In der Biochemie ist die Kapillarelektrophorese eine Technik, die verwendet wird, um Moleküle nach ihrer Größe und elektrischen Ladung zu trennen. Es wird auch oft als Kapillarzonenelektrophorese oder Kapillargelelektrophorese bezeichnet. Die Kapillarelektrophoreseanalyse beruht auf dem Prinzip, dass Moleküle unterschiedliche elektrische Ladungen und unterschiedliche Gewichte besitzen. Wenn Moleküle in einem Substrat einem elektrischen Feld ausgesetzt werden, bewegen sich daher verschiedene Moleküle in verschiedene Richtungen und mit verschiedenen Geschwindigkeiten innerhalb des Substrats.
Wenn an ein Substrat ein elektrisches Feld mittels einer Elektrode an beiden Enden des Feldes angelegt wird, bewegen sich positiv geladene Moleküle in Richtung der negativen Elektrode und negativ geladene Moleküle bewegen sich in Richtung der positiven Elektrode. Die relative Geschwindigkeit, mit der sich das Molekül durch das Substrat bewegt, wird durch eine Eigenschaft bestimmt, die als hydrodynamische Größe des Moleküls bekannt ist. Die hydrodynamische Größe eines Moleküls hängt von zwei Faktoren ab, seiner Masse und der Stärke seiner positiven oder negativen Ladung. Ein großes Molekül mit einer starken positiven Ladung neigt dazu, sich in einem elektrischen Feld relativ schnell in Richtung der negativen Elektrode zu bewegen. Ein kleines Molekül mit einer schwachen negativen Ladung neigt dazu, sich in einem elektrischen Feld viel langsamer in Richtung der positiven Elektrode zu bewegen.
Nachdem eine Probe für eine bestimmte Zeit aufgeladen und die zu analysierenden Moleküle getrennt wurden, muss dem Wissenschaftler gezeigt werden, wo sich die verschiedenen Moleküle im Substrat befinden. In vielen modernen Kapillarelektrophoresesystemen wird dies mit ultraviolettem (UV) Licht erreicht. Die UV-Beleuchtung kann einem Benutzer den physikalischen Weg zeigen, der von einem Molekül oder einer Gruppe von Molekülen durch das Substrat verfolgt wurde. Bei anderen Systemen werden die zu analysierenden Moleküle zunächst mit Chemikalien behandelt, um ihnen eine fluoreszierende Eigenschaft zu verleihen. Fluoreszenznachweisverfahren können sehr empfindlich sein, sind jedoch nicht für jeden Molekültyp geeignet.
Die Anwendungen der Kapillarelektrophorese in der Wissenschaft sind vielfältig. Die Kapillarelektrophorese-Sequenzierung ist ein insbesondere von Genetikern eingesetztes Verfahren, bei dem mittels Kapillarelektrophorese Moleküle des genetischen Materials Desoxyribo-Nukleinsäure (DNA) analysiert werden. Lebensmittelwissenschaftler können die Proteinanalyse durch Kapillarelektrophorese verwenden, um die unterschiedlichen Eigenschaften des Proteingehalts von Lebensmitteln zu bestimmen. In der medizinischen Forschung findet dieses Verfahren viele Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise bei der Analyse von Antikörpern und der Untersuchung ihrer Bindung an andere Moleküle.