生物制药用毛细管电泳

01概述与价值链#

Markers EC: US FDA 21 CFR Part 11 + USP <129>/<1053> for capillary electrophoresis method validation | OECD: 生物制药 | Regulator: FDA（美国）, EMA（欧盟）, NMPA（中国）

毛细管电泳（CE）在高电压下将带电分子通过一根细小的熔融石英毛细管进行分离，在三种不 同应用中以自动化、更高分辨率、更低样品用量的形式取代了平板凝胶电泳。SDS毛细管凝胶 电泳（CE-SDS）在变性条件下按大小分离蛋白质，用于定量纯度检测，是传统SDS-PAGE凝胶的 自动化等效方法，但精度远高于后者且不存在胶间差异。成像毛细管等电聚焦（icIEF）分离蛋 白质的电荷变体——由脱酰胺、糖化及其他翻译后修饰产生的酸性与碱性组分——通过相机直接 对聚焦条带成像，而非将其移动经过固定探测器，从而将分析时间从数小时压缩至数分钟。微 流控芯片电泳将同样的分离原理微型化至一次性芯片上，用于快速核酸片段粒度分析，是质粒 DNA与mRNA生产中的重要质控环节。与质谱联用后，CE-MS为分离结果增加了分子身份信息，将 纯度或电荷变体图谱转化为身份与纯度的联合表征。

生物制药用毛细管电泳的关键方向：

1. CE-SDS纯度检测（CE-SDS）： 在变性条件下的毛细管凝胶电泳取代传统SDS-PAGE，实 现自动化、定量的蛋白质纯度测定，胶间差异远低于传统方法。
2. 成像毛细管等电聚焦（icIEF）： 直接对聚焦的电荷变体条带进行相机成像，相比迁移 式cIEF将电荷异质性分析时间从数小时压缩至数分钟。
3. 微流控芯片电泳（Chip-Based CE）： 在一次性芯片上微型化的电泳技术，用于快速核 酸片段粒度分析，是质粒DNA与mRNA生产中的重要质控环节。
4. 毛细管电泳-质谱联用（CE-MS）： 毛细管电泳直接接入质谱仪的离子化源，将高分辨 率分离与分子身份确认相结合。

行业价值链#

[样品：蛋白质/核酸] ──> [毛细管/芯片装样] ──> [高电压分离] ──> [检测：紫外/荧光/成像/质谱]
                                                                  │
                                                          （峰/条带归属）
                                                                  │
                                                                  ▼
[纯度/电荷变体/身份报告] <─── [软件：电泳图积分、图像分析]

价值链层级#

行业跨领域技术：

• 多毛细管并行系统： 同时运行8、12根或更多毛细管，可成倍提升高通量质控与表征工 作流程的样品通量。
• 自动化方法迁移软件： 厂商工具可在不同仪器代际之间转换经验证的CE-SDS或icIEF方 法，同时保持分辨率与精度。
• AI辅助峰/条带解卷积： 较新的软件越来越多地辅助自动积分紧密排列的电荷变体峰， 否则这些峰需要人工审查。

02美国#

美国拥有该品类规模最大的仪器制造商，业务覆盖从CE-MS蛋白质组学到CE-SDS/icIEF放行检 测以及核酸微流控质控的全流程。

CE-MS蛋白质组学、电荷变体分析、核酸微流控粒度分析#

• SCIEX： CESI 8000 Plus将毛细管电泳直接与电喷雾电离质谱联用，BioPhase 8800系 统则增加了原生荧光检测模块，用于更高灵敏度的生物制药表征。
• Agilent Technologies： 7100 CE系统配备50位自动进样转盘与实时紫外-可见光二极 管阵列检测器，同时支持通用CE与CE-MS工作流程。
• Revvity： LabChip GX平台将毛细管电泳微型化至微流控芯片上，用于快速核酸片段粒 度分析，厂商正积极将该应用优化用于质粒DNA与mRNA/基因治疗质控。
• ProteinSimple（Bio-Techne）： Maurice系统在同一自动化平台上集成icIEF与 CE-SDS，Maurice C型号则提供专用的纯cIEF配置，用于身份与电荷异质性检测。

03中国#

本轮筛查中没有总部位于中国的毛细管电泳仪器厂商在自有域名上取得确证证据；需求由中国 不断扩张的生物制药表征与质控放行基础驱动，目前主要通过全球厂商的区域经销与应用支持 网络提供。

