第十章 电泳技术..
电泳技术(基础医学与医学实验技术)
电泳技术的应用领域
总结词
电泳技术广泛应用于生物、医学、化学等领域。
详细描述
电泳技术广泛应用于生物学、医学、化学和环境科学等 领域。在生物领域，电泳技术用于蛋白质、核酸和糖类 等生物大分子的分离和鉴定。在医学领域，电泳技术用 于血液、尿液和其他体液中蛋白质、酶和代谢产物的分 析。在化学领域，电泳技术用于合成高分子聚合物、金 属离子和有机化合物的分离和纯化。此外，毛细管电泳 和芯片电泳等新型电泳技术在生命科学和临床诊断等领 域也具有广泛的应用前景。
DNA电泳
DNA电泳是电泳技术中用于分离、鉴定和纯化DNA片段的一种方法。通过电泳技术可以将DNA片段按照大小进行分离，为基 因克隆、基因诊断和基因组学研究等领域提供基础。
DNA电泳的原理是利用DNA片段在电场中的迁移率不同而实现分离。DNA片段在电场中的迁移率取决于其大小、电荷和构象 等因素。通过选择合适的电泳介质和电泳条件，可以实现对DNA片段的精细分离。
电泳技术(基础医学与医学实验技 术)
contents
目录
• 电泳技术概述 • 电泳技术的基本类型 • 电泳技术在基础医学中的应用 • 电泳技术在医学实验技术中的应用 • 电泳技术的优缺点 • 电泳技术的发展趋势和未来展望
01 电泳技术概述
电泳技术的定义
总结词
电泳技术是一种利用电场对带电粒子进行分离的实验技术。
样品损失。
局限性
电泳技术对于某些特定类型的 生物大分子分离效果不佳，如 蛋白质的分离。
耗时长
电泳技术需要较长时间进行分 离，对于某些快速变化的生物 样品，可能无法及时检测。
高压电场影响
电泳过程中需要施加高压电场 ，可能会对生物大分子产生一 定的影响，如引起蛋白质的变
电泳技术
1）能产生密度梯度，且密度高时，粘度不高；
2）PH中性或易调为中性；
3）浓度大时渗透压不大； 4）对细胞无毒。
1. 速率区带离心度沉降
用途：分离密度相近而大小不等的细胞或颗粒。 特点：介质密度较低，介质的最大密度应小于被分离 生物颗粒的最小密度。
原理：介质密度梯度平缓，分离物按各自的沉降系数 以不同的速度沉降而达到分离。
二、离心机的结构与分类 (一）分类 1.低速离心机：转速<6kr/min 2.高速离心机：转速10~25kr/min的离心机 称为。 3. 超 速 离 心 机 ： 转 速 >25kr/min ， 离 心 力 >89Kg；最高转速可达100kr/min，离心力 超过500kg。
一、离心技术原理 在离心力场中，颗粒在离心运动中受离心力、 重力、摩擦力及浮力的共同作用。 在离心力场中，如果颗粒的密度大于周围介 质的密度，则颗粒发生沉淀；反之发生漂浮。 无论发生沉降与漂浮，离心力的方向总与浮 力的方向相反，离心力加大时，反向的两个 力也增大，当离心力与反向力达到平衡时， 可人力的沉降（浮力）加速度为零，直到各 组分达到分离目的。
第三节
电泳技术
电泳技术：利用带电粒子在电场作用下 定向移动的特性，对混合物组进行分离、 纯化和测定的一项技术。 电泳：溶液中带电粒子在电场中定向移 动的现象称为电泳
1 电泳：带电粒子在电场中向着与其本身电荷 相反的电极移动的过程。 2 电泳技术优点：快速、准确、重现性好 3 电泳方法分类 按电场分：常压（<500V，适用大分子）、高 压（>500V，适用小分子） 支持体分：自由电泳、区带电泳 仪器装置分：水平式、垂直式、悬架式 4 电泳条件：水溶液（缓冲液）、支持物（区 带电泳）、电场（电泳仪、电泳槽）
电泳技术
二、聚丙烯酰胺凝胶的制备
聚丙烯酰胺凝胶聚合的催化体系有两种：
1.化学聚合
化学聚合的催化剂通常采用过硫酸铵（ammonium persulfate，Ap），此外还需要加速剂TEMED（N，N，N’， N’-四甲基乙二胺），它能以自由基的形式存在。微量 TEMED的加入，可使过硫酸铵形成自由基： S2O822SO4.
引
言
电泳的概念：带电物质在电场中向相反电极移
动的现象称为电泳（electrophoresis）。 电泳现象早在十九世纪初就已发现（1808年俄 国物理学家Reŭss进行了世界上第一次电泳实 验）。但电泳技术的广泛应用，则是在1937年 用滤纸作为支持介质成功地进行纸电泳以后， 特别是近几十年以来，电泳技术发展很快，各 种类型的电泳技术相继诞生，在生物化学、医 学、免疫学等领域得到了广泛应用。
银染色
配液： 2. 0.36%NaOH 1%柠檬酸 50%甲醇、10%醋酸 1%醋酸 2. 新配制： A 0.8克硝酸银溶于4ml H2O中 B 0.36%NaOH 21ml 30%氨水 1.4ml C 将A 滴加到B中，棕色沉淀消失，加H2O到 100ml D 0.5ml 1%柠檬酸、50ul 38%甲醛，家H2O 到 100ml
.
电泳的基本原理
在一定pH条件下，每一种分子都具有特定 的电荷（种类和数量）、大小和形状，在 一定时间内它们在相同电场中泳动速度不 同，各自集中到特定的位置上而形成紧密 的泳动带。这就是带电粒子可以用电泳技 进行分离、分析和鉴定的基本原理。
+
-
带电粒子在电场中的移动与: 粒子大小有关，颗粒直径愈小愈快 粒子的电荷有关，电荷愈多愈快 粒子的形状有关，愈接近球形愈快
迁移率还和下列因素有关:
电泳技术
v=QX /6πrη
迁移率u：单位电场强度下的电泳速度， 粒子的迁移 率在一定条件下决定于粒子本身的性质即其所带电荷 及大小和形状。
u＝v/E=q/6πrη
在具体实验中，移动速度V为单位时间t（单位为s）内移 动的距离d（单位为cm），即V＝ d/t。电场强度X为单位 距离L（单位为cm）内电势差E（单位为伏特），即 X＝E/L。将这两个公式代入上述公式，得到 U=v/X=dL/Et d=u*Et/L 由此可以得到两种物质移动距离的差为 △ d=(dA-dB)=(uA-uB)Et/L 从这个公式可以看出物质能否进行分离决定于二者的迁 移率。
+
白蛋 白(A)
α1
α2
β
γ
血清蛋白的 pI 大多在 7.5 以下，在 pH8.6 的巴比妥缓冲液 中以负离子形式存在，并且蛋白质的分子量、立体构象、等电 点及形状也有差异，在电场中迁移速度不同，可以在醋酸纤维 薄膜上分离成 A、α 1、α 2、β 、γ 五条区带。
蛋白质名称 清蛋白 α 等电点 4.88 5.06 分子量 69000 α 1－200000 α 2－300000 β γ 5.12 6.85－7.50 90000－150000 156000－300000
电泳（el或大分子在外加电场中，向带相反电荷 的电极作定向移动的现象称为电泳。生物分子都带 电荷，其电荷的多少取决于分子性质及其所在介质 的 pH 及其组成。由于混合物中各组分所带电荷性 质、电荷数量以及分子量的不同，在同一电场的作 用下，各组分泳动的方向和速度也各异。因此，在 一定时间内各组分移动的距离不同，从而达到分离 鉴定各组分的目的。
4 、定量 1）取 6 支试管并编号，分别加入 0.4N 氢氧化钠 4ml。 2 ）剪下各条蛋白带和在膜空白部位剪一条带（空白带的宽 why？） 度以最窄的条带为准， ， 将各条带浸入试管， 不时摇动， 洗脱蓝色。 3）光光度计比色，波长为 650nm，以空白薄膜条洗出液为 空白对照，读取其它 5 管的光密度值。 5、计算总吸光度 光密度总和 T＝A＋α 1＋α 2＋β ＋γ 各部分蛋白质的百分数： 蛋白质％＝A/T×100％
电泳技术
电泳技术利用混合物中各组分所带电荷性质、电荷数量以及分子量的不同，在同电场作用下，根据各组分移动距离的不同，来分离鉴定各组分。
电泳技术作为一种先进的检测手段，广泛应用于蛋白质、多肽、氨基酸、核苷酸、无机离子等的分离和鉴定，甚至病毒与细胞的研究。
随着许多自动化电泳仪器设备的问世和普及，电泳技术在生物医学方面有着许多应用，显示出强大的生命力。
电泳介质的ph、缓冲液的离子强度、电场强度和电渗作用是影响电泳的主要因素。
区带电泳可根据支持物的物理性状、支持物的装置形式和ph的连续性等来分类。
其中常见的有聚丙烯酰胺凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳、琼脂糖电泳、等电聚焦电泳和双向电泳等。
下面将简要地介绍几种电泳技术在生物医学中的应用。
聚丙烯酰胺凝胶电泳是一种常用的DNA检测方法，是聚合酶链式反应、单链构象多态分析中不可缺少的技术，广泛应用于生物医学中分子水平的诊断。
其对小于500碱基的DNA片段分辨率很高，且可容纳相对大量的DNA。
聚丙烯酰胺凝胶电泳基本上是一种分析工具，但有时也可用于纯化蛋白质。
变性的蛋白质可以经过回收、洗脱、浓缩和除盐来纯化，这样制备的蛋白质样品可以用于蛋白质的结构分析或抗体的制备，是进行生物化学研究的基础。
琼脂糖电泳因为操作简单，耗时短而被广泛应用新鲜血液经琼脂糖电泳、染色后可得患者的血清蛋白质电泳图谱，这是了解患者血清蛋白质全貌的有效方法，可以用为初筛试验。
在肾小球疾病中，尿蛋白电泳测定是反映疾病性质的重要窗口，是区别选择性尿和非选择性尿的重要标准之一。
十二烷基硫酸钠-琼脂糖电泳测尿蛋白组分操作方法简便，高效。
等电聚焦电泳利用蛋白质具有两性解离及等电点的特征，用具有ph梯度的支持介质来分离的蛋白质。
它的主要特点是：灵敏度及分辨率高，重复性好，电泳区带相当狭窄，特别适用于大批量纯度检测和真实性鉴定以及遗传多样性等群体生物学领域的研究。
目前等电聚焦电泳主要用于两性电解质样品的分析、分离和制备，在同工酶的鉴定及蛋白质的微量分析上应用尤为广泛。
电泳技术详解
电泳技术概述电泳是指带粒子在电场中向与自身带相反电荷的电极移动的现象。
例如蛋白质具有两性电离性质。
当蛋白质溶液的pH在蛋白质等电点的碱侧时，该蛋白质带负电荷，在电场中向正极移动，相反则带正电荷，在电场中向负极移动，只有蛋白质溶液pH在蛋白质的等电点时静电荷是零，在电场中不向任何一极移动。
电泳现象早在1890年就被发现，1907年有人曾在琼脂中电泳，研究白喉毒素； 1937年由Tiselius制成界面电泳仪，并开始用于蛋白质的研究。
从此，人们才逐渐认识到电泳技术对于生物科学研究是一种重要工具。
然而，界面电泳结构复杂。
价格昂贵难于普及。
1940年左右。
以纸为支持物的电泳问世后，电泳技术得到迅速发展。
电泳技术以支持物分，可分为纸电泳，醋酸纤维素薄膜电泳，淀粉凝胶电泳，琼脂（糖）凝胶电泳及聚丙烯酰胺凝胶电泳等。
经凝胶形状分有水平平板电泳，园盘柱状电泳及垂直平板电泳。
各种类型的电泳技术概括如表。
表电泳技术的种类各类电泳技术已经广泛地用于基础理论研究，临床诊断及工业制造等方面。
例如用醋酸纤维薄膜电泳分析血清蛋白，用琼脂对流免疫电泳分析病人血清，为早期诊断原发性肝癌提供资料：用高压电泳分离肽段，研究蛋白质一级结构：用高压电泳和层析结合研究核酸的一级结构。
凝胶龟泳技术在分离分析酶。
蛋白质，核酸等生物大分子方面具有较高的分辩力，为生物化学，分子生物学的发展作出了重大贡献。
