केशिका वैद्युतकणसंचलन

Capillary electrophoresis

Acronym	CE
Classification	Electrophoresis
Analytes	Biomolecules Chiral molecules
Other techniques
Related	gel electrophoresis Two-dimensional gel electrophoresis
Hyphenated	Capillary electrophoresis mass spectrometry

केशिका वैद्युतकणसंचलन (CE) सबमिलीमीटर व्यास की केशिकाओं और सूक्ष्म और नैनोफ्लुइडिक चैनलों में प्रदर्शित किए गए इलेक्ट्रोकाइनेटिक पृथक्करण विधियों का एक परिवार है। बहुत बार, CE केशिका क्षेत्र वैद्युतकणसंचलन (CZE) को संदर्भित करता है, लेकिन केशिका जेल वैद्युतकणसंचलन (CGE), केशिका आइसोइलेक्ट्रिक फोकसिंग (CIEF), केशिका आइसोटाकोफोरेसिस और माइक्रेलर इलेक्ट्रोकाइनेटिक क्रोमैटोग्राफी (MEKC) सहित अन्य वैद्युतकणसंचलन तकनीकें भी इस वर्ग की विधियों से संबंधित हैं। CE विधियों में, विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में एनालाइट्स इलेक्ट्रोलाइट्स विलयनों के माध्यम से अभिगमन करते हैं। एनालाइट्स को आयनिक गतिशीलता और/या गैर-सहसंयोजक अन्तःक्रिया के माध्यम से एक वैकल्पिक चरण में विभाजन के अनुसार अलग किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, चालकता और पीएच में प्रवणता के माध्यम से एनालाइट्स को सघन या ''संकेंद्रित'' किया जा सकता है।

इंस्ट्रुमेंटेशन

चित्र 1: केशिका वैद्युतकणसंचलन प्रणाली का आरेख

केशिका वैद्युतकणसंचलन करने के लिए आवश्यक इंस्ट्रुमेंटेशन अपेक्षाकृत सरल है। एक केशिका वैद्युतकणसंचलन प्रणाली का एक बुनियादी आरेख् चित्र 1 में दिखाया गया है। प्रणाली के मुख्य घटक एक प्रतिदर्श कूपिका, स्रोत और गंतव्य कूपिका, एक केशिका, इलेक्ट्रोड, एक उच्च वोल्टेज बिजली की आपूर्ति, एक संसूचक और एक डेटा आउटपुट और हैंडलिंग उपकरण हैं। स्रोत कूपिका, गंतव्य कूपिका और केशिका एक जलीय बफर विलयन जैसे इलेक्ट्रोलाइट्स से भरे हुए हैं। प्रतिदर्श प्रस्तुत करने के लिए, केशिका प्रवेशिका को कूपिका में रखा जाता है। प्रतिदर्श को केशिका क्रिया, दबाव, साइफ़ोनिंग या इलेक्ट्रोकाइनेटिक रूप से केशिका में प्रस्तुत किया जाता है, और केशिका को फिर स्रोत कूपिका में लौटा दिया जाता है। एनालाइट्स का स्थानांतरण एक विद्युत क्षेत्र द्वारा शुरू किया जाता है जिसे स्रोत और गंतव्य कूपिका के बीच लागू किया जाता है और उच्च वोल्टेज बिजली आपूर्ति द्वारा इलेक्ट्रोड को आपूर्ति की जाती है। सीई के सबसे सामान्य मोड में, सभी आयन, सकारात्मक या नकारात्मक, इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह द्वारा उसी दिशा में केशिका के माध्यम से खींचे जाते हैं। एनालाइट्स अलग हो जाते हैं क्योंकि वे अपनी इलेक्ट्रोफोरमैटिक गतिशीलता के कारण अभिगमन करते हैं, और केशिका के बहिर्गम अंत के पास पाए जाते हैं। संसूचक का आउटपुट डेटा आउटपुट और हैंडलिंग उपकरण जैसे इन्टिग्रेटर या कंप्यूटर को भेजा जाता है। डेटा को तब एक इलेक्ट्रोफेरोग्राम के रूप में प्रदर्शित किया जाता है, जो समय के फंक्शन के रूप में संसूचक प्रतिक्रिया की सूचना देता है। इलेक्ट्रोफेरोग्राम में अलग-अलग रासायनिक यौगिक अलग-अलग अभिगमन समय के साथ नोकों के रूप में दिखाई देते हैं। इस तकनीक का श्रेय प्राय: जेम्स डब्ल्यू. जोर्गेनसन और क्रिन डेअरमैन लुकास को दिया जाता है, जिन्होंने पहली बार इस तकनीक की क्षमताओं का प्रदर्शन किया था। केशिका वैद्युतकणसंचलन को पहले रिचर्ड डी. स्मिथ और सहकर्मियों द्वारा मास स्पेक्ट्रोमेट्री के साथ जोड़ा गया था, और बहुत छोटे प्रतिदर्श आकारों के विश्लेषण के लिए अत्यधिक उच्च संवेदनशीलता प्रदान करता है। बहुत छोटे प्रतिदर्श के आकार के बावजूद (प्रायः केवल कुछ नैनोलीटर तरल को केशिका में प्रस्तुत किया जाता है), उच्च संवेदनशीलता और नुकीली नोकों को इंजेक्शन रणनीतियों के कारण प्राप्त किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रवेशिका के पास एक संकीर्ण क्षेत्र में एनालाइट्स की सांद्रता होती है। यह चल रहे बफर की तुलना में कम चालकता (जैसे कम नमक सांद्रता) के बफर में प्रतिदर्श को निलंबित करके या तो दबाव या इलेक्ट्रोकाइनेटिक इंजेक्शन में प्राप्त किया जाता है। फील्ड-एम्प्लीफाइड सैंपल स्टैकिंग (आइसोटैकोफोरेसिस का एक रूप) नामक एक प्रक्रिया के परिणामस्वरूप कम-चालकता वाले प्रतिदर्श और उच्च-चालकता वाले बफर के बीच की सीमा पर एक संकीर्ण क्षेत्र में एनालाइट्स की सांद्रता होती है।

