带有电荷的粒子在电场中移动的现象称为电泳。1937年Tiselius利用u形玻管进行血清蛋白质电泳，电泳后用光学系统使各种蛋白形成的界面折光率差别成为曲线图象，发现血清蛋白可分为4—5个高峰，即清蛋白，α(α1及α2)、β和γ球蛋白。但这类电泳仪结构较复杂，价格昂贵，不易推广。1948年Wieland和Konig等发明用滤纸作为支持物，使电泳技术大为简化，而且可使许多组份相互分离为区带，所以这类电泳被称为区带电泳，而Tiselius的电泳装置则称为界面自由电泳。1950年发展为琼脂凝胶电泳。1953年又发展为电泳后用免疫沉淀线检测的免疫电泳。1955年Smithies以淀粉胶为支持物进行血清蛋白电泳分离，结果可分为十余条区带，这是由于淀粉胶尚具有分子筛作用使蛋白质更有效地分离。淀粉胶的制备不易标准化是该法的缺点。1959年Davis发明聚丙烯酰胺凝胶电泳。聚丙烯酰胺具有耐热、透明、化学稳定等优点，并可以不同浓度的丙烯酰胺单体聚合为各种不同大小孔径的凝胶，即可制备各种不同孔径的分子筛，对于蛋白质和核酸等大分子物质的分离，提供了有用的技术。六十年代以来又出现了等电聚焦电泳和等速电泳等新的电泳技术。在这里我们主要介绍常用区带电泳的一般原理和它们的应用。


(一)基本原理(点击展开）

不同物质由于带电性质不同，因而在一定的电场强度下移动速度不同。不同的带电颗粒在同一电场中泳动速度不同，常用泳动度(或迁移率)来表示。即: 式中：u为泳动度(或迁移率)，V为颗粒的泳动速度(厘米／秒或分)，E为电场 强度或电势梯度(伏特／厘米)，d为颗粒泳动距离(厘米)，l为支持物的有效长 度(厘米)，V为加在支持物两端的实际电压(伏特)，t为通电时间(秒或分)。 　　通过测量d、l、v、t便可计算出颗粒的泳动度。 　　泳动度首先取决于带电颗粒的性质，即颗粒所带净电荷量，颗粒的大小和颗粒的形状，一般说来，颗粒带净电荷量愈多，颗粒直径愈小，愈接近球形，则在电场中的泳动速度愈快，反之愈慢。已知物质在电场中所受的力(F)为： 　　　　F = EQ (1) 式中：E为电场强度，即每1厘米支持物的电位降，Q为物质颗粒所带净电荷。 由(3)式中可见泳动速度与球形分子，介质粘度，颗粒所带电荷有关。 由于各物质在同一电场中的泳动度不同，通过电泳可将其分离开来。

(二)几种影响电泳的因素：


1、溶液的pH值(点击展开）

溶液的pH值决定了带电颗粒解离的程度，也决定了物质所带净电荷的多少。对蛋白质、氨基酸等两性电解质而言，pH值离等电点越远，颗粒所带净电荷越多，泳动速度也越快，反之越慢。因此当分离某一蛋白质混合物时，应选择一种能扩大各种蛋白质所带电荷量差异的pH值，以利于各种蛋白质的分离。为了使电泳过程中溶液的pH值恒定，必须使用缓冲溶液。

2、溶液的离子强度(点击展开）

离子强度如果过低，缓冲液的缓冲容量小，不易维持pH恒定；离子强度过度，则降低蛋白质的带电量(压缩双电层降低Zeta电势)，使电泳速度减慢，所以常用电子强度在0.02---0.2之间。 　　溶液中离子强度的计算方法如下： 　　 例1、两个单价离子化合物(如NaCl)离子强度等于它的摩尔浓度，如0.154M NaCl溶液的离子强度。 　　 例2、两个两价离子化合物(如ZnSO4)的离子强度等于它的摩尔浓度的4倍，如0.1M ZnS04溶液的离子强度。

