综述：气相电泳（nES GEMMA仪器）在分子量测定中的应用

本综述系统回顾了nES GEMMA（纳米电喷雾气相电泳迁移分子分析仪）技术在生物纳米粒子分子量测定中的应用发展历程（1996-2025）。文章详细阐述了该技术通过电泳迁移直径（EMD）与分子量（MW）的关联函数，实现对蛋白质、病毒、病毒样颗粒（VLP）及多糖等不同类别生物纳米粒子的精准表征，并强调了根据不同 analyte 类别选择特定校准函数的重要性。

　　

气相电泳技术的诞生与发展

气相电泳技术通过nES GEMMA仪器（又称nES DMA、MacroIMS或LiquiScan ES）实现了在常压气相环境中对单电荷气溶胶化生物纳米粒子的分离。该技术依据粒子的电泳迁移直径（EMD）——即与球形分析物等效的尺寸参数——生成粒径谱图，将粒子数量浓度与粒径值关联。自1996年Kaufman团队首次报道该仪器以来，其基于EMD测定分子量（MW）的能力便成为分析化学领域的重要突破。

早期校准函数仅基于蛋白质单体、二聚体及更大聚集体建立，后续研究表明该函数适用于球状蛋白质的MW计算，但对于其他物质类别（如病毒、多糖等）则存在显著偏差，从而推动了更多针对性校准函数的开发。

气相电泳在蛋白质分子量测定中的应用

2001年，Bacher与Allmaier团队首次建立了蛋白质EMD与MW的关联函数，覆盖了从单体到多聚体的广泛范围。尽管二十年后发现液相聚集形成的蛋白质聚集体与nES生成聚集体在EMD上存在微小差异，但该工作仍为大型蛋白质复合物的MW测定提供了重要工具。例如，该技术成功应用于3.6 MDa的蚯蚓血红蛋白、20S蛋白酶体复合物、重组Von Willebrand因子及IgG聚集体等的表征。Kaddis团队甚至利用该技术测定了高达10 MDa的穹窿 macromolecules，尽管其特殊结构导致MW计算存在偏差。

病毒与病毒样颗粒（VLP）的分子量测定

nES GEMMA技术较早应用于人类鼻病毒、烟草花叶病毒（TMV）等病毒颗粒的分析。研究发现，球形病毒颗粒（如蜱传脑炎病毒疫苗颗粒）在气相中能保持形态与免疫原性，而 elongated 结构（如TMV）则易在nES过程中碎裂。

通过结合质谱（MS）技术（如Heck团队和Jarrold团队的工作），2015年建立了完整非包膜病毒颗粒的EMD/MW关联函数，2019年进一步建立了VLP的校准函数。这些研究明确表明：病毒与VLP虽均由蛋白质构成，但因三维结构差异（如基因组支架、脂质包膜等），需使用不同的校准函数。例如，空壳与满载的腺相关病毒（AAV）VLP需分别采用VLP和病毒的校准函数计算MW。

其他分析物的应用探索

除蛋白质和病毒外，nES GEMMA技术还拓展至DNA、聚合物（如PEG）、树枝状聚合物（PAMAM）及多糖等领域。研究发现，线性多糖（如pullulan、燕麦β-葡聚糖）的EMD随MW增长的变化远小于支链多糖（如dextran），可能与气相中线性分子的 solvation 问题、电荷稳定特性或非球形结构有关。此外，该技术近期还用于表征锰介导的蛋白质-DNA转录因子复合物。

结论与展望

nES GEMMA技术已成为生物纳米粒子MW测定的重要工具，但其准确性高度依赖于分析物类别（包括结构与形状）及对应校准函数的选择。如表1所示，不同类别分析物的校准函数MW = a × EMD^b中，b值越接近3，表明粒子越接近球形。

近年来，该技术在仪器性能上持续优化：软X射线与电晕放电取代放射性源用于电荷平衡；毛细管制备工艺标准化；鞘气流速提升提高了分辨率。未来，该技术有望在实时生物威胁监测、新分析物类别探索等领域发挥更大作用，进一步深化纳米尺度过程的科学认知。

（注：全文基于原文内容缩编，未添加未提及的结论或数据。）