電泳
　　electrophoresis
　　簡單說電泳就是把某些物質(zhì)放在一個(gè)可以游泳的地方（某種基質(zhì)），然后在這個(gè)泳池的兩端加上電壓，讓這種物質(zhì)在里面游起來，以達(dá)到某種實(shí)驗(yàn)或應(yīng)用目的。

什么是電泳

　　溶液中帶電粒子（離子）在電場中移動(dòng)的現(xiàn)象。利用帶電粒子在電場中移動(dòng)速度不同而達(dá)到分離的技術(shù)稱為電泳技術(shù)。1937 年瑞典學(xué)者 A.W.K.蒂塞利烏斯設(shè)計(jì)制造了移動(dòng)界面電泳儀 ，分離了馬血清白蛋白的3種球蛋白，創(chuàng)建了電泳技術(shù)。
　　在確定的條件下，帶電粒子在單位電場強(qiáng)度作用下，單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離（即遷移率）為常數(shù)，是該帶電粒子的物化特征性常數(shù)。不同帶電粒子因所帶電荷不同，或雖所帶電荷相同但荷質(zhì)比不同，在同一電場中電泳，經(jīng)一定時(shí)間后，由于移動(dòng)距離不同而相互分離。分開的距離與外加電場的電壓與電泳時(shí)間成正比。
　　在外加直流電源的作用下，膠體微粒在分散介質(zhì)里向陰極或陽極作定向移動(dòng)，這種現(xiàn)象叫做電泳。利用電泳現(xiàn)象使物質(zhì)分離，這種技術(shù)也叫做電泳。膠體有電泳現(xiàn)象，證明膠體的微粒帶有電荷。各種膠體微粒的本質(zhì)不同，它們吸附的離子不同，所以帶有不同的電荷。利用電泳可以確定膠體微粒的電性質(zhì)，向陽極移動(dòng)的膠粒帶負(fù)電荷，向陰極移動(dòng)的膠粒帶正電荷。一般來講，金屬氫氧化物、金屬氧化物等膠體微粒吸附陽離子，帶正電荷；非金屬氧化物、非金屬硫化物等膠體微粒吸附陰離子，帶負(fù)電荷。因此，在電泳實(shí)驗(yàn)中，氫氧化鐵膠體微粒向陰極移動(dòng)，三硫化二砷膠體微粒向陽極移動(dòng)。利用電泳可以分離帶不同電荷的溶膠。例如，陶瓷工業(yè)中用的粘土，往往帶有氧化鐵，要除去氧化鐵，可以把粘土和水一起攪拌成懸浮液，由于粘土粒子帶負(fù)電荷，氧化鐵粒子帶正電荷，通電后在陽極附近會聚集出很純凈的粘土。工廠除塵也用到電泳。利用電泳還可以檢出被分離物，在生化和臨床診斷方面發(fā)揮重要作用。本世紀(jì)40年代末到50年代初相繼發(fā)展利用支持物進(jìn)行的電泳，如濾紙電泳，醋酸纖維素膜電泳、瓊脂電泳；50年代末又出現(xiàn)淀粉凝膠電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳等。目前，電泳技術(shù)已廣泛應(yīng)用于分析化學(xué)、生物化學(xué)、臨床化學(xué)、藥理學(xué)、免疫學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)等科學(xué)中。

編輯本段電泳種類

　　按分離原理的不同，電泳分為 4類：移動(dòng)界面電泳、區(qū)帶電泳、等電聚焦電泳和等速電泳（見圖）。
　?、僖苿?dòng)界面電泳是將被分離的離子（如陰離子）混合物置于電泳槽的一端（如負(fù)極），在電泳開始前，樣品與載體電解質(zhì)有清晰的界面。電泳開始后，帶電粒子向另一極（正極）移動(dòng)，泳動(dòng)速度最快的離子走在最前面，其他離子依電極速度快慢順序排列，形成不同的區(qū)帶。只有第一個(gè)區(qū)帶的界面是清晰的，達(dá)到完全分離，其中含有電泳速度最快的離子，其他大部分區(qū)帶重疊（圖a）。
　?、趨^(qū)帶電泳是在一定的支持物上，于均一的載體電解質(zhì)中，將樣品加在中部位置，在電場作用下，樣品中帶正或負(fù)電荷的離子分別向負(fù)或正極以不同速度移動(dòng)，分離成一個(gè)個(gè)彼此隔開的區(qū)帶（ 圖b ）。區(qū)帶電泳按支持物的物理性狀不同，又可分為紙和其他纖維膜電泳、粉末電泳、凝膠電泳與絲線電泳。
　?、鄣入娋劢闺娪臼菍尚噪娊赓|(zhì)加入盛有pH梯度緩沖液的電泳槽中，當(dāng)其處在低于其本身等電點(diǎn)的環(huán)境中則帶正電荷，向負(fù)極移動(dòng)；若其處在高于其本身等電點(diǎn)的環(huán)境中，則帶負(fù)電向正極移動(dòng)。當(dāng)泳動(dòng)到其自身特有的等電點(diǎn)時(shí)，其凈電荷為零，泳動(dòng)速度下降到零，具有不同等電點(diǎn)的物質(zhì)最后聚焦在各自等電點(diǎn)位置 ，形成一個(gè)個(gè)清晰的區(qū)帶（ 圖c ），分辨率極高。
　?、艿人匐娪臼窃跇悠分屑佑蓄I(lǐng)先離子（其遷移率比所有被分離離子的大）和終末離子（其遷移率比所有被分離離子的小），樣品加在領(lǐng)先離子和終末離子之間，在外電場作用下，各離子進(jìn)行移動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間電泳后，達(dá)到完全分離。被分離的各離子的區(qū)帶按遷移率大小依序排列在領(lǐng)先離子與終末離子的區(qū)帶之間。由于沒有加入適當(dāng)?shù)闹С蛛娊赓|(zhì)來載帶電流 ，所得到的區(qū)帶是相互連接的（圖d），且因“ 自身校正”效應(yīng)，界面是清晰的，這是與區(qū)帶電泳不同之處。
　　電泳分離原理示意圖 a 移動(dòng)界面電泳 b 區(qū)帶電泳 c 等電聚焦電泳 d 等速電泳 L 領(lǐng)先離子 T 終末離子

應(yīng)用

　　電泳已日益廣泛地應(yīng)用于分析化學(xué)、生物化學(xué)、臨床化學(xué)、毒劑學(xué)、藥理學(xué)、免疫學(xué)、微生物學(xué)、食品化學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。在直流電場中，帶電粒子向帶符號相反的電極移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳（electropho-resis）。1809年俄國物理學(xué)家Peнce首先發(fā)現(xiàn)了電泳現(xiàn)象，但直到1937年瑞典的Tiselius建立了分離蛋白質(zhì)的界面電泳（boundary electrophoresis）之后，電泳技術(shù)才開始應(yīng)用。本世紀(jì)60-70年代，當(dāng)濾紙、聚丙烯酰胺凝膠等介質(zhì)相繼引入電泳以來，電泳技術(shù)得以迅速發(fā)展。豐富多彩的電泳形式使其應(yīng)用十分廣泛。電泳技術(shù)除了用于小分子物質(zhì)的分離分析外，最主要用于蛋白質(zhì)、核酸、酶，甚至病毒與細(xì)胞的研究。由于某些電泳法設(shè)備簡單，操作方便，具有高分辨率及選擇性特點(diǎn)，已成為醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中常用的技術(shù)。
　　電泳又名 —— 電著 ( 著 ) ，泳漆，電沉積。創(chuàng)始于二十世紀(jì)六十年代，由福特汽車公司最先應(yīng)用于汽車底漆。由于其出色的防腐、防銹功能，很快在軍工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。近幾年才應(yīng)用到日用五金的表面處理。由于其優(yōu)良的素質(zhì)和高度環(huán)保，正在逐步替代傳統(tǒng)油漆噴涂。
