毛细管电泳原理、分离模式、相关技术及发展趋势

一、毛细管电泳的兴起与发展

毛细管电泳（capillaryelectrophoresis，CE），又称高效毛细管电泳（HPCE）是近年来发展最快的分析化学研究领域之一。1981年Jorgenson等在75μm内径的毛细管内用高电压进行分离，创立了现代毛细管电泳。1984年Terabe等]发展了毛细管胶束电动色谱（MECC）。1987年比Hjerten建立了毛细管等电聚焦（CIEF），Cohen和Karger提出了毛细管凝胶电泳（CGF）。1988～1989年出现了第一批CE商品仪器，1989年第一届国际毛细管电泳会议召开，标志了一门新的分支学科的产生。短短的几年内，由于CE符合了以生物工程为代表的生命科学各领域中对生物大分子（肽、蛋白、DNA等）的高度分离分析的要求，得到了迅速发展，正逐步成为生命科学及其它学科实验室中一种常用的分析手段。

近三年来国际毛细管电泳会议与会者均达700～800人，1996、1997两年公开发表的有关CE论文达3600余篇。欧洲、美国国内及日本也相继召开CE地区性国际会议。我国在CE领域研究起步早、发展快、研究工作较全面、有的研究成果达到国际先进水平。定期召开全国CE会议及亚太地区国际会议，在国际上已有一定的影响。1984年中国科学院化学所竺安教授在国内率先开展CE研究，迄今国内已有几百个单位开展CE研究和应用。从CE理论到各种模式及各方面应用，国内均在进行。1998年举行的第三届全国CE会议共收录论文129篇，同时举行的第二届亚太国际会议也取得了成功。毛细管电色谱（CEC）、CE/MS联用、低背景毛细管梯度凝胶电泳、手性药物分离、逆流聚焦及脱氧核糖核酸（DNA）各种CE测定方法等一批研究成果均达到国际先进水平。

二、毛细管电泳基本原理

CE是以高压电场为驱动力。以毛细管为分离通道，依据样品中各组成之间淌度和分配行为上的差异，而实现分离的一类液相分离技术。仪器装置包括高压电源、毛细管、柱上检测器和供毛细管两端插入又和电源相连的两个缓冲液贮瓶，在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现象称电泳。CE所用的石英毛细管在PH＞3时，其内液面带负电，和溶液接触形成一双电层。

在高电压作用下，双电层中的水合阳离子层引起溶液在毛细管内整体向负极流动，形成电渗液。带电粒子在毛细管内电解质溶液中的迁移速度等于电泳和电渗流（EOF）二者的矢量和。带正电荷粒子最先流出；中性粒子的电泳速度为“零”，故其迁移速度相当于EOF速度；带负电荷粒子运动方向与EOF方向相反，因EOF速度一般大于电泳速度，故它将在中性粒子之后流出；各种粒子因迁移速度不同而实现分离，这就是毛细管区带电泳（capillaryzoneelectrophoresis，CZE）的分离原理。CZE的迁移时间t可用下式表示：

式中，μep为电泳淌度，μen为电渗淌度，V为外加电压，ιt为毛细管总长度，ιd为进样到检测器间毛纫管长度．理论塔板数N为：

式中，D为扩散系数。分离度R为

式中，μ1，μ2分别为二溶质的电泳淌度，μep为二溶质的平均电泳淌度。

从式中可看出，CE的N是和溶质的扩散系数D成反比，而高效液相色谱（HPLC）的N和D成正比，因此扩散系数小的生物大分子，CE的柱效比HPLC高得多。CE比HPLC有更高的分离能力，主要由两个因素决定：一是CE在进样端和检测时均没有像HP比的死体积；二是CE用电渗流作推动流体前进的驱动力，整个流体呈扁平型的塞式流，使溶质区带在毛细管内不易扩散，而HPLC用压力驱动使柱中流体呈抛物线型，导致溶质区带扩散，使校效下降。

CE将经典电泳技术和现代微柱分离有机地结合，取得了比HPLC和平板凝胶电泳更多的优点。概括起来可谓三高二少一广。高质量灵敏度：常用紫外检测器检测限可达10-13～10-15mol，激光诱导荧光检测器（LIF）则达10-19～10-21mol。高分辨率：每米理论塔板数为几十万，高者可达几百万乃至几千万。高速度：许多分析可在几十秒内完成．所需样品少：只需纳升（10-9L）的进样量。成本低：只需少量的流动相和低廉的毛细管。应用范围广；除分离生物大分子外，还可用于小分了（氨基酸、药物等）及离子（无机及有机离子）。甚至可分离各种颗粒（如细胞、硅胶颗粒等）。

CE发展迅速也得力于大批色谱工作者转向CE，在理论上提出了各种模型，如解释CZE中区带扩展及理论塔板高度模型，热影响模型、迁移速率和分离度模型等等。近年来基础研究集中于解决CE应用中一些关键性问题。如EOF对分离、定量影响极大，故研究了测弱EOF的方法，阳离于存在下的EOF，还有在两个中性标记物之间夹一个缓冲液塞的三明治式方法测定EOF。EOF测定将解决CE定量问题。电泳淌度定量计算也在发展，如用金属阳离子的一些结构参数，定量得出结构—保留（电泳）间的关系（QSRR）及计算手性化合物淌度的软件等。特别是各种优化方法用于优化CZE，MECC，CEC及手性分离的实验参数，如重叠分离谱（OBM）、多变量统计设计及Plackett-Buman多变量实验设计等。

三、毛细管电泳分离模式

按毛细管内分离介质和分离原理的不同，CE现有六种分离模式，分述如后。

1.毛细管区带电泳（CZE）

CZE分离机理是基于各被分离物质的净电荷与其质量比（荷质比）间的差异。迄今CZE仍是应用最多的模式，应用范围包括氨基酸、肽、蛋白、离子、对映体拆分和很多其它带电物质的分离。CZE常用介质为电解质水溶液，根据情况可加入不同有机溶剂或其它添加剂。还有一种非水CE，如在乙腈中加入嗡盐（tropyltum）来分离多环芳烃化合物，现在发展到可不加支持电解质，直接用乙腈、甲酰胺、甲醇等作溶剂来进行非水CE。

2.毛细管凝胶电泳（capillarygelelectrophoresis，CGE）

CGE是将平板电泳的凝胶移到毛细管中作支持物进行电泳，不同体积的溶质分子在起“分子筛”作用的凝胶中得以分离。常用于蛋白质、寡聚核苷酸、核糖核酸（RNA）、DNA片段分离和测序及聚合酶链反应（PCR）产物分析。CGE能达到CE中最高的柱效。为了解决人类基因组计划的关键，即DNA测序的速度，已试制出96支毛细管阵列的DNA测序仪，并已有8支毛细管阵列的DNA测序商品仪器。凝胶的制备和不同模式令人关注，最近发展出—种低背景毛细管梯度凝胶电泳，在测定糖、寡聚核苷酸及人工模拟蛋白方面取得进展。还有报道采用亲和凝胶电泳来识别和鉴定基于DNA药物的结合蛋白等。

3.毛细管胶束电动色（mfcellarelectrokineticcapillarychromatography，MECC）

采用表面活性剂（如十二烷基硫酸钠，SDS）在运动缓冲液内形成一疏水内核、外部带负电的动态胶束相，利用溶质具有不同的疏水性，因而在水相和胶束相（准面定相）间分配的差异进行分离，既能分离中性溶质又能分离带电组分的CE模式。MECC拓宽了CE的应用范围，主要用于小分子、中性化合物、手性对映体和药物等。常用表面活性剂有各种阴离子表面活性刑、阳离子表面活性剂、非离子和两性表面活性剂。也有用混合胶束，如阴离子表面活性剂和胆酸盐组合混合胶束。有报道采用脂肪醇的微乳液胶束电动色谱（MEEKC）有比MECC更高的柱效、更快的分析速度和容易控制“窗口”。我们也成功地用MEEKC同时分离测定酸性和碱性蛋白。

4.毛细管等电聚焦（capillaryisoelelectricfocusing，CIEF）

用两性电解质在毛细管内建立pH梯度，使各种具有不同等电点的蛋白质在电场作用下迁移到等电点的位置，形成窄的聚焦区带。已成功地用于测定蛋白质等电点，分离异构体等。如用CZE和CIEF研究制备过程中糖蛋白不同糖基化程度引起的非均一性，结果表明CIEF方法要比CZE的好。

5.毛细管等速电泳（capillaryisotachophoresis，CTTP）

采用先导电解质和尾随电解质。使溶质按其电泳淌度不同得以分离，是一种较老的方式。现在常用作柱前浓缩方法用以富集样品，以解决CE测定中浓度灵敏度不如服比的问题，如HPLC的问题，如在线ITP-CZE即是成功的模式。

6.毛细管电色谱（capillaryelectrochromatography，CEC）

将HPLC中众多的固定相微粒填充到毛细管中(或涂渍到管壁)。以样品与固定相之间的相互作用为分离机制，以电渗流为流动相驱动力的色谱过程称为CEC。CEC将CE的高效和HPLC的高选择性相结合，得到了CE研究者的青睐。90年代初解决了毛细管填充技术后，CEC发展迅速，HPCE’97会议上已达35篇论文，HPCE’98又创54篇之多。CEC可分为开管CEC（即管壁涂渍固定相）和填充CEC。我国学者在CEC方面作了大量研究工作，对CEC的理论、反相电色谱、正相电色谱、离子交换电色谱及电色谱手性分离等模式均作了较系统研究，连续两年在国际CE会上作大会报告，目前已在ODS、硅胶、氰基、胺基、阴、阳离子交换树脂等10余种填料CEC柱上进行研究、开管CEC也发展了一些新技术，如硅胶—溶胶法在管壁涂渍C8固定相，分子印刷法分离手性化合物。

以上六种模式为CE基本模式，此外如亲和、免疫毛细管电泳发展趋势亦较好。

四、毛细管电泳柱技术

毛细管是CE的核心部件之一。早期研究集中在毛细管直径、长度、形状和材料方面，目前集中在管壁的改性和各种柱的制备。

1.动态修饰毛细管内壁

管壁改性主要是消除吸附和控制电渗流，通常采用动态修饰和表面涂层两类方法。动态修饰采用在运行缓冲液中加入添加剂，如加入阳离子表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵（TTAB），能在内壁形成物理吸附层，使EOF反向。添加剂还有聚胺、聚乙烯亚胺（PEI）等，甲基纤维素（MC）可形成一中性亲水性覆盖层。

2.毛细管内壁表面涂层

涂层方法有很多种，包括物理涂布、化学键合及交联等最常用的方法是采用双官能团的偶联剂，如各种有机硅烷，第一个官能团（如甲氧基）与管壁上的游离羟基进行反应，使其与管壁进行共价结合，再用第二个官能团（如乙烯基）与涂渍物（如聚丙烯酰胺）进行反应，形成一稳定的涂层。此外还有将纤维素、PEI和聚醚组成多层涂层，亲水性的绒毛涂层（fuzzy）和联锁聚醚涂层。

3.凝胶柱和无胶筛分

CGE的关键是毛细管凝胶柱的制备，常用聚丙烯酰胺凝胶栓来进行DNA片段分析和测序。测定蛋白质和肽的分子量常用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺电泳（SDS-LPAGE）。如将聚丙烯配胺单体溶液中的交联剂甲叉双丙烯酰胺（Bis）浓度降为零，得到线性非交联的亲水性聚合物用作操作溶液，仍有按分子大小分离的作用，称无胶筛分。此法简单，使用方便，分离能力比CGE差。

4.毛细曾填充往等

CEC填充柱已在前面论述。也有将核糖核酸酶、己糖激酶、腺苷脱氨酶等固定到 毛细管表面，构成一开管反应器，再和CE连接，可进行核酸选择性检测、微量在线合成和分离寡核昔酸等工作。另一有意义的工作是用各种方式在毛细管内缓冲液中形成各种梯度，如PH梯度、溶剂浓度梯度等，来提高分离效率和选择性。

五、毛细管电泳检测技术

CE对检测器灵敏度要求相当高，故检测是CE中的关键问题。迄今为止除了原子吸收光谱与红外光谱末用于CE外，其它检测手段均已用于CE。现选择重要的几类检测器介绍其最新进展。

1.紫外检测器（UV）

UV检测器集中在提高灵敏度，如采用平面积分检测池，这种设计可使检测光路增加到1cm。也有用光散射二极管（LEDS）作光源，其线性范围和信噪比优于汞灯。总体来说进展不大。

