Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
R. Westermeier

Kapillarelektrophorese

Kapillarelektrophorese
Synonym(e)
Kapillarzonenelektrophorese; CE
Englischer Begriff
capillary electrophoresis
Definition
In der Kapillarelektrophorese werden geladene Molekülen, z. B. Proteine, Peptide, Nukleinsäuren oder Arzneimittel, im elektrischen Feld in Kapillaren mit Innendurchmesser <100 μm, mit oder ohne Gel, aufgetrennt. Die Detektion der Zonen erfolgt über UV-Absorption direkt in der Kapillare. Im Unterschied zu den Medien in der Gel- und Folienelektrophorese werden die Kapillaren wiederholt verwendet.
Physikalisch-chemisches Prinzip
Die elektrophoretische Trennung erfolgt meist in einer Fused-Silica-Kapillare (amorpher Quarz), wie sie auch in der Gaschromatografie verwendet wird, um UV-Detektion zu ermöglichen. Für manche Anwendungen sind die Kapillaren nur mit Puffer und flüssigen Additiven zur Oberflächenbelegung gefüllt; in speziellen Fällen enthalten die Kapillaren hochviskose Additive oder Gelmedien (Gel). Das Probeninjektionsvolumen liegt im Bereich weniger Nanoliter. Meist wird eine elektrokinetische Injektion der Probe angewandt: Durch Anlegen eines Hochspannungsimpulses an das Probengefäß werden definierte Mengen von Probenkomponenten elektrophoretisch oder elektroosmotisch in die Kapillare transportiert. Die Höhe der benötigten Spannung während der Trennung hängt von der Länge der Trennkapillare ab. Normalerweise wird ein UV-Absorptionsdetektor eingesetzt, für spezielle Anwendungen kann auch ein Fluoreszenz- oder Leitfähigkeitsdetektor verwendet werden. Die Abbildung zeigt die schematische Darstellung einer Kapillarelektrophorese.
Kapillarelektrophorese eignet sich gut zur Automatisierung und für Analysen mit hohem Durchsatz, weil die Kapillaren wiederholt eingesetzt werden. Speziell für die klinische Chemie gibt es Kapillarelektrophoresegeräte mit Mehrfachkapillaren und automatischen Probenaufgabe- und Auswertesystemen.
DNA-Sequenzierung wird vielfach mittels Kapillarelektrophoresen mit Multikapillaren durchgeführt. Aber auch bei einer ganzen Reihe von DNA-Fragmentanalysen kommt die Kapillarelektrophorese zum Einsatz.
Einsatzgebiet
Serumprotein-Elektrophorese; Nukleinsäureelektrophorese; Nachweis von Metaboliten, Peptiden, Drogen, Arzneimitteln in Serum und Urin; DNA-Sequenzierung; DNA-Fragmentanalysen, z. B. für Forensik, Genetik und Typisierung von Mikroorganismen.
Untersuchungsmaterial
Humanserum, Urin, Nukleinsäurenamplifikate.
Instrumentierung
Kapillarelektrophoresegerät mit PC für Kontrolle des Geräts und Auswertung der Ergebnisse.
Sensitivität
Die Empfindlichkeit mit der meist üblichen UV-Absorption liegt im Bereich pmol bis fmol.
Fehlermöglichkeit
Durch Automatisierung werden Fehlermöglichkeiten stark herabgesetzt. Bei Proteinelektrophoresen können präzipitierende Proteine die Kapillaren unbrauchbar machen.
Praktikabilität - Automatisierung - Kosten
Kapillarelektrophorese hat einen hohen Automatisierungsgrad. Die Kosten für das Gerät sind hoch, die für Verbrauchsmittel sehr gering.
Literatur
Lottspeich F, Engels JW (Hrsg) (2012) Bioanalytik, 3. Aufl. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg