基于离子交换膜的无两性电解质微流控自由流等电聚焦技术实现生物颗粒精准分离

【编辑推荐】本研究创新性地开发了基于Nafion离子交换膜的无两性电解质（CA-free）微流控自由流等电聚焦（μ-FFIEF）系统，通过电化学驱动质子迁移形成稳定pH梯度（pH 2-9），成功实现荧光聚苯乙烯颗粒、大肠杆菌（E. coli）和mRNA-脂质纳米颗粒（mRNA-LNPs）的连续高分辨率分离，为制备型生物分析和芯片实验室（lab-on-a-chip）提供了免标记、低干扰的新型分离平台。

　　

亮点

本研究通过质子注入构建了无两性电解质的连续pH梯度系统，突破传统自由流等电聚焦（FFIEF）技术对昂贵两性电解质的依赖。

引言

自由流电泳（FFE）作为连续、非变性的免标记分离技术，已广泛应用于核酸、肽段、蛋白质和细胞器的分离。相较于传统技术，FFE具备更优的生物相容性和操作通量优势。

材料与试剂

采用0.1M HCl（阳极液）和0.1M NaCl（阴极液）构建电化学体系，以全氟化离子交换树脂（Nafion 20 wt%）作为质子传输介质，Tris-HCl缓冲液（0.02M）调节pH梯度。

结果与讨论

图1展示了实验装置的核心设计：主通道与缓冲液通道通过Nafion膜实现电化学耦合。在90V电压和15μL/min流速下，系统可稳定维持pH 2-9梯度超过60分钟，电流波动<5%。荧光标记实验证实，三种模型颗粒（pI 4.5/6.2/8.5）的空间分辨率达0.5mm，zeta电位分析验证了分离机制的电化学特异性。

结论

该μ-FFIEF平台通过电驱动质子迁移成功替代两性电解质，为生物大分子分离提供了更稳定、更经济的解决方案，其与质谱检测的兼容性尤为突出。

结论（二次强调）

离子选择膜技术的创新应用不仅解决了pH梯度稳定性难题，更为单细胞分析和纳米药物递送系统的制备开辟了新途径。