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电泳

/electrophoresis/
条目作者陈义

陈义

最后更新 2024-08-13
浏览 479
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带电粒子在介质中因受外电场作用而发生迁移运动的物理化学现象和利用这种电迁移原理进行物质分离分析的方法。

英文名称
electrophoresis
创建时间
1808
提出者
F.F.von罗伊斯
所属学科
化学

电泳现象是由F.F.von罗伊斯[注]于1808年首先发现的,他观测到含水黏土能在电场中移动。后来的研究表明,有机、无机离子,蛋白,核酸,各种胶粒乃至细胞等都会在水溶液中发生电迁移,说明电泳是带电粒子的共同特征。电泳最早被用于酶等蛋白质类样品的等电点鉴定,后来被用于细胞研究并发展出显微电泳方法。现代意义的电泳方法则发源于A.蒂塞利乌斯的移界电泳技术。该法始建于1926年,其技术细节和对血清蛋白的分离结果则公布于1937年。20世纪50年代后,电泳方法开始全面稳步发展,各种新的方法不断涌现,如纸电泳、薄层电泳、等电聚焦、圆盘电泳、等速电泳、免疫电泳、凝胶电泳、双向电泳等,相关的染色、印迹转移检测等方法也先后推出,构成了完整的分析方法体系。电泳的发展还促成了蛋白质化学的建立。  

 电泳的特征量是淌度(即迁移率),它是指粒子在单位电场下的迁移速率。在流体介质中,稳态时球形荷电粒子的淌度可表示为: ,式中分别为粒子的电量、价数、有效半径和电动电位,为电子电量,为溶液的介电常数和黏度。带电粒子通常处在大量的同号和反号电荷的包围之中,弱电解质的解离还受介质pH的控制,这些都会改变淌度值。为此,需由稀溶液测定淌度,并由此外推到零浓度,求得不受实际粒子浓度和解离度等影响的淌度,称为绝对电泳淌度。它显然大于现实溶液中的有效淌度 ,式中为粒子的第级解离度,为此级离子的活度系数或其平衡解离度。很明显,淌度由粒子自身、溶剂以及外场(温度等)性质等共同决定。当溶剂与外部条件确定时,淌度仅由粒子自身性质决定,这构成了物质分离的依据;溶剂等对淌度的影响,则为分离条件选择和优化提供了可能。

电泳分离均开始于移动界面电泳,随后依据介质条件,可以进入等速电泳、区带电泳或等电聚焦过程。等速电泳采用不连续介质,样品参与导电过程,其迁移受前方和后续区带速度的制约。其他各类电泳属连续介质电泳,样品的迁移相对自由,但要受到介质性质如筛孔等的制约。凝胶电泳突出了筛孔作用,因此成为尺寸筛分方法。等电聚焦在pH梯度介质中进行,电泳中电流连续变小,至最低点时所有区带分立聚焦。

电泳分离技术包含很多种类,仪器结构不尽相同,但都必须包含:正、负电极槽,分离室,直流(或脉冲)电源,系统控制等部分。分离室与电极槽通过缓冲溶液连通,电极槽则通过铂电极和导线与直流电源连接,整体构成导电回路。

电泳可以按原理分为移动界面电泳等速电泳区带电泳等电聚焦电泳;也可以按分离介质状态分为自由溶液电泳、凝胶电泳蛋白质电泳核酸电泳免疫电泳芯片电泳、纸电泳等,其中凝胶电泳的应用最广泛。移动界面电泳属于自由溶液电泳。电泳还可以按分离通道的形状、位置、介质流动性质等分成不同的类型,如毛细管电泳连续流电泳介电电泳。工作中遇到的电泳方法多取混合称谓,如毛细管电色谱胶束电动色谱微乳液电动色谱

电泳特别适用于生物大分子的分离分析,已经成为蛋白质、核酸等研究的基础判别方法,在生物、医学、临床诊断、分子生物学等领域起着不可替代的作用。电泳也是蛋白质等物质纯度和分子量的鉴定标准之一。在蛋白质研究中,电泳的应用包括:蛋白质种类、等电点、纯度或含量的鉴定,分子量测定,分离与制备等。双向电泳是蛋白质组学研究的高通量主力工具之一。电泳在基因相关研究中的应用包括:DNA测序,基因突变、基因多态性等研究,双链DNA分离,DNA和RNA的制备等。特大片段核酸等的分离,往往需要采用脉冲电泳。电泳在生物和生命科学研究中的应用已经无所不在,但在化学中的应用却以毛细管电泳居多。

  • 陈义.毛细管电泳技术及应用.2版.北京:化学工业出版社,2006.

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