BRNĚNSKÁ ELEKTROFORETICKÁ ŠKOLA

Význam tématu

Elektroforetická separační technika, zejména kapilární elektroforéza a izotachoforéza, se stala od sedmdesátých let nepostradatelnou metodou v analytické a bioanalytické chemii. Umožňuje vysoce selektivní, citlivé a rychlé stanovení široké škály iontových i makromolekulárních analytů v různých vzorcích od pitné vody přes biologické tekutiny až po potraviny či farmaceutika. Vývoj metodiky a teoretických konceptů významně ovlivnil rozvoj hyphenovaných technik, mikrofluidických systémů i počítačových simulací, přičemž Brněnská elektroforetická škola hrála klíčovou roli v globálním kontextu.

Cíle a přehled článku

Článek shrnuje stoleté dějiny analytické elektroforézy se zaměřením na vznik a rozvoj metod na ústavu analytické chemie AV ČR v Brně. Popisuje první příspěvky k teorii a instrumentaci izotachoforézy a zónové elektroforézy v Československu 60. let, vznik Brněnské elektroforetické školy a její pionýrské přístupy k novým elektroforetickým konceptům, dvojrozměrným separacím a propojení s hmotnostní spektrometrií.

Použitá metodika a instrumentace

Ultratenké kapilární systémy (0,2–0,5 mm) pro zónovou a izotachoforetickou separaci
Vlastní aparatury pro kapilární izotachoforézu (Boček–Deml)
Elektrokinetické kontinuální dávkování vzorku a vedoucího elektrolytu
Modelování izotachoforetických a zónových dějů pomocí programů PeakMaster, Simul
Kombinace izotachoforézy se zónovou elektroforézou v jedné kapiláře či v sérii
Propojení kapilární elektroforézy s ESI–MS a mikroelektromembránové extrakce

Hlavní výsledky a diskuse

Definování a experimentální ověření konceptu diagramu existence izotachoforetických zón
Korekční faktory pro kvantitativní analýzu a opti­malizaci pH a koncentrace elektrolytů
Matematický model tvaru píku a predikce symetrických zón
Vývoj kontinuálně dávkovaného systému pro zvýšení citlivosti a separační kapacity
Strategie výběru základního elektrolytu pro potlačení systémových píkových jevů
Propojení izotachoforézy se zónovou elektroforézou umožnilo zvýšit rozlišení a citlivost oproti jednoduchým technikám

Přínosy a praktické využití metody

Analýza aniontů a kationtů v pitné vodě (dusičnany, sírany, chloridy)
Separace a sekvenování DNA fragmentů v diagnostice dědičných onemocnění
Stanovení markerů konzumace alkoholu a léčiv v biologických tekutinách
Detekce stopových nečistot v iontových kapalinách
Rychlá diagnostika otravy methanolem měřením mravenčanu
On-line propojení s hmotnostní spektrometrií pro proteomiku a metabolomiku

Budoucí trendy a možnosti využití

Další miniaturizace a mikrofluidické integrace elektroforetických kroků
Adaptace na automatizované a vysoce propustné platformy pro biologické vzorky
Rozvoj umělé inteligence pro návrh elektrolytových systémů a simulací separačních procesů
Hyphenace s novými detekčními prvky (nanomateriály, kvantové tečky) pro zvýšení citlivosti
Vývoj vícefázových a multidimenzionálních systémů pro komplexní vzorky

Závěr

Brněnská elektroforetická škola představuje klíčovou historii rozvoje kapilární izotachoforézy a zónové elektroforézy. Pionýrské práce na instrumentaci, teorii i aplikacích položily základy pro současnou špičkovou analytickou praxi i výzkum a nadále inspirují inovace ve vysoce selektivních separačních metodách.

Reference

1. Kohlrausch F.: Ann. Phys. Chem., N. F. 62, 209 (1897)
2. Nernst W.: Z. Elektrochem. 3, 308 (1897)
3. Whetham W. C. D.: Phil. Trans. A 184, 337 (1893)
4. Kendall J.: Science 67, 163 (1928)
5. Tiselius A.: Nova Acta Regiae Soc. Sci. Uppsalien­sis 7, 1 (1930)
6. Hjertén S.: Arkiv Kemi 13, 151 (1958)
7. Virtanen R., Kivalo P.: Suomen Kemistilehti B, 182 (1969)
8. Jokl V.: J. Chromatogr. 13, 451 (1964)
9. Jokl V., Dolejšová J., Matušová M.: J. Chromatogr. 172, 239 (1979)
10. Jokl V., Polášek M., Pospíchalová J.: J. Chromatogr. 391, 427 (1987)
11. Schraml J., Vacík J., Grubner O., Dvořák J.: J. Chromatogr. 9, 154 (1962)
12. Everaerts F. M., Vacík J., Verheggen Th. P. E. M., Zuska J.: J. Chromatogr. 60, 397 (1971)
13. Vacík J., Zuska J.: Chem. Listy 66, 416 (1972)
14. Vacík J., Zuska J.: J. Chromatogr. A 91, 795 (1974)
15. Deyl Z.: Electrophoresis, Elsevier, Amsterdam 1979
16. Fidler V., Vacík J., Fidler Z.: J. Chromatogr. 320, 175 (1985)
17. Boček P., Deml M., Janák J.: J. Chromatogr. 91, 829 (1974)
18. Boček P., Deml M., Janák J.: J. Chromatogr. 106, 283 (1975)
19. Ryšlavý Z., Boček P., Deml M., Janák J.: J. Chromatogr. 144, 17 (1977)
20. Ryšlavý Z., Boček P., Deml M., Janák J.: J. Chromatogr. 147, 446 (1978)
21. Foret F., Gebauer P.: Chem. Listy 114, 3 (2020)