　　電泳原理：
　　電泳是電泳涂料在陰陽兩極，施加于電壓作用下，帶電荷之涂料離子移動(dòng)到陰極，
　　并與陰極表面所產(chǎn)生之堿性作用形成不溶解物，沉積于工件表面。
　　它包括四個(gè)過程：

　　1 ）電解（分解）
　　在陰極反應(yīng)最初為電解反應(yīng)，生成氫氣及氫氧根離子 OH ，此反應(yīng)造成陰極面形成
　　一高堿性邊界層，當(dāng)陽離子與氫氧根作用成為不溶于水的物質(zhì)，涂膜沉積，方程式
　　為： H2O→OH+H
　　2 ）電泳動(dòng)（泳動(dòng)、遷移）
　　陽離子樹脂及 H+ 在電場作用下，向陰極移動(dòng)，而陰離子向陽極移動(dòng)過程。
　　3 ）電沉積（析出）
　　在被涂工件表面，陽離子樹脂與陰極表面堿性作用，中和而析出不沉積物，沉
　　積于被涂工件上。
　　4 ）電滲（脫水）
　　涂料固體與工件表面上的涂膜為半透明性的，具有多數(shù)毛細(xì)孔，水被從陰極涂
　　膜中排滲出來，在電場作用下，引起涂膜脫水，而涂膜則吸附于工件表面，而
　　完成整個(gè)電泳過程。

　　電泳表面處理工藝的特點(diǎn)：

　　電泳漆膜具有涂層豐滿、均勻、平整、光滑的優(yōu)點(diǎn)，電泳漆膜的硬度、附著力、
　　耐腐、沖擊性能、滲透性能明顯優(yōu)于其它涂裝工藝。
　　電泳(楊學(xué)輝)
　　電泳(Electrophoresis)是指帶電荷的粒子或分子在電場中移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電泳.大分子的蛋白質(zhì),多肽,病毒粒子,甚至細(xì)胞或小分子的氨基酸,核苷等在電場中都可作定向泳動(dòng).1937年Tiselius成功地研制了界面電泳儀進(jìn)行血清蛋白電泳,它是在一U型管的自由溶液中進(jìn)行的,電泳后用光學(xué)系統(tǒng)使各種蛋白所形成折光率差別成為曲線圖象,將血清蛋白分為白蛋白,α1-球蛋白,α2-球蛋白,β-球蛋白和γ-球蛋白五種,隨后,Wielamd 和Kanig 等于1948年采用濾紙條做載體,成功地進(jìn)行了紙上電泳.從那時(shí)起,電泳技術(shù)逐漸被人們所接受并予以重視,繼而發(fā)展以濾紙,各種纖維素粉,淀粉凝膠,瓊脂和瓊脂糖凝膠,醋酸纖維素薄膜,聚丙烯酰胺凝膠等為載體,結(jié)合增染試劑如銀氨染色,考馬斯亮藍(lán)等大大提高和促進(jìn)生物樣品著色與分辨能力,此外電泳分離和免疫反應(yīng)相結(jié)合,使分辨率不斷朝著微量和超微量(1ng～0.001ng)水平發(fā)展,從而使電泳技術(shù)獲得迅速推廣和應(yīng)用.在此主要介紹常用電泳的一般原理及其應(yīng)用.
　　(一)電泳的基本原理
　　生物大分子如蛋白質(zhì),核酸,多糖等大多都有陽離子和陰離子基團(tuán),稱為兩性離子.常以顆粒分散在溶液中,它們的靜電荷取決于介質(zhì)的H+濃度或與其他大分子的相互作用.在電場中,帶電顆粒向陰極或陽極遷移,遷移的方向取決于它們帶電的符號,這種遷移現(xiàn)象即所謂電泳.
　　如果把生物大分子的膠體溶液放在一個(gè)沒有干擾的電場中,使顆粒具有恒定遷移速率的驅(qū)動(dòng)力來自于顆粒上的有效電荷Q和電位梯度E.它們與介質(zhì)的摩擦阻力f抗衡.在自由溶液中這種抗衡服從Stokes定律.
　　F=6πrvη
　　這里v是在介質(zhì)粘度為η中半徑為r的顆粒的移動(dòng)速度.但在凝膠中,這種抗衡并不完全符合Stokes定律.F取決于介質(zhì)中的其他因子,如凝膠厚度,顆粒大小,甚至介質(zhì)的內(nèi)滲等.