2.激光诱导荧光检测（LIF）

LIF是CE最灵敏的检测器之一，极大地拓展了CE的应用，DNA测序就须用LIF，单细胞和单分子检测也离不开LIF。LIF不但提高了灵敏度，也可增加选择性，缺点在于被测物须用荧光试剂标记成染色。利用CE-LIF技术可检出染色的单个DNA分子，向癌症的早期诊断及临床酶和免疫学检测等方向进行。CE/LIF向三个方向发展：在原有氦—镉激光器（325nm）和氩离子激光器（488nm）之外，发展价廉、长波长的二极管激光器；发展更多的荧光标记试剂来扩展应用面；开展更多的应用研究。CE/LIF和微透析结合可测定脑中神经肽。采用波长分辨荧光检测器可提供有关蛋白和DNA序列的一些结构和动态信息。一些适用于二极管激光器的荧光标记试剂如CY-5等，正在不断开发和应用。

3.CE/MS联用

将现在最有力的分离手段CE和能提供组分结构信息的质谱联用，弥补了CE定性鉴定的不足，故发展特别快。CE/MS联用主要在两方面发展：一是各种CE模式和MS联用，二是CE和各种MS联用。关键是解决接口装置。成功地应用到CE/MS接口中的离子化技术有电喷雾（ESI）、大气压化学电离（APCI）、离子喷雾（ISP）、连续流快原子轰击（CF-FAB）、基体辅助激光解吸离子化（MALDI）、等离子体解析（PD）、音波喷雾离子化（SSI）等。六种CE模式均已和MS联甩。最早报道CE/MS联用是采用单级四极杆质谱，现已发展到三级四极质谱、离子阱质谱、时间飞行质谱（TOF/MS）、电感锅台等离子体质P谱（ICP/MS）、磁质谱和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FTICR/MS）等。CE/MS联用特别适合于复杂生物体系的分离鉴定。因所需样品少，目前大部分工作集中在基因工程产品和蛋白样品，如用CIEF-ESI-MS监测蛋白的去折迭过程、各种方法联用综合评价基因工程药物—促红细胞生成素（EPO）等。CE-ICP-MS进行元素分析、联接CE-TOF-MS的新的激光蒸发离子化接口以及用CE-FTICR-MS成功地分离和鉴定单个红细胞中血红蛋白的α和β链等，表明CE/MS联用已成为CE研究中的热点，CE/MS联用在中药复杂体系分离分析中将起重要作用。

4.电化学检测器（EC）

EC可避免光学类检测器遇到的光程太短的问题，故和LIF同为CE中灵敏度最高的检测器。报道最多的是电化学伏安检测器，常用碳纤维微电极进行单细胞极微量神经递质（如多巴胺等）的测定。可用脉冲伏安法测定糖、糖肽及金属离子，也可用循环伏安法，另一类常用的EC为电导检测器，Li⁺的检测限达10^-7mol/L（10^-15mol）。

5.化学发光检测器（CL）

CL具有结构简单、灵敏度高的特点，近年来引起重视。用CE-CL检测血红蛋白，其检测限比CE-UV降低约4个数量级。应用最多的仍是鲁米那（luminol）体系，因该体系对多数待测物如一些金属离子、氨基酸及其衍生物的检测灵敏度很高，且反应在水相进行。如Co（Ⅱ）的检测限可达20zmol（5×10^-13 mol），用间接CL法可测定100～400fnmol未标记的氨基酸，线性范围达2个数量级。电致化学发光（ECL）也已成功地用作CE检测。鲁米那等发光标记物在蛋白及基因的CE-CL检测中可能有很大的潜力，预计将会得到进一步发展。

6.其它检测器

采用激光作激励源的除LIF外，还有激光热透镜检测、激光光热检测和激光拉曼检测等。普通荧光检测器研究集中在开发新的荧光染料，以提高灵敏度。同位素检测器具有高选择性和高灵敏度（可达10^-9mol/L），但测定时需经同位素标记步骤，故应用受到限制。

总之，检测器是CE中具有挑战性的研究工作。CE/MS联用是最有应用价值的检测器，但价格昂贵，不易推广。发展新型检测器、提高UV等检测器灵敏度，以及发展CE和其它分离方法、检测方法的联用是CE研究重点之一。

六、毛细管电泳的一些发展动向

CE的应用十分广泛，现择一些重要应用及重要发展作简要介绍。

1.DNA分析

DNA分析包括碱基、核苷、核苷酸、寡核苷酸、引物、探针、单链DNA、双链DNA（DNA片段、PCR产物）分析及DNA序列测定。CZE和MECC通常用来分离碱基、核苷酸、简单的核苷酸等。CGE则用于较大的寡核苷酸、ssDNA、dsDNA和DNA序列分析。大片段DNA分析过去颇为困难，但又十分重要，因为人类染色体DNA在50～255Mbp范围内，用荧光显微镜可观察到单个大片段DNA分子的分析过程，对长度为166k碱基（bp）的T4dcDNA经消解后，从1.26到49.31kbp的8个片段只用8min就可分离。也有报道用CE结合原子力显微镜可进行单个DNA分子的分价。已有CE测定DNA序列的商品仪器面市，但快速测定DNA序列仍在研究中。采用毛细管电泳芯片，可更换的线性聚丙烯酰胺凝胶，350bp的DNA序列测定可在7min内完成，最小分离度为0.5。也有采用舰CEC-MS来研究带电和中性RNA和DNA的加合物。

DNA分析中CE分离、鉴别PCR扩增产物及DNA基因突变是其重要发展方向。CE用于点突变测定有单链构象多态性分（SSCP）和限制片段长度多态性分析（RFLP）等。CE也用于法医领域亲子鉴定和甄别罪犯等。

2.肽和蛋白分析

CE在生物大分子蛋白和肽的应用可概括为两大方面：一是其结构的表征，二是研究相互作用。蛋曰质一级结构表征的内容包括纯度、含量、等电点、分子量、肽谱、氨基酸序列和N—端序列的测定等，CE已广泛用作最有效的纯度检测手段，它可检测出多肽链上单个氨基酸的差异。用CIEF测定等电点，分辨度可达0.01pH单位。尤其是肽谱用CE/MS联用进行分析，可推断蛋白的分子结构。蛋白结构的完全表征尚需采用多种CE模式，结合多种仪器联用，特别是和MS，TOF/MS的联合使用或联用，才能得到正确结果。蛋白，特别是基因工程所得蛋白药物的微多样性（非均一性）是影响其质量的因素之一。CE能较好地显示微多样性。用CE进行蛋白本身反应及和小分子相互作用研究是研究热点，如蛋白结合或降解反应、酶动力学、抗体—抗原结合动力学、受体—配体反应动力学等，蛋白和DNA分析始终是CE研究的重点，今后会有更多的研究。

3.手性分离

手性对映体分离、鉴定有巨大的应用价值，已成为医药领域内一个重要课题。第11届国际CE大会（HPCE，98）论文中，手性分离论文约占10%，可见手性分离受到重视。除CIEF外，其余五种模式均可用于手性分离。常用的手性选择剂有环糊精及其衍生物、冠醚类、手性选择性金属络合物、胆酸盐、手性混合胶束、蛋白等。我国在环糊精类衍生物分离手性对映体方面作了大量、深入的研究工作，达到国际先进水平。当前最新进展是采用大环抗菌素作手性选择剂，如用万古霉素、利福霉素、硫酸新霉素、硫酸卡那霉素、瑞斯西丁素等来进行手性分离，并探讨了分离机理。还有采用线性多糖，如角叉菜胶来分离弱碱性手性对映体。CE进行手性分离，通常均在运行缓冲液内加人手性选择剂，在操作及分离效率上均优于HPLC手性分离。今后CF手性分离将会在发展更多手性选择剂、更深入地探讨分离机理及手性药物在体内的作用及代谢等方面开展研究。

