移动化学反应界面的应用：尿液指纹分析和等电聚焦电泳不稳定性机制的再研究

论文摘要

移动化学反应界面（Moving Chemical Reaction Boundary, MCRB）理论可以用于对两性电解质进行在线富集,已有的实验也证明,MCRB理论可以对高盐样品进行有效的物质富集,而不受其中高浓度盐分的影响,这对于众多生物样品如尿液等来说是十分适用的。另一方面,由MCRB理论推导出的判别式可以判断界面移动方向,为等电聚焦动力学的研究提供了新的视角。本文的主要研究内容是移动化学反应界面理论的应用研究。一方面,利用移动化学反应界面理论并结合毛细管电泳快速、高效、简便、经济和易于自动化的特点,进行了尿液指纹分析的研究。快速、灵敏的尿液指纹分析对发现新的生物标志物和进行临床检测具有重要意义。根据MCRB理论,以Gly-HCl作为样品缓冲液、Gly-NaOH作背景电解质的缓冲液,分别对缓冲液的pH值、浓度、工作电压等实验条件进行了优化。实验结果证明该方法大大提高了尿液指纹分析的灵敏度和数据的容量,与常规方法只能获得10个峰相比,MCRB方法大大改善了尿液指纹分析的灵敏度:观测到了超过90个的富集峰,达到了20倍以上的富集效果。表明MCRB介导的富集方法对尿液分析具有巨大潜在价值。另一方面,对大量文献材料中报道的有关等电聚焦中pH梯度不稳定性的实验（包括计算机模拟实验）,采用MCRB理论衍生得到的判别式Rr进行分析和预测,并与实际的结果相对照。结果表明,在阴极漂移中,Rr均大于零,即阳极液中氢离子的迁移数大于阴极液中氢氧根离子的迁移数;而在阳极漂移中,Rr均小于零,即阴极液中氢氧根离子的迁移数大于阳极液中质子的迁移数。实验结果与MCRB的理论是完全一致的,从而揭示出MCRB理论在揭示等电聚焦中pH梯度不稳定现象的动力学方面的正确性和价值。这一结果对提高等电聚焦电泳的稳定性意义重大,而等电聚焦正是双向电泳和蛋白质组学研究中的重要工具。本文的最后一部分,选用硼砂作为缓冲液,以α-萘胺及NaBH3CN作为衍生化试剂,探索了采用场放大进样方法,用毛细管电泳对葡萄糖和果糖进行分离和富集的实验条件,最优的实验条件为60 mM,pH 11.0硼砂缓冲液,1.0 psi压力进样90s,和常规方法相比,葡萄糖的检测灵敏度提高了20多倍,果糖提高了近60倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 毛细管电泳的理论基础和应用进展
• 1.1 毛细管电泳的基本原理
• 1.2 毛细管电泳的实际装置
• 1.3 毛细管电泳的不同分离模式
• 1.3.1 毛细管区带电泳
• 1.3.2 胶束电动毛细管色谱
• 1.3.3 毛细管凝胶电泳
• 1.3.4 毛细管等电聚焦
• 1.3.5 毛细管等速电泳
• 1.3.6 毛细管电色谱
• 1.4 毛细管电泳的应用进展
• 1.5 样品在线富集方法可以提高毛细管电泳的检测灵敏度
• 1.6 参考文献
• 第二章 移动化学反应界面理论及其应用
• 2.1 移动化学反应界面理论简要回顾
• 2.2 移动化学反应界面理论的意义
• 2.3 选题的背景和内容
• 2.3.1 利用CE-MCRB 方法进行尿液指纹分析
• 2.3.2 利用MCRB 理论对经典IEF 不稳定性的动力学机制进行再研究
• 2.4 课题的研究意义
• 2.5 小结
• 2.6 参考文献
• 第三章 应用MCRB 理论进行尿液指纹分析
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器与试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 常规区带电泳下的指纹分析
• 3.3.2 富集体系的设计
• 3.3.3 样品缓冲液浓度对富集效果的影响
• 3.3.4 操作电压对富集的影响
• 3.3.5 优化所得的条件
• 3.3.6 MCRB 介导的富集技术可以提高尿液指纹分析的灵敏度
• 3.4 展望
• 3.5 参考文献
• 第四章 应用MCRB 理论对IEF 不稳定性动力学机制的再研究
• 4.1 引言
• 4.2 IEF 中PH 梯度的阴、阳极漂移
• 4.3 理论部分：Rr 判别式可以用于预测PH 值梯度漂移的方向
• 4.4 结果和讨论：用MCRB 理论重新阐述IEF 的动力学机制
• 4.4.1 第一类不稳定现象的重新回顾
• 4.4.2 第二类不稳定现象的重新回顾
• 4.4.3 第三类不稳定现象的重新回顾
• 4.5 参考文献
• 第五章 葡萄糖和果糖的同步富集和分离
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器与试剂
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 缓冲液pH 值的选择
• 5.3.2 缓冲液浓度的选择
• 5.3.3 工作电压的选择
• 5.3.4 采用场放大进样法富集葡萄糖和果糖
• 5.3.5 电动进样方法的尝试
• 5.3.6 方法的可靠性
• 5.4 结论
• 5.5 参考文献
• 附录主成分分析：理论和程序实现
• A.1 基本算法和程序设计
• A.2 实际应用与演示
• A.3 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文