　　電泳遷移率(mbility)m規(guī)定為在電位梯度E的影響下,顆粒在時(shí)間t中的遷移距離d.
　　d
　　m= ------------ 或 m=V / E
　　t·E
　　遷移率的不同提供了從混合物中分離物質(zhì)的基礎(chǔ),遷移距離正比于遷移率.
　　(二)影響電泳的因素
　　1. 電泳介質(zhì)的pH值
　　溶液的pH值決定帶電物質(zhì)的解離程度,也決定物質(zhì)所帶凈電荷的多少.對蛋白質(zhì),氨基酸等類似兩性電解質(zhì),pH值離等電點(diǎn)越遠(yuǎn),粒子所帶電荷越多,泳動(dòng)速度越快,反之越慢.因此,當(dāng)分離某一種混合物時(shí),應(yīng)選擇一種能擴(kuò)大各種蛋白質(zhì)所帶電荷量差別的pH值,以利于各種蛋白質(zhì)的有效分離.為了保證電泳過程中溶液的pH值恒定,必須采用緩沖溶液.
　　緩沖液的離子強(qiáng)度
　　溶液的離子強(qiáng)度(Ion intensity)是指溶液中各離子的摩爾濃度與離子價(jià)數(shù)平方的積的總和的1/2.帶電顆粒的遷移率與離子強(qiáng)度的平方根成反比.低離子強(qiáng)度時(shí),遷移率快,但離子強(qiáng)度過低,緩沖液的緩沖容量小,不易維持pH恒定.高離子強(qiáng)度時(shí),遷移率慢,但電泳譜帶要比低離子強(qiáng)度時(shí)細(xì)窄.通常溶液的離子強(qiáng)度在0.02～0.2之間.
　　I=1/2∑CiZi2 (I:離子強(qiáng)度;Ci:離子的摩爾濃度;Zi:離子價(jià)數(shù). )
　　0.154M NaCl溶液的離子強(qiáng)度為:
　　I= 1/2(0.154×12+0.154×12)=0.154
　　0.015M Na2SO4溶液的離子強(qiáng)度為:
　　I= 1/2(0.015×2×12+0.015×22)=0.045
　　3. 電場強(qiáng)度
　　電場強(qiáng)度(電勢梯度Electric field intensity)是指每厘米的電位降(電位差或電位梯度).電場強(qiáng)度對電泳速度起著正比作用,電場強(qiáng)度越高,帶電顆粒移動(dòng)速度越快.根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要,電泳可分為兩種:一種是高壓電泳,所用電壓在500～1000V或更高.由于電壓高,電泳時(shí)間短(有的樣品需數(shù)分鐘),適用于低分子化合物的分離,如氨基酸,無機(jī)離子,包括部分聚焦電泳分離及序列電泳的分離等.因電壓高,產(chǎn)熱量大,必須裝有冷卻裝置,否則熱量可引起蛋白質(zhì)等物質(zhì)的變性而不能分離,還因發(fā)熱引起緩沖液中水分蒸發(fā)過多,使支持物(濾紙,薄膜或凝膠等)上離子強(qiáng)度增加,以及引起虹吸現(xiàn)象(電泳槽內(nèi)液被吸到支持物上)等,都會影響物質(zhì)的分離.另一種為常壓電泳,產(chǎn)熱量小,室溫在10～25℃分離蛋白質(zhì)標(biāo)本是不被破壞的,無需冷卻裝置,一般分離時(shí)間長.
　　4. 電滲現(xiàn)象
　　在電場中液體對于一個(gè)固體的固定相相對移動(dòng)稱為電滲.在有載體的電泳中,影響電泳移動(dòng)的一個(gè)重要因素是電滲.最常遇到的情況是γ-球蛋白,由原點(diǎn)向負(fù)極移動(dòng),這就是電滲作用所引起的倒移現(xiàn)象.產(chǎn)生電滲現(xiàn)象的原因是載體中常含有可電離的基團(tuán),如濾紙中含有羥基而帶負(fù)電荷,與濾紙相接觸的水溶液帶正電荷,液體便向負(fù)極移動(dòng).由于電滲現(xiàn)象往往與電泳同時(shí)存在,所以帶電粒子的移動(dòng)距離也受電滲影響;如電泳方向與電滲相反,則實(shí)際電泳的距離等于電泳距離加上電滲的距離.瓊脂中含有瓊脂果膠,,其中含有較多的硫酸根,所以在瓊脂電泳時(shí)電滲現(xiàn)象很明顯,許多球蛋白均向負(fù)極移動(dòng).除去了瓊脂果膠后的瓊脂糖用作凝膠電泳時(shí),電滲大為減弱.電滲所造成的移動(dòng)距離可用不帶電的有色染料或有色葡聚糖點(diǎn)在支持物的中心,以觀察電滲的方向和距離.
