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一、基本原理
（一)原理
帶電顆粒在電場(chǎng)的作用下，向著與其電性相反的電極移動(dòng)，稱為電泳（electrophore)。電泳現(xiàn)象是1908年發(fā)現(xiàn)的，到1937年以后，得到了迅速發(fā)展。近些年來(lái)，由于采用了多種新型的支持物，儀器裝置不斷改進(jìn)，因此出現(xiàn)了許多新型的電泳技術(shù)。
任何一種物質(zhì)之所以能夠用電泳方法得到分離，是由于其本身的解離作用或是由于其表面上吸附有其它帶電質(zhì)點(diǎn)，因而能向一定的電極移動(dòng)之故。例如，蛋白質(zhì)分子，由于它具有許多可解離的酸性基團(tuán)或堿性基團(tuán)，如—COO-及—NH3+等，因而它是一種典型的兩性電解質(zhì)。醫(yī)學(xué),全 在線.提 供gydjdsj.org.cn在一定的pH條件下，它可解離而帶電，帶電的性質(zhì)和多少?zèng)Q定于蛋白質(zhì)分子的性質(zhì)及溶液的pH和離子強(qiáng)度。在某一pH條件下，蛋白質(zhì)分子所帶的正電荷數(shù)恰好等于負(fù)電荷數(shù)，即靜電荷等于零，此時(shí)蛋白質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在電場(chǎng)中不移動(dòng)，溶液的這一pH值稱為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（pI)。如果溶液的pH小于pI，則蛋白質(zhì)帶正電荷，在電場(chǎng)中就會(huì)向負(fù)極移動(dòng)。反之，溶液的pH大于pI，則蛋白質(zhì)分子帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)中向正極移動(dòng)。
不同的帶電顆粒在同一電場(chǎng)中泳動(dòng)的速度不同，常用泳動(dòng)度（或遷移率)表示。泳動(dòng)度的定義為帶電顆粒在單位電場(chǎng)強(qiáng)度下的泳動(dòng)速度。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：
Μ=vd／tdI
Ｅ=U／I=Ut
式中μ是遷移率，ｖ是顆粒遷移速度（cm／s或min)，Ｅ是電場(chǎng)強(qiáng)度或電勢(shì)梯度，d是顆粒移動(dòng)距離（cm)，I是支持物的有效長(zhǎng)度（cm)，Ｕ是支持物兩端實(shí)際電壓（Ｖ)，ｔ是通電時(shí)間。顆粒的遷移率可通過(guò)測(cè)量d、I、U、T計(jì)算出。
（二)影響遷移率的主要因素
１、帶電顆粒的性質(zhì) 即凈電荷數(shù)量，顆粒大小及形狀。一般來(lái)說(shuō)，顆粒帶凈電荷多，直徑小而近于球形，則泳動(dòng)速度快，反之則慢。遷移率與分子的形狀、介質(zhì)粘度、顆粒所帶電荷有關(guān)。其與顆粒表面電荷成正比，與介質(zhì)粘度及顆粒半徑成反比。然而在實(shí)際電泳中，帶電顆粒的遷移率總是比理想的稀溶液中要低些。因?yàn)殡娪?a class="channel_keylink" href="http://gydjdsj.org.cn/mingzu/2009/20090512123016_154714.shtml" target="_blank">中使用的是具有一定濃度的緩沖溶液。醫(yī),學(xué)全,在線.搜集.整理gydjdsj.org.cn帶電荷的生物分子在電解質(zhì)緩沖溶液中將帶有相反電荷的離子吸引到其周圍，形成一離子擴(kuò)散層。在電場(chǎng)中，當(dāng)顆粒向相反電極移動(dòng)時(shí)，離子擴(kuò)散層所帶有的過(guò)剩電荷向粒泳動(dòng)的反方向移動(dòng)，結(jié)果，顆粒與離子擴(kuò)散層之間的靜電引力使顆粒的泳動(dòng)速度減慢。另外，分子顆粒表面有一層水，在電場(chǎng)影響下，它與顆粒一起移動(dòng)，可以認(rèn)為是顆粒的一部分。
２．電場(chǎng)強(qiáng)度 電場(chǎng)強(qiáng)度也稱電位梯度，是指單位長(zhǎng)度（每1cm)支持物體上的電位降，它對(duì)泳動(dòng)度起著十分重要的作用，例如紙電泳，測(cè)量25cm長(zhǎng)紙條兩端電壓降為250Ｖ，則電場(chǎng)強(qiáng)度為250Ｖ／25cm=10V/cm。