अधिक प्रतिदर्श प्रवाह प्राप्त करने के लिए, केशिकाओं के ऐरे वाले उपकरणों का उपयोग एक साथ कई प्रतिरूपों का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है। 16 या 96 केशिकाओं के साथ इस तरह के केशिका ऐरे वैद्युतकणसंचलन (सीएई) उपकरणों का उपयोग मध्यम से उच्च-प्रवाह केशिका डीएनए अनुक्रमण के लिए किया जाता है, और केशिकाओं के प्रवेशिका सिरों को एसबीएस-मानक पदचिह्न 96-अच्छी प्लेटों से सीधे प्रतिदर्श स्वीकार करने के लिए स्थानिक रूप से व्यवस्थित किया जाता है। इंस्ट्रुमेंटेशन के कुछ पहलू (जैसे संसूचक) एकल-केशिका प्रणाली की तुलना में आवश्यक रूप से अधिक जटिल हैं, लेकिन प्रारुप और संचालन के मूलभूत सिद्धांत चित्र 1 में दिखाए गए समान हैं।

जांच

केशिका वैद्युतकणसंचलन द्वारा पृथक्करण का कई संसूचक उपकरणों द्वारा पता लगाया जा सकता है। अधिकांश वाणिज्यिक प्रणालियाँ यूवी या यूवी-विज़ अवशोषक का पता लगाने के प्राथमिक तरीके के रूप में उपयोग करती हैं। इन प्रणालियों में, केशिका का एक भाग ही पहचान सेल के रूप में उपयोग किया जाता है। ऑन-ट्यूब संसूचक का उपयोग रिज़ॉल्यूशन के नुकसान के बिना अलग-अलग एनालाइट्स का पता लगाने में सक्षम बनाता है। प्रायः, केशिका वैद्युतकणसंचलन में उपयोग की जाने वाली केशिकाएं लचीलेपन में वृद्धि के लिए एक बहुलक (प्राय: पॉलीइमाइड या टेफ्लान) के साथ लेपित होती हैं। हालांकि, यूवी पहचान के लिए उपयोग की जाने वाली केशिका का हिस्सा वैकल्पिक रूप से पारदर्शी होना चाहिए। पॉलीइमाइड-लेपित केशिकाओं के लिए, लेपन का एक खंड प्रायः कई मिलीमीटर लंबी एक अरक्षित विंडो प्रदान करने के लिए जलाया या उच्छिष्ट किया जाता है। केशिका का यह अरक्षित खंड आसानी से टूट सकता है, और सेल विंडो की स्थिरता बढ़ाने के लिए पारदर्शी लेपन के साथ केशिकाएं उपलब्ध हैं। केशिका वैद्युतकणसंचलन (~ 50 माइक्रोमीटर) में संसूचक सेल की पथ लंबाई पारंपरिक यूवी सेल (~ 1 सेंटीमीटर) की तुलना में बहुत कम है। बीयर-लैंबर्ट कानून के अनुसार, संसूचक की संवेदनशीलता सेल की पथ लंबाई के समानुपाती होती है। संवेदनशीलता में सुधार करने के लिए, पथ की लंबाई बढ़ाई जा सकती है, हालांकि इसके परिणामस्वरूप रिज़ॉल्यूशन का नुकसान होता है। केशिका ट्यूब का पता लगाने के संसूचक बिंदु पर विस्तार किया जा सकता है, एक लंबी पथ लंबाई के साथ एक ''बबल सेल'' बना सकता है या अतिरिक्त नलिका को पता लगाने के संसूचक बिंदु पर जोड़ा जा सकता है जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। हालांकि, इन दोनों तरीकों से अलगाव का रिज़ॉल्यूशन कम हो जाएगा। यह कमी लगभग ध्यान देने योग्य नहीं है अगर एक केशिका की दीवार में ताप और दबाव द्वारा एक चिकनी एन्यूरिज्म का उत्पादन किया जाता है, क्योंकि प्लग प्रवाह को संरक्षित किया जा सकता है। गैरी बैबॉक गॉर्डन, यूएस पेटेंट 5061361 द्वारा यह आविष्कार, प्रायः अवशोषण पथ की लंबाई को तीन गुना कर देता है। जब एक यूवी अवशोषक संसूचक के साथ प्रयोग किया जाता है, तो सेल में एनालाइट्स का व्यापक अनुप्रस्थ काट दो गुना बड़े रोशनी वाले संकेतन की अनुमति देता है, जो दो के कारक द्वारा शॉट शोर को कम करता है। ये दो कारक एक साथ मिलकर एगिलेंट टेक्नोलॉजीज के बबल सेल CE संसूचक की संवेदनशीलता को सीधे केशिका का उपयोग करने वाले की तुलना में छह गुना बढ़ा देते हैं। हेवलेट-पैकर्ड जर्नल के जून 1995 के अंक के पृष्ठ 62 पर इस सेल और इसके निर्माण का वर्णन किया गया है।

चित्र 2: केशिका की पथ लंबाई बढ़ाने के लिए तकनीकें: ए) एक बबल सेल और बी) एक जेड-सेल (अतिरिक्त ट्यूबिंग)।

फ्लोरेसेंस संसूचक का उपयोग केशिका वैद्युतकणसंचलन में उन प्रतिरूपों के लिए भी किया जा सकता है जो स्वाभाविक रूप से फ्लोरोसेंट होते हैं या फ्लोरोसेंट टैग को सम्मिलित करने के लिए रासायनिक रूप से संशोधित होते हैं। पता लगाने का यह तरीका इन प्रतिरूपों के लिए उच्च संवेदनशीलता और बेहतर चयनात्मकता प्रदान करता है, लेकिन उन प्रतिरूपों के लिए उपयोग नहीं किया जा सकता है जो फ्लोरोसिस नहीं करते हैं। प्रोटीन और डीएनए सहित गैर-फ्लोरोसेंट अणुओं के फ्लोरोसेंट यौगिक या संयुग्म बनाने के लिए कई सूचक रणनीतियों का उपयोग किया जाता है। एक केशिका वैद्युतकणसंचलन प्रणाली में फ्लोरोसिस का पता लगाने के लिए प्रणाली जटिल हो सकती है। विधि के लिए आवश्यक है कि प्रकाश किरण को केशिका पर केंद्रित किया जाए, जो कई प्रकाश स्रोतों के लिए कठिन हो सकता है। CE प्रणाली में लेजर-प्रेरित फ्लोरोसिस का उपयोग पहचान सीमा के साथ 10^-18 से 10⁻²¹ मोल तक कम किया गया है। तकनीक की संवेदनशीलता घटना प्रकाश की उच्च तीव्रता और केशिका पर प्रकाश को सटीक रूप से केंद्रित करने की क्षमता के लिए जिम्मेदार है। रंग बिरंगा फ्लोरेसेंस संसूचक को विविध डाइक्रोइक मिरर और बैंडपास फिल्टर को सम्मिलित करके विविध संसूचकों (जैसे, फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब) के बीच फ्लोरेसेंस उत्सर्जन को अलग करने के लिए, या स्थिति-संवेदनशील संसूचक पर स्पेक्ट्रल रूप से हल किए गए फ्लोरेसेंस उत्सर्जन को प्रोजेक्ट करने के लिए प्रिज्म या झंझरी का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है, जैसे सीसीडी ऐरे। 4- और 5- रंग एलआईएफ संसूचक प्रणाली वाले सीई प्रणाली नियमित रूप से केशिका डीएनए अनुक्रमण और जीनोटाइपिंग ("डीएनए फिंगरप्रिंटिंग") अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाते हैं।

प्रतिदर्श घटकों की पहचान प्राप्त करने के लिए, केशिका वैद्युतकणसंचलन को सीधे मास स्पेक्ट्रोमीटर या सरफेस एनहांस्ड रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी(SERS) के साथ जोड़ा जा सकता है। अधिकांश प्रणालियों में, केशिका बहिर्गम को आयन स्रोत में प्रस्तुत किया जाता है जो इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण (ईएसआई) का उपयोग करता है। परिणामी आयनों का तब मास स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा विश्लेषण किया जाता है। इस व्यवस्था के लिए वाष्पशील बफर विलयनों की आवश्यकता होती है, जो नियोजित किए जा सकने वाले पृथक्करण मोड की सीमा और प्राप्त किए जा सकने वाले रिज़ॉल्यूशन के अंश को प्रभावित करेगा।माप और विश्लेषण ज्यादातर एक विशेष के साथ किया जाता है।

CE-SERS के लिए, केशिका वैद्युतकणसंचलन इलुआंट्स एक SERS-सक्रिय सब्सट्रेट पर जमा किया जा सकता है। केशिका वैद्युतकणसंचलन के दौरान एक स्थिर दर पर SERS- सक्रिय सब्सट्रेट को स्थानांतरित करके विश्लेषण प्रतिधारण समय को स्थानिक दूरी में अनुवादित किया जा सकता है। यह बाद की स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीक को उच्च संवेदनशीलता के साथ पहचान के लिए विशिष्ट इलुआंट्स पर लागू करने की अनुमति देता है। SERS- सक्रिय सबस्ट्रेट्स को चुना जा सकता है जो एनालाइट्स के स्पेक्ट्रम में हस्तक्षेप नहीं करते हैं।