基本理论不同的带电颗粒在同一电场中泳动的速度不同。
常用泳动度（或迁移率）来表示。
泳动度是指带电颗粒在单位电场强度下泳的速度。
影响泳动度的主要因素有：1、首先决定于带颗粒的性质，即颗粒所带净电荷的数量，大小及形状。
一般说来，颗粒带净电荷多，直径小而接近于球形，则在电场中泳动速度快，反之则慢。
泳动度还与分子的形状，介质粘度，颗粒所带电荷有关，泳动度与颗表面电荷成正比，与介质粘度及颗粒半径反比。
带电荷的高分子在电解质溶液中把一些带有相反电荷的离子吸引在其周围，形成一离子扩散层。
电泳技术的原理及其应用
电泳技术的原理及其应用1. 引言电泳技术是一种广泛应用于生物学、医学、药物研发和分析化学领域的分离和分析方法。
它基于物质在电场中的迁移速度差异，通过电化学原理将被分析物质分离出来。
本文将介绍电泳技术的原理以及一些常见的应用领域。
2. 电泳技术的原理电泳技术主要基于物质在电场中的迁移速度差异而实现分离。
通过施加电场，带电粒子或溶液中的分子会在电场中运动，而运动速度与其电荷、大小和形状有关。
电泳技术的原理可以归纳为以下几个方面：•电场作用：施加电场可以使带电粒子受到电荷作用力，从而在溶液中迁移。
•电泳介质：电泳介质通常是凝胶，如聚丙烯酰胺凝胶或琼脂糖凝胶。
它们通过限制溶液中溶质的扩散，使分子在凝胶中的运动主要受到电场力的影响。
•迁移速度差异：不同的分子在电场中的迁移速度差异主要由它们的电荷、大小和形状决定。
带有相同电荷的粒子，较大的粒子迁移速度较慢，较小的粒子迁移速度较快。
•检测方法：电泳技术常用的检测方法包括紫外光检测、荧光检测和放射性检测等。
这些方法可以用来检测分离出来的分子，并对其进行分析。
3. 电泳技术的应用电泳技术在生物学、医学、药物研发和分析化学等领域都有广泛的应用。
下面将介绍几个常见的应用领域：3.1 DNA测序DNA测序是电泳技术的一个重要应用领域。
通过电泳技术可以将DNA分子分离出来，根据DNA片段在电泳过程中的迁移速度差异，可以确定DNA序列。
这对于基因组研究、遗传变异分析和疾病诊断等都具有重要意义。
3.2 蛋白质分离与分析电泳技术也常用于蛋白质的分离和分析。
通过电泳技术可以将蛋白质分离出来，并根据其迁移速度差异进行分析。
这在生物学研究和药物研发中都非常常见。
3.3 药物研发电泳技术在药物研发中有着重要的应用。
通过电泳技术可以对药物进行分离和定量分析，从而评估药物的纯度、稳定性和活性等。
这对于药物研发过程中的质量控制非常关键。
3.4 环境分析电泳技术也被广泛应用于环境分析领域。
通过电泳技术可以对环境样品中的污染物进行分离和分析，对于环境监测和污染物治理具有重要意义。
第十章电泳技术介绍
(2) 电渗
电渗现象是一种在外加电压作 用下，和固体支持物接触的液体的 移动现象。
如果支持物质带有羧基、磺酸基、羟基 等功能团时，在一定的pH值溶液中，它们会 电离，使支持物带负电荷，与支持物相接触 的溶液(通常是水)带正电荷，在电场的作用 下，此溶液层会向负极移动。
反之，若支持物带上正电荷，与支持物 相接触的溶液就带上负电荷，溶液层会向正 极移动。
电渗会对样品的迁移率造成影响。
如果电渗方向与样品的电泳迁移方向
一致，样品的表观迁移率就加快，如
果二者的方向不一致，样品的表观迁
移率就降低。
(3) 吸附
支持物吸附溶质，会延缓电泳分离。
在某些情况下，如果它们能选择性的 吸附低电泳迁移率的组分，则可以提高 分离的质量。
(4) 分子筛分离