一般電場(chǎng)強(qiáng)度越高，帶電顆粒移動(dòng)速度越快。根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度大小，可將電泳分為常壓電泳和高壓電泳。前者的電壓在100～500Ｖ，電場(chǎng)強(qiáng)度一般是2～10Ｖ/cm，分離時(shí)間需數(shù)小時(shí)至數(shù)天；后者電壓可高達(dá)500～1000Ｖ，電場(chǎng)強(qiáng)度在20～2000v/cm，電泳時(shí)間短，有時(shí)僅幾分鐘即可，主要用于分離氨基酸、肽、核苷酸。由于電壓升高，電流也隨之增大，故需冷卻裝置。
３．溶液的pH溶液的pH決定了帶電顆粒解離的程度，也決定了物質(zhì)所帶凈電荷的多少。對(duì)于蛋白質(zhì)、氨基酸等兩性電解質(zhì)而言，溶液pH離等電點(diǎn)越遠(yuǎn)，顆粒所帶凈電荷pH越多，電泳速度越快，反之則越慢。因此，當(dāng)要分離一種蛋白質(zhì)混合物時(shí)，應(yīng)選擇一種能使各種蛋白質(zhì)所帶電荷量差異明顯的pH值，以利于各種蛋白質(zhì)分子的解離。
４．溶液的離子強(qiáng)度 溶液的離子強(qiáng)度是另一個(gè)重要條件。在保持足夠緩沖能力前提下，離子強(qiáng)度要求最小。溶液的離子強(qiáng)度越高，帶電顆粒泳動(dòng)速度越慢，反之越快。通常緩沖液離子強(qiáng)度選擇在０.05～0.1mol之間。在緩沖液中離子強(qiáng)度可用下式計(jì)算：
Ｉ＝0.5∑ｃZ2
Ｉ＝溶液的離子強(qiáng)度，ｃ＝離子的濃度，Ｚ＝離子的價(jià)數(shù)。
５．電滲作用 在有支持物的電泳中，影響電泳的另一個(gè)重要因素是電滲作用。所謂電滲就是指在電場(chǎng)中，液體對(duì)固體支持物的相對(duì)移動(dòng)。例如在pH8.6時(shí)，血清蛋白質(zhì)進(jìn)行紙電泳時(shí)，ｒ球蛋白與其他蛋白質(zhì)一樣帶負(fù)電荷，應(yīng)該向正極移動(dòng)，然而它卻向負(fù)極方向移動(dòng)，這就是電滲作用的結(jié)果。
濾紙的纖維間具有大量孔隙帶有負(fù)電荷，如一束毛細(xì)管，進(jìn)行電泳時(shí)蛋白質(zhì)通過(guò)這些孔隙向前移動(dòng)。由于紙的孔隙帶有負(fù)電荷，與帶電顆粒一樣可以吸引正離子，因此介質(zhì)沿管壁相對(duì)地帶有較多的正電荷。在電場(chǎng)中，帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)向正極移動(dòng)，而介質(zhì)卻向負(fù)陰極移動(dòng)，從而對(duì)蛋白質(zhì)顆粒的泳動(dòng)起阻礙作用。由于γ球蛋白分子顆粒大，凈電荷較少，移動(dòng)速度慢，電滲作用大于顆粒向前泳動(dòng)的力，結(jié)果γ球蛋白向后退。其他血清蛋白質(zhì)因分子較小，凈電荷較多，電滲作用小于分子向前移動(dòng)的力，因此，電泳后γ球蛋白反而在點(diǎn)樣位置之后。
若電滲方向與樣品電泳移動(dòng)方向一致，則樣品的表觀遷移率就加快，反之則降低。所以電滲作用與電泳速度關(guān)系密切。根據(jù)支持介質(zhì)的不同，可產(chǎn)生不同程度、不同方向的電滲流動(dòng)。
（三)分類
電泳技術(shù)常以有無(wú)支持物來(lái)分類。電泳中不用支持物在溶液中進(jìn)行的電泳稱為自由電泳，反之，有支持物的電泳稱為區(qū)帶電泳。在區(qū)帶電泳中所用支持物不同常有不同的名稱。例如：紙電泳、醋酸纖維薄膜電泳、瓊脂凝膠電泳、聚丙烯酰胺凝膠電泳等。另外，也有以所用電壓分：低電壓電泳，高電壓電泳；以支持物形狀分為：薄層電泳，平板電泳（水平平板電泳，垂直平板電泳)，柱電泳，圓盤柱狀電泳；以用途分為：分析電泳，制備電泳，定量免疫電泳；以區(qū)帶形式分為：盤狀電泳，火箭電泳等。
各種電泳技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①凡是帶電物質(zhì)均可應(yīng)用某一電泳技術(shù)進(jìn)行分離，并可進(jìn)行定性或定量分析；②樣品用量極少；③設(shè)備簡(jiǎn)單；④可在常溫進(jìn)行；⑤操作簡(jiǎn)便省時(shí)；⑥分辨率高。目前電泳技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)理論研究、臨床診斷及工業(yè)制造等方面。例如用醋酸纖維薄膜電泳分析血清蛋白；用瓊脂對(duì)流免疫電泳分析病人血清，為原發(fā)性肝癌的早期診斷提供依據(jù)；用高壓電泳研究蛋白質(zhì)核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)；用具有高分辨率的凝膠電泳分離酶、蛋白質(zhì)、核酸等大分子的研究工作，對(duì)生物化學(xué)與分子生物學(xué)的發(fā)展起了重要作用。