पृथक्करण के तरीके

केशिका वैद्युतकणसंचलन द्वारा यौगिकों का पृथक्करण एक लागू विद्युत क्षेत्र में एनालाइट्स के अंतर स्थानांतरणन पर निर्भर है। वैद्युतकणसंचलन स्थानांतरणन वेग ($u_{p}$) विपरीत आवेश वाले इलेक्ट्रोड की ओर एक एनालाइट्स है:

$u_{p}=\mu _{p}E\,$

वैद्युतकणसंचलन गतिशीलता को स्थानांतरणन समय और क्षेत्र की तीव्रता से प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जा सकता है:

$\mu _{p}=\left({\frac {L}{t_{r}}}\right)\left({\frac {L_{t}}{V}}\right)$

जहाँ $L$ प्रवेश से पहचान बिंदु तक की दूरी है, $t_{r}$ विश्लेषण के लिए पहचान बिंदु (स्थानांतरणन समय) तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय है, $V$ लागू वोल्टेज (क्षेत्र की तीव्रता) है, और $L_{t}$ केशिका की कुल लंबाई है।चूँकि केवल आवेशित आयन विद्युत क्षेत्र से प्रभावित होते हैं, तटस्थ एनालाइट्स केशिका वैद्युतकणसंचलन द्वारा खराब रूप से अलग किए जाते हैं।

केशिका वैद्युतकणसंचलन में एक एनालाइट्स के स्थानांतरणन का वेग बफर विलयन के इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह(ईओएफ) की दर पर भी निर्भर करेगा। एक विशिष्ट प्रणाली में, इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह को नकारात्मक रूप से आवेशित कैथोड की ओर निर्देशित किया जाता है ताकि बफर केशिका के माध्यम से स्रोत कूपिका से गंतव्य कूपिका तक प्रवाहित हो। अलग-अलग इलेक्ट्रोफोरेटिक गतिशीलता से अलग, एनालाइट्स विपरीत आवेशित के इलेक्ट्रोड की ओर पलायन करते हैं।नतीजतन, नकारात्मक रूप से आवेशित किए गए एनालाइट सकारात्मक रूप से आवेशित किए गए एनोड की ओर आकर्षित होते हैं, ईओएफ के विपरीत, जबकि सकारात्मक रूप से आवेशित किए गए एनालाइट्स कैथोड की ओर आकर्षित होते हैं, जैसा कि ईओएफ के साथ चित्र 3 में दर्शाया गया है।

चित्र 3: आवेशित और तटस्थ एनालाइट(ए) को उनके संबंधित इलेक्ट्रोफोरेटिक और इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह गतिशीलता के अनुसार अलग करने का आरेख

इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह का वेग, $u_{o}$ के रूप में लिखा जा सकता है:

$u_{o}=\mu _{o}E$

जहाँ $\mu _{o}$ इलेक्ट्रोस्मोटिक गतिशीलता है, जिसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

$\mu _{o}={\frac {\epsilon \zeta }{\eta }}$

जहाँ $\zeta$ केशिका दीवार की जीटा क्षमता है, और $\epsilon$ बफर विलयन की सापेक्ष पारगम्यता है। प्रयोगात्मक रूप से, एक तटस्थ एनालाइट के अवधारण समय को मापकर इलेक्ट्रोस्मोटिक गतिशीलता निर्धारित की जा सकती है। वेग ($u$) एक विद्युत क्षेत्र में एक एनालाइट के रूप में परिभाषित किया जा सकता है:

$u_{p}+u_{o}=(\mu _{p}+\mu _{o})E$

चूंकि बफर विलयन का इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह प्रायः एनालाइट्स की इलेक्ट्रोफोरमैटिक गतिशीलता से अधिक होता है, इसलिए सभी एनालाइट्स को बफर विलयन के साथ कैथोड की ओर ले जाया जाता है। बफर विलयन के अपेक्षाकृत शक्तिशाली ईओएफ द्वारा यहां तक ​​​​कि छोटे, तिगुने आवेशित आयनों को कैथोड पर पुनर्निर्देशित किया जा सकता है। उनके परस्पर विरोधी इलेक्ट्रोफोरेटिक गतिशीलता के कारण नकारात्मक रूप से आवेशित किए गए एनालाइट्स को केशिका में लंबे समय तक बनाए रखा जाता है।संसूचक द्वारा देखे गए अभिगमन का क्रम चित्र 3 में दिखाया गया है: छोटे बहु आवेशित धनायन तेजी से पलायन करते हैं और छोटे बहु आवेशित आयन दृढ़ता से बने रहते हैं।

इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह तब देखा जाता है जब एक केशिका में विलयन के लिए एक विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है जिसकी आंतरिक दीवार पर स्थिर आवेश होता है। जब एक बफर विलयन केशिका के अंदर रखा जाता है तो केशिका की भीतरी सतह पर आवेश जमा हो जाता है। एक फ्यूज्ड-सिलिका केशिका में, केशिका की आंतरिक दीवार से जुड़े सिलानोल (सी-ओएच) समूह तीन से अधिक पीएच मान पर नकारात्मक रूप से आवेशित सिलनोएट (सी-ओ-) समूहों के लिए आयनित होते हैं। बफर विलयन शुरू करने से पहले केशिका के माध्यम से NaOH या पोटेशियम हाइड्रोक्साइड जैसे क्षारीय विलयन चलाकर केशिका दीवार के आयनीकरण को बढ़ाया जा सकता है। नकारात्मक रूप से आवेशित किए गए सिलानोएट समूहों के लिए आकर्षित, बफर विलयन के सकारात्मक रूप से आवेशित किए गए धनायनों की दो आंतरिक परतें बन जाएंगी (जिन्हें डिफ्यूज़ डबल परत या इलेक्ट्रिकल डबल परत कहा जाता है) केशिका की दीवार पर जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है। पहली परत को निश्चित परत के रूप में संदर्भित किया जाता है क्योंकि यह सिलानोएट समूहों के लिए कसकर संघटित की जाती है। बाहरी परत, जिसे मोबाइल परत कहा जाता है, साइलानोएट समूहों से दूर है। जब एक विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है तो मोबाइल धनायन परत को नकारात्मक रूप से आवेशित कैथोड की दिशा में खींचा जाता है। चूँकि ये धनायन विलायकयोजित हैं, बल्क बफर विलयन मोबाइल लेयर के साथ अभिगमन करता है, जिससे बफर विलयन का इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह होता है। टेफ्लॉन केशिकाओं सहित अन्य केशिकाएं भी इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह प्रदर्शित करती हैं। इन केशिकाओं का ईओएफ संभवतः केशिका की दीवारों पर बफर के विद्युत आवेशित आयनों के सोखने का परिणाम है।ईओएफ की दर क्षेत्र की ताकत और केशिका दीवार के आवेशित घनत्व पर निर्भर है। दीवार का आवेशित घनत्व बफर विलयन केप पीएच के समानुपाती होता है। इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह पीएच के साथ बढ़ेगा जब तक कि केशिका की दीवार को अस्तरण करने वाले सभी उपलब्ध सिलनोल पूरी तरह से आयनित नहीं हो जाते।

चित्र 4: एक बफर विलयन की उपस्थिति में एक जुड़े सिलिका जेल केशिका के भीतर का चित्रण।

कुछ स्थितियों में जहां कैथोड की ओर मजबूत इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह अवांछनीय है, केशिका की आंतरिक सतह को पॉलिमर, आर्द्रक या छोटे अणुओं के साथ लेपित किया जा सकता है ताकि इलेक्ट्रोस्मोसिस को बहुत कम स्तर तक कम किया जा सके, अभिगमन की सामान्य दिशा को बहाल किया जा सके (एनोड की ओर आयन, कैथोड की ओर उद्धरण)। सीई इंस्ट्रुमेंटेशन में प्रायः प्रतिवर्ती ध्रुवीयता के साथ बिजली की आपूर्ति सम्मिलित होती है, जिससे उसी उपकरण को ''सामान्य'' मोड (ईओएफ के साथ और केशिका के कैथोडिक अंत के पास पता लगाना) और ''विपरीत मोड'' (ईओएफ के साथ दबाने या उलटने, और निकट का पता लगाने, केशिका का एनोडिक अंत) में उपयोग करने की अनुमति मिलती है। ईओएफ को दबाने के लिए सबसे सामान्य दृष्टिकोणों में से एक, 1985 में स्टेलन हर्टेन द्वारा रिपोर्ट किया गया, रैखिक पॉलीएक्रिलामाइड की सहसंयोजक रूप से जुड़ी परत बनाना है। केशिका की सिलिका सतह को पहले एक

पोलीमराइज़ेबल विनाइल समूह (जैसे 3 मेथैक्रिलॉक्सीप्रोपिलट्रिमेथोक्सीसिलेन) वाले एक साइलेन अभिकर्मक के साथ संशोधित किया जाता है, इसके बाद एक्रिलामाइड मोनोमर और एक मुक्त रेडिकल इनिशिएटर की प्रस्तुति की जाती है। एक्रिलामाइड को सीटू में पोलीमराइज़ किया जाता है, जिससे लंबी रेखीय श्रृंखलाएँ बनती हैं, जिनमें से कुछ सहसंयोजक दीवार से बंधे हुए सिलने अभिकर्मक से जुड़ी होती हैं। केशिका सतहों के सहसंयोजक संशोधन के लिए कई अन्य रणनीतियाँ निहित हैं। गतिशील या अधिशोषित लेपन(जिसमें पॉलिमर या छोटे अणु सम्मिलित हो सकते हैं) भी सामान्य हैं। उदाहरण के लिए, डीएनए की केशिका अनुक्रमण में, छलनी बहुलक (प्रायः पॉलीडिमिथाइलैक्रिलामाइड) इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह को बहुत कम स्तर तक दबा देता है। इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह को संशोधित करने के अलावा, केशिका दीवार लेपन ''चिपचिपा'' एनालाइट (जैसे प्रोटीन) और केशिका दीवार के बीच अन्तःक्रिया को कम करने के उद्देश्य से भी काम कर सकती हैं। इस तरह की दीवार-एनालाइट अन्तःक्रिया, यदि गंभीर है, तो कम शिखर दक्षता, असममित (पूंछ) नोकों के रूप में प्रकट होती है, या केशिका दीवार को एनालाइट का पूर्ण नुकसान भी होता है।