当采用凝胶如淀粉、聚丙烯酰胺、葡聚糖 凝胶作支持物，在伸展的凝胶中，其空间属于 大分子尺寸，这样就表现出分子筛的效应。
相应地，最小的分子透入凝胶结构中，由 于它们沿着一条非常曲折且较长的路程移动， 所以迁移被延缓。 根据这一现象，可在样品组分分离时，调 整诸如凝胶的聚合程度和浓度，孔的尺寸等因 素，就能得到一个高的分辨率。
(5) 扩散
扩散会影响分离的分辨率，这 是因为扩散可使几个分离的区带相 互重叠。
(6) 缓冲液的性质
（10-7） （10-8）
上式表明，用实验最终所得的 （dA-dB），来确定A和B两种物质 的分离，电泳需要持续的时间t。
10.2 影响电泳迁移率的因素
1．颗粒的性质
颗粒所带净电荷量越大，直径越 小或其形状越接近于球形，在电场 中的迁移率就越大。
2．电场强度
电场强度越高，带电颗粒的迁 移速度越快。 常压电泳控制的电场强度为210V/cm。
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3．溶液的性质
主要是指电极室缓冲溶液和目标 产物样品溶液的pH值、离子强度和黏 度等。
① 溶液的pH值
溶液的pH值决定着电解质的解离程 度和其所带净电荷的量，对于氨基酸或 蛋白质，溶液的pH值应远离其等电点， 使其净电荷量变大，迁移速度加快。
② 离子强度
组分的分离取决于缓冲液的离子 强度，如果离子强度高，可获得良好 的分离效果，但是电泳迁移率会降低， 所以溶液的离子强度一般维持在 0.05～0.1mo1/L范围内。
QE f
（10-1）
在自由溶液中，摩擦阻力服从 Stokes定律：
f 6rv
（10-2）
式中r为质点半径；v为质点的迁移 速度；η为介质黏度。
合并上述两式，可求得质点 的迁移速度v
EQ v 6r
（10-3）
如果电量Q按照电子电量e （=1.6×10-19C）乘上电荷数Z来 计算，则上式可写成：
对于两种离子型物质A和B的混 合物的分离来说。如果它们的迁移 率由实验测得是uA和uB，根据迁移 率的定义可知：
dA uA tE
和
dB uB tE
dA和dB分别为各物质在电位梯度 E下经过t时间后所移动的距离。
由上式可得到：
d A d B Et(u A u B ) d A dB t E (u A u B )
③溶液的黏度
电泳迁移率与溶液的黏度成反 比，所以黏度不能过大或过小。
4．其它因素
(1)焦耳效应
电泳过程中由于电流会产生热量， 使温度增加。 温度增加，一是使电泳流动性增加， 二是使支持介质中缓冲液的溶剂蒸发， 从而促进或延缓电泳迁移，三是溶剂的 损失会引起电解质浓度的增加，离子强 度增加和支持介质导电率增加。
⑤亲和电泳；
⑥等速电泳； ⑦等电聚焦； ⑧免疫电泳。
一．自由界面电泳
1937年瑞典科学家Tiselius建立了 “移界电泳法(moving boundary EP)”， 成功地将血清蛋白质分成清蛋白、α1、 α2、β和γ球蛋白5个主要成分，由于他 的突出贡献，1948年荣获诺贝尔奖金。
在自由界面电泳中，样品被放臵在U型 电泳管的缓冲溶液中，然后外加电场。
eZE v 6r
（10-4）
质点的电泳迁移率（电泳度） u被定义为在单位电位梯度（E） 的作用下，单位时间内质点所移 动的距离（d）：
d u tE
或
v u E
（10-5）
所以可以得到
Q Ze u 6r 6r
（10-6）
从上述公式可知，电泳迁移率与 带电颗粒的净电荷量成正比，而与 颗粒半径和介质黏度成反比。
