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毛细管凝胶电泳与电喷雾电离质谱联用的同轴鞘流反应器接口研究

作者及发表信息
本研究由匈牙利德布勒森大学（University of Debrecen）的Daniel Sarkozy和Andras Guttman*（通讯作者）合作完成，发表于《Analytical Chemistry》2023年第95卷，页码7082-7086。

学术背景
毛细管电泳（Capillary Electrophoresis, CE）是分析肽和蛋白质的常用液相分离技术，传统检测手段为紫外（UV）或荧光检测。然而，与电喷雾电离质谱（Electrospray Ionization Mass Spectrometry, ESI-MS）联用可提供更丰富的结构信息。尽管CE-MS联用技术已有数十年发展，但现有接口（如鞘流式、无鞘式、液结式）仍存在局限性：鞘流接口易稀释样品，无鞘接口制备复杂且喷雾稳定性差，而液结接口需精密压力控制。此外，凝胶填充毛细管和非质谱兼容缓冲液（如十二烷基硫酸钠，SDS）的使用进一步增加了技术难度。

本研究旨在开发一种新型同轴鞘流反应器接口（Coaxial Sheath Flow Reactor Interface, CSFRI），以解决上述问题。其核心目标包括：
1. 实现凝胶电泳（CGE）与质谱的直接、稳定联用；
2. 支持非质谱兼容缓冲液（如SDS）的去除；
3. 简化接口操作，避免复杂毛细管修饰。

研究流程与方法
1. 接口设计与搭建
CSFRI由以下部分组成（图1）：
- 分离毛细管（50 μm内径/365 μm外径，70 cm长），填充琼脂糖凝胶（0.6%）；
- 同轴鞘流混合区：鞘液（含4%甲酸、20%甲醇）通过200 μm内径毛细管（75 μL/min流速）输送，闭合电回路；
- 封闭回路流动反应管（8 cm长，200 μm内径），连接至商业化ESI源，支持后柱反应（如SDS-γ-环糊精包合）；
- 隔离变压器：防止电流流入质谱，确保电喷雾稳定。

1. 实验对象与处理

   • 肽段混合物：缓激肽（Bradykinin）、血管紧张素II（Angiotensin II）、神经降压素（Neurotensin），浓度100 μM；
     
   • 蛋白质混合物：溶菌酶（Lysozyme）、核糖核酸酶A（RNase A）、人胰岛素（Insulin），浓度10 mg/mL；
     
   • SDS-蛋白质复合物：10 kDa蛋白标准品，经SDS变性处理（90°C，10分钟）。
     

2. 分离与检测条件

   • 天然CGE模式：缓冲液为4%甲酸+0.6%琼脂糖+20%甘油（pH 2.3），电场强度285 V/cm；
     
   • SDS-CGE模式：缓冲液为TAE（Tris-乙酸-EDTA）+0.1% SDS+0.6%琼脂糖（pH 7.0），电场强度215 V/cm（反向极性）；
     
   • 质谱参数：喷雾电压+2300 V，锥孔电压+30 V，脱溶剂气流量600 L/h。
     

3. 创新方法

   • SDS去除技术：鞘液中添加0.8% γ-环糊精（γ-CD），通过疏水腔捕获SDS分子，形成不电离的包合物，显著降低离子抑制（图3c vs 3d）；
     
   • 流动反应区：支持后柱反应，避免凝胶或缓冲液组分进入质谱。
     

主要结果
1. 天然CGE-MS联用性能
- 肽段和蛋白质的迁移时间、峰面积重复性优异（RSD <2.35%），分辨率损失仅约12%（图2a-d）；
- 质谱检测到多电荷态（如缓激肽2+、神经降压素3+、溶菌酶8+-9+），基线平稳，无凝胶干扰（图2e-f）。

1. SDS-CGE-MS联用突破
   
   • γ-CD成功去除SDS，10 kDa蛋白的7+-16+电荷态清晰可见（图3b-c）；
     
   • 无γ-CD时，SDS导致严重离子抑制，蛋白信号几乎消失（图3d）。
     

结论与价值
1. 科学意义
- CSFRI首次实现SDS-CGE与MS的直接联用，解决了长期存在的SDS干扰难题；
- 封闭回路设计确保电喷雾稳定，且兼容商业化ESI源，无需定制化改造。

1. 应用价值
   
   • 为生物制药中SDS-PAGE替代方案提供质谱兼容选择；
     
   • 流动反应区可扩展至其他后柱反应（如酶解、标记）。
     

研究亮点
1. 技术突破：首创γ-CD鞘液去除SDS的方法，保留分离效率的同时降低离子抑制；
2. 普适性：支持天然和SDS凝胶电泳，适用于多种质谱仪；
3. 操作简便：仅需普通熔融石英毛细管，接口组装时间短（分钟）。

其他发现
- 高甲酸鞘液可能腐蚀流动反应管，需定期冲洗；
- 未来计划将技术扩展至更大蛋白质（>10 kDa）和复杂混合物的分析。

关联内容
支持信息包含肽/蛋白混合物的UV与MS检测数据统计表（迁移时间、峰面积RSD），进一步验证方法重现性。

（注：术语翻译示例：毛细管电泳（Capillary Electrophoresis, CE）、电喷雾电离质谱（Electrospray Ionization Mass Spectrometry, ESI-MS）、十二烷基硫酸钠（Sodium Dodecyl Sulfate, SDS））