कार्यक्षमता और रिज़ॉल्यूशन

केशिका वैद्युतकणसंचलन में अनुमानित प्लेटों की संख्या, या पृथक्करण दक्षता, द्वारा दी गई है:

$N={\frac {\mu V}{2D_{m}}}$

जहाँ $N$ अनुमानित प्लेटों की संख्या है, $\mu$ पृथक्करण माध्यम में स्पष्ट गतिशीलता है और $D_{m}$ एनालाइट का प्रसार गुणांक है। इस समीकरण के अनुसार, पृथक्करण की दक्षता केवल विसरण द्वारा सीमित होती है और विद्युत क्षेत्र की शक्ति के समानुपाती होती है, हालांकि व्यावहारिक विचार विद्युत क्षेत्र की शक्ति को कई सौ वोल्ट प्रति सेंटीमीटर तक सीमित करते हैं। बहुत उच्च क्षमता (>20-30 केवी) के उपयोग से केशिका में आर्कन या विघटन हो सकता है। इसके अलावा, मजबूत विद्युत क्षेत्रों के अनुप्रयोग से केशिका में बफर का बफर ताप (जूल ताप) होता है। पर्याप्त रूप से उच्च क्षेत्र की तीव्रता पर, यह ताप इतना मजबूत होता है कि केशिका के भीतर रेडियल तापमान प्रवणता विकसित हो सकती है। चूंकि आयनों की इलेक्ट्रोफोरेटिक गतिशीलता प्रायः तापमान पर निर्भर होती है (तापमान पर निर्भर आयनीकरण और विलायक चिपचिपाहट प्रभाव दोनों के कारण), एक गैर-समान तापमान वर्णन केशिका में इलेक्ट्रोफोरेटिक गतिशीलता की भिन्नता और रिज़ॉल्यूशन की हानि होती है। महत्वपूर्ण जूल तापन की प्रारंभक "ओम लॉ प्लॉट" का निर्माण करके निर्धारित किया जा सकता है, जिसमें केशिका के माध्यम से धारा को लागू क्षमता के कार्य के रूप में मापा जाता है। निचले क्षेत्रों में, विद्युत प्रवाह लागू क्षमता (ओम के नियम) के समानुपाती होता है, जबकि उच्च क्षेत्रों में विद्युत प्रवाह सीधी रेखा से विचलित हो जाता है क्योंकि ताप के परिणामस्वरूप बफर का प्रतिरोध कम हो जाता है। सबसे अच्छा रिज़ॉल्यूशन प्रायः अधिकतम क्षेत्र तीव्रता पर प्राप्त होता है, जिसके लिए जूल ताप नगण्य है (यानी ओम के नियम प्लॉट के रैखिक और गैर-रैखिक प्रवृत्ति के बीच की सीमा के पास)। प्रायः छोटे आंतरिक व्यास की केशिकाएं उच्च क्षेत्र की तीव्रता का समर्थन करती हैं, बड़ी केशिकाओं के सापेक्ष बेहतर ताप विसरण और छोटे तापीय प्रवणता के कारण, लेकिन कम पथ लंबाई के कारण अवशोषण का पता लगाने में कम संवेदनशीलता की कमियों के साथ, और बफर को शुरू करने में अधिक कठिनाई होती है, केशिका में प्रतिदर्श (छोटी केशिकाओं को केशिका के माध्यम से तरल पदार्थ को बल देने के लिए अधिक दबाव और/ या अधिक समय की आवश्यकता होती है)।

केशिका वैद्युतकणसंचलन पृथक्करण की दक्षता प्रायः एचपीएलसी जैसी अन्य पृथक्करण तकनीकों की दक्षता से बहुत अधिक है। एचपीएलसी के विपरीत, केशिका वैद्युतकणसंचलन में चरणों के बीच कोई सामूहिक स्थानांतरण नहीं होता है। इसके अलावा, ईओएफ-संचालित प्रणाली में प्रवाह वर्णन क्रोमैटोग्राफी पंक्ति में दबाव-संचालित प्रवाह की गोलाकार लैमिनार प्रवाह वर्णन विशेषता के अपेक्षाकृत समतल है, जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है। इसलिये, दबाव संचालित क्रोमैटोग्राफी में ईओएफ बैंड को चौड़ा करने में महत्वपूर्ण योगदान नहीं देता है। केशिका वैद्युतकणसंचलन पृथक्करण में कई लाख अनुमानित प्लेटें हो सकती हैं।