　　(三)電泳的分類
　　目前所采用的電泳方法,大致可分為3類:顯微電泳,自由界面電泳和區(qū)帶電泳.區(qū)帶電泳應(yīng)用廣泛,區(qū)帶電泳可分為以下幾種類型:
　　按支持物的物理性狀不同,區(qū)帶電泳可分為:
　　(1)濾紙為支持物的紙電泳;
　　(2)粉末電泳: 如纖維素粉,淀粉,玻璃粉電泳;
　　(3)凝膠電泳:如瓊脂,瓊脂糖,硅膠,淀粉膠,聚丙烯酰胺凝膠電泳;
　　(4)緣線電泳:如尼龍絲,人造絲電泳
　　2. 按支持物的裝置形式不同,區(qū)帶電泳可分為:
　　(1)平板式電泳:支持物水平放置,是最常用的電泳方式;
　　(2)垂直板電泳:聚丙烯酰胺凝膠可做成垂直板式電泳.
　　(3)柱狀(管狀)電泳:聚丙烯酰胺凝膠可灌入適當(dāng)?shù)碾娪竟苤凶龀晒軤铍娪?
　　3.按pH的連續(xù)性不同,區(qū)帶電泳可分為:
　　(1)連續(xù)pH電泳:如紙電泳,醋酸纖維素薄膜電泳;
　　(2)非連續(xù)pH電泳:如聚丙烯酰胺凝膠盤狀電泳;
　　(四)電泳所需的儀器
　　電泳所需的儀器有:電泳槽和電源.
　　1. 電泳槽
　　電泳槽是電泳系統(tǒng)的核心部分,根據(jù)電泳的原理,電泳支持物都是放在兩個(gè)緩沖液之間,電場通過電泳支持物連接兩個(gè)緩沖液,不同電泳采用不同的電泳槽.常用的電泳槽有:
　　(1)圓盤電泳槽:有上,下兩個(gè)電泳槽和帶有鉑金電極的蓋.上槽中具有若干孔,孔不用時(shí),用硅橡皮塞塞住.要用的孔配以可插電泳管(玻璃管)的硅橡皮塞.電泳管的內(nèi)徑早期為5～7mm,為保證冷卻和微量化,現(xiàn)在則越來越細(xì).
　　(2)垂直板電泳槽:垂直板電泳槽的基本原理和結(jié)構(gòu)與圓盤電泳槽基本相同.差別只在于制膠和電泳不在電泳管中,而是在塊垂直放置的平行玻璃板中間.
　　(3)水平電泳槽:水平電泳槽的形狀各異,但結(jié)構(gòu)大致相同.一般包括電泳槽基座,冷卻板和電極.
　　電源
　　要使荷電的生物大分子在電場中泳動(dòng),必須加電場,且電泳的分辨率和電泳速度與電泳時(shí)的電參數(shù)密切相關(guān).不同的電泳技術(shù)需要不同的電壓,電流和功率范圍,所以選擇電源主要根據(jù)電泳技術(shù)的需要.如聚丙烯酰胺凝膠電泳和SDS電泳需要200～600V電壓.
　　(五)電泳技術(shù)的應(yīng)用
　　1. 聚丙烯酰胺凝膠電泳可用做蛋白質(zhì)純度的鑒定.聚丙烯酰胺凝膠電泳同時(shí)具有電荷效應(yīng)和分子篩效應(yīng),可以將分子大小相同而帶不同數(shù)量電荷的物質(zhì)分離開,并且還可以將帶相同數(shù)量電荷而分子大小不同的物質(zhì)分離開.其分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般層析方法和電泳方法,可以檢出10-9～10-12g的樣品,且重復(fù)性好,沒有電滲作用.
