计.同时,实验者观察时的主观误差,以及制样过程中对样品性质的改变(如在干燥过程中颗粒的团聚)等也是重要影响因素.合成纳米颗粒的尺寸和形状分布广泛,不仅能由单一物质组成,也可能由多种无机或有机的化合物共同组成,表面可以被各种功能化基团修饰,并具有不同的光学、磁学和电学特性.所有上述特征参数决定了纳米颗粒的物理化学性质,为纳米颗粒的分离、分析提供了依据[5].在生物化学研究中,常将纳米颗粒与其他一些生物大分子,如蛋白质[6]、核酸片段[7]等结合,以协助这些生物大分子的分离,或将纳米颗粒作为高效柱填料应用于生物分子的毛细管电泳[8,9]分离中.然而,纳米颗粒本身在尺寸上与生物体中的蛋白复合物、细胞器和微生物等十分接近,考虑到带电纳米颗粒与生物分子在电场中运动行为的相似性,能否使用生物化学研究中常用的分析分离技术,如分离蛋白质、核酸时常用的电泳技术将纳米颗粒本身分离纯化呢?答案是肯定的.本文着重综述了应用电泳技术分离纳米颗粒的相关研究,可以为需要在实验中对纳米颗粒进行分离的研究者提供新的视角.中国科学:化学2010年第40卷第10期14792电泳技术概述1740年印度科学家G.M.Bose首次发现,在电场的作用下,带电颗粒将向着与其电性相反的电极方向移动,使具有不同迁移速度的物质分离成狭窄区带,这一现象称为电泳.1937年,ArneTiselius教授首次建立了高重现性的血清蛋白移动界面电泳分离体系.电泳技术作为一项有效的分离和分析技术发展迅速,并被广泛应用于蛋白质、多肽、核酸和其他生物分子的分析、分离、制备和鉴定,成为生物学、医学和药学等领域研究中不可缺少的手段之一.自20世纪50年代以来,各种电泳技术及仪器相继问世,建立了琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳、等电聚焦电泳、等速电泳、双向电泳、脉冲电场凝胶电泳、印迹转移电泳、免疫电泳等一系列高分辨电泳体系.特别是20世纪80年代后期迅速发展起来的高效毛细管电泳技术,具有高灵敏度、低检测限、快速、重复性好、应用范围广、可进行定量分析和自动化程度高等显著特点,将电泳技术推向一个新的阶段[10]....