चित्र 5: लामिनार और इलेक्ट्रोस्मोटिक प्रवाह के प्रवाह प्रोफाइल।

रिज़ॉल्यूशन ($R_{s}$) केशिका वैद्युतकणसंचलन पृथक्करण के रूप में लिखा जा सकता है:

$R_{s}={\frac {1}{4}}\left({\frac {\triangle \mu _{p}{\sqrt {N}}}{\mu _{p}+\mu _{o}}}\right)$

इस समीकरण के अनुसार, अधिकतम रिज़ॉल्यूशन तब प्राप्त होता है जब इलेक्ट्रोफोरेटिक और इलेक्ट्रोसोमोटिक गतिशीलता परिमाण में समान होती है और प्रतीक में विपरीत होती है। इसके अलावा, यह देखा जा सकता है कि उच्च रिज़ॉल्यूशन के लिए कम वेग की आवश्यकता होती है और तदनुसार, विश्लेषण समय में वृद्धि होती है।

प्रसार और जूल ताप (ऊपर चर्चा की गई) के अलावा, कारक जो उपरोक्त समीकरण में सैद्धांतिक सीमा से केशिका वैद्युतकणसंचलन में रिज़ॉल्यूशन को कम कर सकते हैं, लेकिन इंजेक्शन अवरोधक और संसूचक विंडो की परिमित चौड़ाई तक सीमित नहीं हैं; एनालाइट और केशिका दीवार के बीच अन्तःक्रिया; वाद्य गैर-आदर्शताएं जैसे द्रव द्रवाशयों की ऊंचाई में साधारण अंतर साइफ़ोनिंग के लिए अग्रणी; विद्युत क्षेत्र में अनियमितताओं के कारण, उदाहरण के लिए, अपूर्ण रूप से कटे हुए केशिका सिरों; द्रवाशयों में बफर क्षमता में कमी; और विद्युतविक्षेपण (जब एक विश्लेषण में पृष्ठभूमि इलेक्ट्रोलाइट्स की तुलना में उच्च चालकता होती है)। प्रसार-सीमित रिज़ॉल्यूशन के आदर्श के जितना संभव हो उतना करीब पहुंचने के उद्देश्य से, केशिका वैद्युतकणसंचलन में सफल विधि विकास के लिए बैंड विस्तार के कई स्रोतों को पहचानना और कम करना महत्वपूर्ण है।

अनुप्रयोग

केशिका वैद्युतकणसंचलन का उपयोग लार में NH₄^+,, Na⁺, K⁺, Mg²⁺और Ca²⁺ आयनों के एक साथ निर्धारण के लिए किया जा सकता है।

फोरेंसिक विज्ञान में सीई के मुख्य अनुप्रयोगों में से एक पोलीमरेज श्रृंखला अभिक्रिया (पीसीआर) का उपयोग करके डीएनए अंशों के प्रवर्धन और पहचान के तरीकों का विकास है, जिससे फोरेंसिक डीएनए विश्लेषण में तेजी से और नाटकीय प्रगति हुई है। डीएनए पृथक्करण एक छलनी बफर से भरे पतले सीई 50-मिमी फ्यूज्ड सिलिका केशिकाओं का उपयोग करके किया जाता है। इन केशिकाओं में क्षयित ऊष्मा की उत्कृष्ट क्षमता होती है, जिससे स्लैब जेल वैद्युतकणसंचलन की तुलना में बहुत अधिक विद्युत क्षेत्र की ताकत का उपयोग किया जा सकता है। इसलिए केशिकाओं में अलगाव तेजी से और कुशलता से होता हैं। इसके अतिरिक्त, कुशल और स्वचालित इंजेक्शन के लिए केशिकाओं को आसानी से पुनर्भरण और बदला जा सकता है। संसूचक फ्लोरोसिस के माध्यम से केशिका में निक्षारित एक विंडो के माध्यम से होता है। एकल-केशिका और केशिका-ऐरे दोनों उपकरण ऐरे प्रणालियों के साथ उपलब्ध हैं जो 16 या अधिक प्रतिरूपों को एक साथ बढ़ाने के लिए सक्षम हैं।

फोरेंसिक जीवविज्ञानियों द्वारा CE का एक प्रमुख उपयोग अत्यधिक बहुरूपी आनुवंशिक मार्करों से एक रूपरेखा उत्पन्न करने के लिए जैविक प्रतिरूपों से एसटीआर टाइप करना है जो व्यक्तिगत रूप से भिन्न होता है। सीई के लिए अन्य उभरते उपयोगों में फोरेंसिक प्रतिदर्श के जैविक तरल पदार्थ या ऊतक उत्पत्ति की पहचान करने में मदद के लिए विशिष्ट एमआरएनए अंशों का पता लगाना सम्मिलित है।