3、电场强度 (点击展开）

电场强度是指每1厘米的电位降，它对泳动速度起着十分重要的作用。例如纸上电泳，滤纸两端相距20厘米，测得电位降为200伏特，则电场强度为200伏特／20厘米=10伏特／厘米。电场强度越高，带电颗粒移动速度越快。根据电场强度的大小，可将电泳分为常压(100—500伏)电泳和高压(600—10000伏)电泳，前者电场强度一般为2—10伏特／厘米，后者为20—200伏特／厘米，常压电泳分离时间长，需数小时到数天，高压电泳分离时间短，有时仅需数分钟。但是电压增高，电流也随之增高，产生的热量也增加。所以在高压电泳常需加用冷却装置，否则热量可引起蛋白质等物质的变性而不能分离，还因发热引起缓冲液中水分蒸发过分，使支持物质(滤纸、薄膜或凝胶等)上离子强度增加，以及引起虹吸现象(电泳槽内液被吸到支持物上)等，都会影响物质的分离。

4、电渗现象 (点击展开）

在电场中，液体对于固体支持物的相对移动称为电渗。如滤纸中含有羟基而 带负电荷，与纸相接触的水溶液带正电荷，液体便向负极移动，由于电渗现象往 往与电泳同时存在，所以带电粒子的移动距离也受电渗影响，如电泳方向与电渗 相反，则实际电泳的距离等于电泳距离减去电渗的距离。如方向相同，则实际电 泳距离加上电渗的距离。电渗所造成的移动距离可用不带电的有色染料或者有色 葡聚糖点在支持物的中心，以观察电渗的方向和距离。见（图3-5）

(三)区带电泳的分类


1、按支持物的物理性状不同，区带电泳可分为： (点击展开）

(1)滤纸及其纤维(如玻璃纤维、醋酸纤维、聚氯乙烯纤维)薄膜电泳。 (2)粉末电泳：如纤维素粉，淀粉，玻璃粉电泳； (3)凝胶电泳；如琼脂、琼脂糖、硅胶、淀粉胶、聚丙烯酰胺凝胶电泳； (4)线丝电泳：如尼龙丝，人造丝电泳。

2、按支持物的装置形成不同，区带电泳可分为： (点击展开）

(1)平板式电泳：支持物水平放置，是最常用的电泳方式； (2)垂直板式电泳：比较少用，聚丙烯酰胺凝胶可做成垂直板式电泳； (3)垂直柱式电泳：聚丙烯酰凝胶盘状电泳即属于此类； (4)连续液动电泳：首先应用于纸电泳，将滤纸垂直竖立，两边各放一电极，溶液自顶端向下流，与电泳方向垂直；以后有用淀粉，纤维素粉，玻璃粉等代替滤纸分离血清蛋白，分离量较大。

3、按pH电泳：即整个电泳过程中pH保持不变，常用的纸电泳，醋酸纤维薄膜电泳等属于此类。


4、非连续pH电泳： (点击展开）

缓冲液和电泳支持物间有不同的pH。如聚丙烯酰胺凝胶盘状电泳分离血清蛋白质时常用这种形式，它的优点是在不同pH区之间形成高的电位梯度区，使蛋白质移动加速压缩为一极狭的区带而达到浓缩的作用。但聚丙烯酰胺凝胶电泳分离核酸时则采取连续pH装置。 近年来发明的等电聚焦电泳可称为非连续pH电泳，它利用人工合成的两性电解质(商品名ampholin，一类脂肪族多胺基多羧基化合物)在通电后形成一定的pH梯度，被分离的蛋白质停留在各自的等电点而形成分离的区带，电极两端，一端是酸，另一端是碱。 等速电泳也是属于非连续pH电泳，它的原理将分离物质夹在先行离子和随后离子之间，通电后被分离的物质电泳速度相同，所以叫等速电泳。

下面仅对一些常用的电泳方法作些介绍：


1、纸电泳和醋酸纤维薄膜电泳(点击展开）

以纸或醋酸纤维薄膜作为支持物的电泳方法，我们分别称之为纸电泳或醋酸 纤维薄膜电泳。这两种电泳方法是根据被分离物质在同一pH条件下所带电荷性 质、数量的不同，以及分子量的差别，因而在电场中的运动速度不同，而得到分 离，由于醋酸纤维薄膜具有比纸电泳电渗作用小，分离速度快，分离清晰，样品 用量少，操作简便等优点，已得到较广的应用。