　　2. SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳可測定蛋白質(zhì)分子量.其原理是帶大量電荷的SDS結(jié)合到蛋白質(zhì)分子上克服了蛋白質(zhì)分子原有電荷的影響而得到恒定的荷/質(zhì)比.SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳測蛋白質(zhì)分子量已經(jīng)比較成功,此法測定時(shí)間短,分辨率高,所需樣品量極少(1～100μg),但只適用于球形或基本上呈球形的蛋白質(zhì),某些蛋白質(zhì)不易與SDS結(jié)合如木瓜蛋白酶,核糖核酸酶等,此時(shí)測定結(jié)果就不準(zhǔn)確.
　　3. 聚丙烯酰胺凝膠電泳可用于蛋白質(zhì)定量.電泳后的凝膠經(jīng)凝膠掃描儀掃描,從而給出定量的結(jié)果.凝膠掃描儀主要用于對樣品單向電泳后的區(qū)帶和雙向電泳后的斑點(diǎn)進(jìn)行掃描.
　　4.瓊脂或瓊脂糖凝膠免疫電泳可用于①檢查蛋白質(zhì)制劑的純度;②分析蛋白質(zhì)混合物的組分;③研究抗血清制劑中是否具有抗某種已知抗原的抗體;④檢驗(yàn)兩種抗原是否相同.
　　(六)電泳后結(jié)果檢測
　　對于不同的目的,應(yīng)采用不同的檢測方法.用染料和生物大分子結(jié)合形成有色的復(fù)合物是電泳后檢測最常用的方法.
　　(七)聚丙烯酰胺凝膠電泳結(jié)果不正?，F(xiàn)象和對策
　　1. 指示劑前沿呈現(xiàn)兩邊向上或向下的現(xiàn)象.向上的"微笑"現(xiàn)象說明凝膠的不均勻冷卻,中間部分冷卻不好,所以導(dǎo)致凝膠中分子有不同的遷移率所致.這種情況在用較厚的凝膠以及垂直電泳中時(shí)常發(fā)生.向下的"皺眉"現(xiàn)象常常是由于垂直電泳時(shí)電泳槽的裝置不合適引起的,特別是當(dāng)凝膠和玻璃板組成的"三明治"底部有氣泡或靠近隔片的凝膠聚合不完全便會產(chǎn)生這種現(xiàn)象.
　　2."拖尾"現(xiàn)象是電泳中最常見的現(xiàn)象.這常常是由于樣品溶解不佳引起的,克服的辦法是在加樣前離心,選用合適的樣品緩沖液和凝膠緩沖液,加增溶輔助試劑.另一方法是降低凝膠濃度.
　　3."紋理"現(xiàn)象常常是由于樣品中不溶顆粒引起的,克服辦法是增加溶解度和離心除去不溶性顆粒.
　　4. 蛋白帶偏斜常常是由于濾紙條或電極放置不平行所引起的,或由于加樣位置偏斜而引起.
　　5. 蛋白帶過寬,與鄰近蛋白泳道的蛋白帶相連,這是由于加樣量太多或加樣孔泄漏引起的.
　　6. 蛋白帶模糊不清和分辨不佳是由于多種原因引起的.雖然梯度凝膠可以提高分辨率,但與其他方法相比,常規(guī)聚丙烯酰胺凝膠電泳是分辨率較低的方法.為了提高分辨率,不要加過多的樣品,小體積樣品可給出窄帶.加樣后應(yīng)立即電泳,以防止擴(kuò)散.選擇合適的凝膠濃度,使組分得以充分的分離.通?？拷把氐牡鞍讕Х直媛什患?所以應(yīng)根據(jù)分子量與凝膠孔徑的關(guān)系,灌制足夠長度的凝膠,以使樣品不會走出前沿.樣品的蛋白水解作用也引起擴(kuò)散而使分辨率降低.水解作用通常發(fā)生在樣品準(zhǔn)備的時(shí)候,系統(tǒng)中的內(nèi)源性蛋白酶會水解樣品蛋白,如果在緩沖液中加蛋白酶抑制劑可以減少這種情況的發(fā)生.
　　常用于生物化學(xué)技術(shù)。