4.药物分析和临床检测

从HPCE’98所发表的论文中，可发现CE在药物和临床方面应用约占20%。目前CE在药物和临床研究领域已成为不可缺少的有力手段，但在医药领域尚未确定为法定方法，故未得到广泛使用。医药领域内大量研究工作表明CE正在走向成熟。CE已用于几百种药物及各种剂型中丰药成分分析、相关杂质检测、纯度检查、无机离子含量测定及定性鉴别等CE成为法定方法，最可能的突破点是手性药物的鉴别；基因工程药物的纯度检测和分子量测定；HPLC或其它方法难于解决的药物质量难题；如主成分峰后尾随的痕量杂质，HPLC难于准确定量，CE高柱效则可迎刃而解。现在采用EOF内标及修正计算峰面积等方法己能很好解决CE定量问题。研制的96支毛细管的CE仪器一旦实现商品化，更有利于CE在制药工业中大规模使用。根据我国特点，APCE’98论文集中也出现了大量用CE研究中药材中各类药效成分及中药复方制剂成分分析的研究。CE/MS联用将促进CE快速发展。CE在临床化学中除进行临床分子生物学测定外，也广泛用于疾病临床诊断、临床蛋白分析、临床药物监测和药物代谢研究。药物代谢研究对CE是一个挑战，虽有不少成功报道，但在提高灵敏度、解决蛋白吸附等方面仍待改进。

5.环境监测和离子分析

CE在环境监测中的应用也日趋增多，目前主要集中在用各种模式，包括CEC分离监测土壤等环境中多环芳烃（PAHs），可在10min内分离16种多环芳烃。CE在环境监测中应用还需提高灵敏度和发展浓缩、富集方法。毛细管离子分析（CIA）采用间接紫外法或间接荧光法，具有高效、快速的优势。最成功的例子是2.9min内分离36种阴离子，1.8min内分离19种阳离子。CIA有特色，如在大量有机硒(硒酸酯多糖)存在下，可用CIA法定量测定不同价态的痕量无机硒，这是原子吸收光谱和离子色谱尚未解决的难题，目前CIA及CE/MS用于形态分析报道也日益增多。

CE较重要的应用还有糖的分析，目前最成功的是用APTS作糖的衍生化试剂，标记后用LIF可进行单糖和多糖的测定。

6.单细胞、单分子监测

单细胞、单分子检测是CE研究达到的最高境界，对生命科学和化学有巨大潜在意义。已报道对单个肾上腺细胞、红细胞、白血病细胞、淋巴细胞、嗜铬细胞和胚胎细胞等均取得成功。如用CE测定单个淋巴细胞中的乳酸脱氢酶同工酶，用CZE间接紫外法监测钠离子和钾离子透过胚胎组织膜的传送，单细胞监测或许会对细胞水平的药理学、了解生命过程提供—种活体检测手段。单个DNA分子的检测早有报道，最近E．Yeung报道用CE监测单个蛋白分子，是一突破性的进展，表明科学家向研究单分子间的各种化学和生物反应跨出了决定性的一步。

7.毛细管电泳芯片（Chip）

将所有的化学反应都集成在一小块玻璃芯片上，建立有一个实验室功能的芯片将是CE发展的前景，如测DNA序列的芯片在3cm距离内，只加20v/cm的电压，就可在13min内测定400bp的序列，分离度大于0.5，柱效高于3000万理论培板。将PCR和CE集成在—起的芯片也已成功，还有将Chip和MS联用，极大扩展了Chip的前景。虽然目前各种检测器对Chip来说，体积不相称。但随着检测器的微型化（如质谱仪已可做到如手提箱大小），Chip的优势会更加明显，这也是科学家集中力量发展Chip之理由。

七、21世纪毛细管电泳发展趋势

21世纪将是生命科学大发展的世纪。完成人类基因组计划后，后基因时代的基因组学和蛋白组学将快速发展，功能基因的分离、检测，功能蛋白的分离、测定对CE提出更高的期望，小chip将是CE发展的一个重要趋向，将一个实验室的工作集成到一块很小的芯片上，能使仪器微形化。可以预见，不久就会出现各种专用的基因检测、疾病诊断的小型chip及仪器。另一方面，96支或更多支毛细管的毛细管阵列电泳仪将会用于药厂中产品质量检测及大量医学临床检验。将会研制适合CE用的各种检测器，以进行单细胞和单分子的检测。单细胞检测为在分子水平上了解细胞的各种行为提供了强有力的工具，而单分子检测为在单个分子水平上开展化学动力学，反应动力学等研究提供了可能性。此外，CE在环境科学中也会有较大发展余地。

CE是正在发展的研究领域，有很多理论及实际问题有待解决，更需其它领域的研究人员来扩大其应用范围。CE的成长将为生命科学、材料科学、环境科学提供又一强有力的研究手段，CE也在不断解决难题的过程中得到发展。