2、琼脂糖凝胶电泳(点击展开）

以凝胶作为支持物，首先广泛应用于电泳的是琼脂电泳。琼脂是一种多聚糖由两种主要成分组成，即琼脂糖(约占80%)和琼脂胶。前者是由半乳糖及其衍生物构成的中性物质；后者是一种含有硫酸根和羧基的多糖，这些基团带有电荷，能产生较强的电渗现象，因而影响电泳的分离效果。另一方面硫酸根又能与某些蛋白质相互作用，使电泳速度受到较大影响，因此目前已应用琼脂糖代替琼脂作为电泳支持物质，以取得较好的效果。 琼脂糖中硫酸根含量较琼脂为少，电渗影响减弱，因而使分离效果显著提高。琼脂糖凝胶电泳操作方法简单，电泳速度快，分析的样品可不必事先经过处理，琼脂糖凝胶具有均匀，液体含量大(占98—99%)的特点。对蛋白质吸附极微，电泳图谱清晰，分辨力高，重复性好。琼脂糖透明而不吸收紫外光，因此可以直 接利用紫外光吸收法作定量测定。琼脂糖凝胶电泳所得的区带易染色，样品易洗脱，干膜亦可长期保存。因此琼脂糖凝胶电泳既适于作定性定量测定，又宜于作制备用。

3、聚丙烯酰胺凝胶电泳(点击展开）

聚丙烯酰胺凝胶是一种人工合成的凝胶，具有机械强度好、弹性大，透明、化学稳定性高、无电渗作用、设备简单，样品量小(1—100微克)，分辨率高等优点，并可通过控制单体浓度或单体与交联剂的比例聚合成不同大小孔径的凝胶，已用于蛋白质、核酸等不同大小分子物质的分离、定性、定量分析。还可结合解离剂十二烷基硫酸钠(SDS)以测定蛋白质亚基分子量。 根据凝胶支柱形状不同可分为盘状电泳和垂直板型电泳。盘状电泳是在直立的玻璃管内，利用不连续的缓冲液pH值和凝胶孔径进行电泳而命名(Discontinuity electropheresis)；同样，样品混合物被分开后形成的带很窄。呈圆盘状(Discoid snape)，因此Disc-electro-Phoresis这个名字成了不连续性和盘状的双关语。但有人利用连续系统也得到不连续系统的盘状电泳效果。因此聚丙烯酰胺凝胶电泳通常称为盘状电泳。垂直板型电泳(slabelectrophoresis)是将聚丙烯酰胺聚合成方形或长方形薄片状，薄片可大可小。其优点是：1、在同一条件下可电泳多个要比较的样品；2、一个样品在第一次电泳后可将薄片转90度进行第二次电泳，即双向电泳，可提高分辨力；3、便于电泳后进行放射自显影的分析，缺点是制备凝胶时较盘状电泳复杂，所需电压较高，电泳时间长。 近年来，为了提高分辨率，在上述两种类型电泳基础上发展出凝胶浓度梯度电泳，或将其与等电聚焦电泳，免疫电泳等结合使用的电泳分析方法。

(1) 聚丙烯酰胶凝胶电泳的原理（点击展开）

(2) 聚丙烯酰胺凝胶盘状电泳 这里主要简单介绍不连续盘状电泳的基本原理（点击展开）

4、等电点聚焦 (点击展开）

等电点聚焦(简称电聚焦)是六十年代后期才发展起来的新技术，对此技术的理论研究和实际工作发展较快，1966年合成了载体两性电解质，并成功地用于肌蛋白的分离。目前，已有两性电解质载体(商品名Ampholine)以及成套电聚焦设备生产。 等电点聚焦就是在电泳槽中放入载体两性电解质，当通以直流电时，两性电解质即形成一个由阳极到阴极逐步增加的pH梯度，当蛋白质放进此体系时，不同的蛋白质即移动到pH相当于其等电点的区域，我们称它为聚焦。电聚焦的优点是：有很高的分辨率，可将等电点相差0.01---0.02pH单位的蛋白质分开；一般电泳由于受扩散作用的影响，随着时间和所走的距离加长，区带越走越宽，而电聚焦能抵消扩散作用，使区带越走越窄；由于这种电聚焦作用，不管样品加在什么部位，都可聚焦到其等电点，很稀的样品也可进行分离；可直接测出蛋白质的等电点：其精确度可达0.0l pH单位。