फोरेंसिक में सीई का एक अन्य अनुप्रयोग स्याही विश्लेषण है, जहां इंकजेट प्रिंटर द्वारा मुद्रित दस्तावेजों की लगातार जालसाजी के कारण इंकजेट प्रिंटिंग स्याही का विश्लेषण अधिक आवश्यक होता जा रहा है। स्याही की रासायनिक संरचना जाली दस्तावेजों और नकली नोटों के घटनाओ में बहुत महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करती है। माइक्रेलर इलेक्ट्रोफोरेटिक केशिका क्रोमैटोग्राफी (MECC) विकसित की गई है और कागज से निकाली गई स्याही के विश्लेषण के लिए लागू की गई है। कई रासायनिक रूप से समान पदार्थों वाले स्याही के सापेक्ष इसकी उच्च संकल्प शक्ति के कारण, एक ही निर्माता से स्याही के बीच के अंतरों को भी अलग किया जा सकता है। यह स्याही की रासायनिक संरचना के आधार पर दस्तावेजों की उत्पत्ति का मूल्यांकन करने के लिए उपयुक्त बनाता है। यह ध्यान देने योग्य है कि विभिन्न प्रिंटर प्रतिरूप के साथ एक ही कार्ट्रिज की संभावित अनुकूलता के कारण, उनके MECC इलेक्ट्रोफोरेटिक वर्णन के आधार पर स्याही का विभेदन स्याही कार्ट्रिज की उत्पत्ति (इसके निर्माता और कार्ट्रिज संख्या) के निर्धारण के लिए प्रिंटर के मूल प्रतिदर्श के अपेक्षाकृत एक अधिक विश्वसनीय तरीका है। ।

एक विशेष प्रकार का सीई, एफ़िनिटी वैद्युतकणसंचलन (ACE), प्रोटीन-लिगैंड अन्तःक्रिया को समझने के लिए अंतराआण्विक बाइंडिंग अन्तःक्रिया का उपयोग करता है। फार्मास्युटिकल कंपनियाँ कई कारणों से ACE का उपयोग करती हैं, जिनमें से एक मुख्य है औषधि और लिगैंड्स या ड्रग्स के लिए एसोसिएशन/बाइंडिंग स्थिरांक और मिसेल जैसे कुछ वाहन प्रणालियाँ। यह अपनी सरलता, त्वरित परिणाम और कम विश्लेषण उपयोग के कारण व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीक है। एसीई का उपयोग एनालाइट्स के बाइंडिंग, पृथक्करण और पहचान में विशिष्ट विवरण प्रदान कर सकता है और जीवन विज्ञान में अध्ययन के लिए अत्यधिक व्यावहारिक प्रमाणित हुआ है। एप्टामर- आधारित संबंध केशिका वैद्युतकणसंचलन का उपयोग विशिष्ट संबंध अभिकर्मकों के विश्लेषण और संशोधनों के लिए किया जाता है। संशोधित एप्टामर आदर्श रूप से प्रदर्शित करते हैं और उच्च बाध्यकारी संबंध, विशिष्टता और न्यूक्लियस प्रतिरोध करते हैं। रेन एट अल. IL-1α और एप्टामर के बीच हाइड्रोफोबिक और ध्रुवीय अन्तःक्रिया से नई प्रतिमुखन सुविधाओं और उच्च आत्मीयता अन्तःक्रिया को प्रस्तुत करने के लिए एप्टामर में संशोधित न्यूक्लियोटाइड्स को सम्मिलित किया। हुआंग एट अल. एप्टामर का उपयोग करके प्रोटीन-प्रोटीन अन्तःक्रिया की जांच करने के लिए ACE का उपयोग करता है। एक α-थ्रोम्बिन बाइंडिंग एप्टामर को चयनात्मक फ्लोरोसेंट जांच के रूप में उपयोग के लिए 6-कार्बोक्सीफ्लोरेसिन के साथ वर्गीकृत किया गया था और प्रोटीन-प्रोटीन और प्रोटीन-डीएनए अन्तःक्रिया के लिए बाध्यकारी साइटों पर जानकारी को स्पष्ट करने के लिए अध्ययन किया गया था।

केशिका वैद्युतकणसंचलन (सीई) डीएनए अनुक्रमण करने के लिए एक महत्वपूर्ण, लागत प्रभावी दृष्टिकोण बन गया है जो उच्च प्रवाह और उच्च सटीकता अनुक्रमण जानकारी प्रदान करता है। वूली और मैथिस ने 97% सटीकता और 540 सेकंड में 150 आधारों की गति के साथ डीएनए अंशों को अनुक्रमित करने के लिए सीई चिप का उपयोग किया। उन्होंने फ्लोरोसेंट डेटा एकत्र करने के लिए 4-रंग का वर्गीकरण और पहचान प्रारूप का उपयोग किया। फ्लोरोसिस का उपयोग न्यूक्लिक अम्ल अनुक्रम, ए, टी, सी और जी के प्रत्येक भाग की सांद्रता को देखने के लिए किया जाता है, और इन सांद्रता चोटियों का पता लगाने से रेखांकन किया जाता है, जिनका उपयोग डीएनए के अनुक्रम को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

अग्रिम पठन

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• Rodrigues MR, Caramão EB, Arce L, Ríos A, Valcárcel M (July 2002). "Determination of monoterpene hydrocarbons and alcohols in Majorana hortensis Moench by micellar electrokinetic capillary chromatographic". Journal of Agricultural and Food Chemistry. 50 (15): 4215–20. doi:10.1021/jf011667n. PMID 12105948.

बाहरी संबंध

• CE animations