分离效果有时取决于所用缓冲液 的性质。 例如，对于不带电荷的蔗糖可用 硼酸缓冲液分离，形成络合的蔗糖— 硼酸盐离子。
10.3 电泳的类型
在任何电泳设备中，
都有三个意义明确的
部件，阴极、阳极和
实现带电粒子分离的
电泳室。
根据在电泳室中使用的电解质系 统，可以对电泳作如下的分类：
①自由界面电泳； ②自由溶液中的区带电泳； ③在不同支持物上的区带电泳； ④在有机溶剂中的凝胶电泳；
与超滤等膜分离法一样，电泳分离中不 存在相平衡，是一种速度分离法。 但与膜过滤相比，电泳操作的剪切作用 较小，可以使蛋白质等生物大分子保持较高 的生物活性。 分辨率高和能够保持产物的生物活性这 两个突出的优点使得电泳技术愈来愈受到人 们的重视。
10.1 电泳的理论基础
当一个带有效电荷Q的质点，在黏 性介质中(液体或凝胶)受到电场(电位 梯度)E正的作用恒速迁移时，质点在 受到一个驱动力(其值为QE)的同时还 受到一个与其相平衡的摩擦阻力f。
在几种组分的混合物中，由于不同离子
的电量、大小和形状的不同导致它们在缓冲
液中的移动速度不同，结果在整个管子中出
现了不同的分隔界面。
在一系列的分界范围中，是以组分的浓
度变化参差而排列的，这样的浓度梯度可用
一个适宜的光学系统进行测量。
通过整个管子的连续量析技术，就可 以确定不同界面的位臵、数量以及区域的 浓度，因此可用来测量电泳迁移率，进行 混合组分的分离和分析等。 自由界面电泳由于仪器装臵复杂、价 格昂贵，因此只限于实验室规模操作。
相应地，最小的分子透入凝胶结构中，由 于它们沿着一条非常曲折且较长的路程移动， 所以迁移被延缓。 根据这一现象，可在样品组分分离时，调 整诸如凝胶的聚合程度和浓度，孔的尺寸等因 素，就能得到一个高的分辨率。
(5) 扩散
扩散会影响分离的分辨率，这 是因为扩散可使几个分离的区带相 互重叠。
(6) 缓冲液的性质
(2) 电渗
电渗现象是一种在外加电压作 用下，和固体支持物接触的液体的 移动现象。
如果支持物质带有羧基、磺酸基、羟基 等功能团时，在一定的pH值溶液中，它们会 电离，使支持物带负电荷，与支持物相接触 的溶液(通常是水)带正电荷，在电场的作用 下，此溶液层会向负极移动。
反之，若支持物带上正电荷，与支持物 相接触的溶液就带上负电荷，溶液层会向正 极移动。
（10-7） （10-8）
上式表明，用实验最终所得的 （dA-dB），来确定A和B两种物质 的分离，电泳需要持续的时间t。
10.2 影响电泳迁移率的因素
1．颗粒的性质
颗粒所带净电荷量越大，直径越 小或其形状越接近于球形，在电场 中的迁移率就越大。
2．电场强度
电场强度越高，带电颗粒的迁 移速度越快。 常压电泳控制的电场强度为210V/cm。
第 十 章
电泳技术
电泳是荷电溶质（电解质）在
电场作用下发生定向泳动的现象。
电泳分离则是利用荷电溶质在 电场中泳动速度的差别进行分离的 方法。
电泳为生化物质的分离提供了一个有 效的 分析，直至上世纪70年代以后，各种以分 离回收为目的的电泳法发展很快，已达到 一定的分离制备规模。
电渗会对样品的迁移率造成影响。
如果电渗方向与样品的电泳迁移方向
一致，样品的表观迁移率就加快，如
果二者的方向不一致，样品的表观迁
移率就降低。
(3) 吸附
支持物吸附溶质，会延缓电泳分离。
在某些情况下，如果它们能选择性的 吸附低电泳迁移率的组分，则可以提高 分离的质量。
(4) 分子筛分离
当采用凝胶如淀粉、聚丙烯酰胺、葡聚糖 凝胶作支持物，在伸展的凝胶中，其空间属于 大分子尺寸，这样就表现出分子筛的效应。