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电泳设备的基本原理



  电泳是指带电颗粒在电场的作用下发生迁移的过程。许多重要的生物分子,如氨基酸、多肽、蛋白质、?#22609;?#37240;、核酸等都具有可电离基团,它们在某个特定的pH值下可?#28304;?#27491;电或负电,在电场的作用下,这些带电分子会向着与其所带电荷极性相反的电极方向移动。电泳技术就是利用在电场的作用下,由于待分离样品中各?#22336;?#23376;带电性质以及分子本身大小、形状等性质的差异,使带电分子产生不同的迁移速度,从而对样品进行分离、鉴定或提纯的技术。


  电泳过程必须在一种支持介?#25163;?#36827;?#23567;?font face=Arial>Tiselius等在1937年进?#26800;?#33258;?#23665;?#38754;电泳没有固定支持介质,所以扩散和对流?#24613;?#36739;强,影响分离效果。于是出现了固定支持介质的电泳,样品在固定的介?#25163;?#36827;行电泳过程,减少了扩散和对流等干扰作用。最初的支持介质是滤纸和醋酸?#23435;?#32032;膜,目前这些介质在实验室已经应用?#23186;?#23569;。在很长?#27426;?#26102;间里,小分子物质如氨基酸、多肽、糖等通常用滤纸或?#23435;?#32032;、硅胶薄层平板为介质的电泳进行分离、分析,但目前则?#35805;?#20351;用更灵敏的技术如HPLC等来进行分析。这些介质适合于分离小分子物质,操作简单、方便。但对于复杂的生物大分子则分离效果较差。凝胶作为支持介质的引入大大促进了电泳技术的发展,使电泳技术成为分析蛋白质、核酸等生物大分子的重要手段之一。最初使用的凝胶是淀粉凝?#28023;?#20294;目前使用得最多的是琼脂糖凝胶和聚丙烯酰胺凝胶。蛋白质电泳主要使用聚丙烯酰胺凝胶。


  电泳装置主要包括两个部分:电源和电?#38745;邸?#30005;源提供直流电,在电?#38745;?#20013;产生电场,驱动带电分子的迁移。电?#38745;?#21487;以分为水平式和垂直式两类。垂直板式电泳是较为常见的一种,常用于聚丙烯酰胺凝胶电泳?#26800;?#30333;质的分离。电?#38745;?#20013;间是夹在一起的两块玻璃板,玻璃板两边由塑料条隔开,在玻璃平板中间制备电泳凝?#28023;?#20957;胶的大小通常是12cm ´ 14 cm,厚度为1mm2 mm,近年来新研制的电?#38745;郟?#33014;面更小、更薄,以节省试剂和缩短电泳时间。制胶时在凝胶溶液中放一个塑料梳子,在胶聚合后移去,形成上样品的凹槽。水平式电泳,凝胶铺在水平的玻璃或塑料板上,用一薄层湿滤纸连接凝胶和电泳缓冲?#28023;?#25110;将凝胶直接浸入缓冲液中。由于pH值的改变会引起带电分子电荷的改变,进而影响其电泳迁移的速度,所以电泳过程应在?#23454;?#30340;缓冲液中进?#26800;模?#32531;冲液可以保持待分离物的带电性质的稳定。


E=V/L


为了更好的了解带电分子在电泳过程中是如何被分离的,下面简单介绍一下电泳的基本原理。在两个平行电极上加?#27426;?#30340;电压(V),就会在电极中间产生电场强度(E),上式中L是电极间距离。


在稀溶液中,电场?#28304;?#30005;分子的作用力(F),等于所带净电荷与电场强度的乘积:


F=q*E 


上式中q是带电分子的净电荷,E是电场强度。


这个作用力使得带电分子向其电?#19978;?#21453;的电极方向移动。在移动过程中,分子会受到介?#25910;持?#21147;的阻碍。?#25345;?#21147;(F)的大小与分子大小、形状、电泳介质孔径大小以及缓冲液粘度等有关,并与带电分子的移动速度成正比,对于球状分子,F的大小服从Stokes定律,即:


F=6πrηυ


式中r是球状分子的半径,η是缓冲液粘度,υ是电泳速度(υ= d / t,单位时间粒子运动的距离,cm / s )。当带电分子?#20154;?#31227;动时: F = F


∴ q·E = 6πrηυ


电泳迁移率(m)是指在单位电场强度(1V/cm)时带电分子的迁移速度: 


所以: 


v/E=Q/6πrη 


这就是迁移率公式,由上式可以看出,迁移率与带电分子所带净电荷成正比,与分子的大小和缓冲液的粘度成反比。 


SDS-聚丙烯酰胺凝胶电?#38745;?#23450;蛋白质分子量时,实际使用的是相对迁移率mR。即: 


上式中:d-带电粒子泳动的距离,t-电泳的时间,V-电压,L-两电极交界面之间的距离,即凝胶的有效长度。 因此,相对迁移率mR就是两种带电粒子在凝胶中泳动迁移的距离之比。 


带电分子由于各自的电荷和形状大小不同,因而在电泳过程中具有不同的迁移速度,形成了?#26469;闻帕械?#19981;同区带而被分开。?#35789;?#20004;个分子具有相似的电荷,如果它们的分子大小不同,由于它们所受的阻力不同,因此迁移速度也不同,在电泳过程中?#28034;?#20197;被分离。有些类型的电泳?#36127;?#23436;全依赖于分子所带的电荷不同进行分离,如等电聚焦电泳?#27426;?#26377;些类型的电泳则主要依靠分子大小的不同即电泳过程中产生的阻力不同而得到分离,如SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳。分离后的样品通过各种方法的染色,或者如果样品有放射性标记,则可以通过放射性自显影等方法进行检测。

山东潍坊喷涂流水线,静电喷涂设备 潍坊北海电子(涂装)机械设备 2019-2-24 本文被阅读 164 次
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