依赖进口仪器、国内生物制药质控需求、经销商主导的市场#

• 全球厂商经销： SCIEX、Agilent、Revvity、ProteinSimple与Qiagen均在中国设有销 售与应用支持机构，服务国内生物制药与基因组学企业。
• 国内生物制药质控能力建设： 中国不断扩张的生物制品与mRNA/基因治疗生产基础是毛 细管电泳需求的主要驱动因素，本次筛查未确认有本土仪器厂商。
• 筛查说明： 本轮探查了两家总部位于中国的候选仪器厂商，均未在自有域名上返回确 证证据——这并不代表本土厂商不存在，只是本轮未获确认。

04欧盟#

德国的Qiagen是欧洲贡献的支柱，其以核酸为重点的毛细管电泳平台不同于美国厂商侧重的蛋 白质表征方向。

自动化核酸片段分析、即用型凝胶卡盒、DNA/RNA质控平台#

• Qiagen（德国）： QIAxcel Connect自动化毛细管电泳系统面向快速、高灵敏度、高分 辨率的DNA片段分析与RNA质控，使用即用型凝胶卡盒，定位为中小实验室替代平板凝胶电泳 的易用方案。

05领先企业与研究机构#

06技术栈与创新#

该技术栈将毛细管或芯片分离物理原理、检测模式与峰/条带归属软件叠加在一起，平台的选择 取决于应用需要的是蛋白质纯度、电荷变体、核酸粒度还是联合身份数据。

1. SDS毛细管凝胶电泳（CE-SDS）：
   • 经SDS变性的蛋白质在毛细管内的筛分聚合物基质中迁移，在施加的高电压下按大小分 离。
   • 自动化多毛细管系统取代了人工浇筑与染色平板凝胶，给出的定量纯度结果批次间差异 远低于传统方法。
2. 成像毛细管等电聚焦（icIEF）：
   • 蛋白质沿毛细管内的pH梯度在其等电点聚焦；对整根毛细管进行相机成像可直接捕获聚 焦条带，而无需使其经过固定探测器。
   • 相比约需一小时的迁移式cIEF方法，将电荷变体分析时间压缩至数分钟，同时保持对紧 密排列的酸性与碱性组分的分辨能力。
3. 微流控芯片电泳：
   • 一次性芯片将毛细管分离通道微型化，在降低样品与试剂用量的同时，实现快速自动化 的核酸片段粒度分析。
   • 越来越多地被优化用于质粒DNA与mRNA/基因治疗质控，其中片段大小分布是关键的工艺 与放行参数。

07价值链与生产管线#

生物制药CE-SDS/icIEF表征运行的工业管线（USP <129>/<1053> / 21 CFR Part 11）#

┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. 样品制备                 │ ───> │ 2. 毛细管/芯片装样           │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                 │
                                                 ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. 检测                     │ <─── │ 3. 高电压分离                │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. 峰/条带归属              │ ───> │ 6. 表征报告                  │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘

阶段1：样品制备

使用SDS及还原或非还原试剂对蛋白质样品进行变性处理（用于CE-SDS），或将其调整为特定 的两性电解质混合物（用于icIEF）；核酸样品则稀释至芯片的进样范围。

阶段2：毛细管或芯片装样

通过压力或电动进样方式将制备好的样品注入熔融石英毛细管，或装载至一次性微流控芯片的 样品孔中。

阶段3：高电压分离

施加的电场（通常为数万伏特）以由大小（CE-SDS）、等电点（icIEF）或大小与电荷共同 （核酸片段）决定的速率，推动带电物种通过毛细管或芯片通道。

阶段4：检测

紫外吸收、激光诱导荧光、整根毛细管相机成像或质谱检测，在物种迁移或到达聚焦位置时捕 获已分离的物种。

阶段5：峰或条带归属

电泳图积分或图像分析软件将每个峰或条带归属为特定物种——纯度组分、电荷变体或核酸片 段大小——并计算其相对丰度。

阶段6：表征报告

将汇总的纯度、电荷变体或片段大小图谱与USP <129>/<1053>下经验证的方法规格进行比 对，并附带符合21 CFR Part 11的审计追踪，用于GxP放行或表征申报。