垂直电泳仪
垂直电泳仪：原理、组成与应用
垂直电泳仪是一种主要用于蛋白质、小分子核酸分离与分析的实验设备。与水平电泳仪相比，垂直电泳仪使用垂直放置的凝胶，并以聚丙烯酰胺凝胶为支持介质，因而具备更高的分辨率，是蛋白质研究和高精度核酸分离的理想工具。
一、垂直电泳仪的工作原理
垂直电泳仪基于电泳原理，利用电场使带电分子在垂直放置的凝胶中迁移并分离。其分离机制与支持介质的筛分作用密切相关：
核心原理
带电分子在电场中根据其电荷、大小和形状不同迁移：
带负电的分子（如变性蛋白质、DNA片段）向阳极移动。
带正电的分子向阴极移动。
聚丙烯酰胺凝胶的分子筛作用：
小分子更易通过凝胶孔隙，迁移速度快。
大分子受到较大阻力，迁移速度慢。
电泳速度公式
v=qEfv = \frac{qE}{f}v=fqE
其中：
vvv：迁移速度。
qqq：分子电荷量。
EEE：电场强度。
fff：摩擦系数，与分子大小和凝胶特性有关。
二、垂直电泳仪的组成
1. 电泳槽
垂直结构，用于支撑和固定凝胶。
配有上下两个电极，分别连接阳极和阴极。
2. 凝胶板和托架
包含玻璃板或塑料板，用于制备和固定聚丙烯酰胺凝胶。
通常有预制凝胶或手动灌注的选项。
3. 缓冲液槽
上、下缓冲液槽分别浸没上下电极，为样品迁移提供离子环境。
4. 电泳电源
提供可调直流电压和电流，用于驱动分子迁移。
5. 加样梳
插入凝胶顶部形成样品槽，用于加载样品。
三、垂直电泳仪的特点
1. 高分辨率
使用聚丙烯酰胺凝胶，孔径更小，分离精度高。
适合复杂样品（如蛋白质混合物）的精细分离。
2. 垂直结构
凝胶放置在垂直方向，电泳路径短，迁移均匀。
3. 应用广泛
主要用于蛋白质分离（如SDS-PAGE），也适合小片段DNA/RNA的高精度分离。
四、垂直电泳仪的使用步骤
1. 凝胶制备
选择凝胶类型：
标准聚丙烯酰胺凝胶：分离蛋白质。
SDS变性凝胶：按蛋白质分子量分离。
非变性凝胶：保持蛋白质的天然结构。
配制凝胶溶液：
按实验需求调整聚丙烯酰胺浓度（6%-15%）。
倒入凝胶托架并插入加样梳，待凝胶凝固。
2. 加载样品
将凝胶装入电泳槽，确保与上下缓冲液槽连接。
加入缓冲液覆盖电极。
使用移液器将样品注入样品槽。
3. 设置参数
连接电源，设置电压和运行时间：
常规蛋白质电泳：80-200 V。
小分子核酸电泳：50-150 V。
4. 启动电泳
开启电源，分子在电场中开始迁移。
观察指示染料迁移进程，判断实验是否完成。
5. 电泳结束与结果检测
停止电源，断开电极。
取出凝胶进行染色和脱色处理：
蛋白质电泳：使用考马斯亮蓝染色。
核酸电泳：使用EB或SYBR Green染色。
在成像系统下观察和记录分离结果。
五、垂直电泳仪的应用领域
1. 蛋白质分离
SDS-PAGE：
按分子量分离变性蛋白质。
等电聚焦电泳（IEF）：
根据蛋白质的等电点进行分离。
二向电泳：
结合IEF和SDS-PAGE，用于复杂蛋白质组分析。
2. 小分子核酸分离
高精度分离DNA片段，适合短片段分析（如SSR标记）。
3. 医学与诊断
检测疾病相关蛋白质分子。
分析血清蛋白和抗体特性。
4. 药物研发
分离和检测药物相关蛋白分子。
评估抗体药物的纯度和活性。
六、垂直电泳仪的优势与局限
优势
高分辨率：聚丙烯酰胺凝胶的分子筛作用适合复杂分子的精细分离。
广泛应用：蛋白质研究和高精度核酸分析的首选设备。
灵活性强：可通过调节凝胶浓度、添加变性剂等调整实验条件。
局限
操作复杂：凝胶制备和安装较繁琐。
耗时较长：从制备到结果分析需数小时。
成本较高：耗材（如凝胶和染色剂）费用较高。
七、垂直电泳仪的维护与保养
1. 清洁
每次使用后清洗电泳槽和电极，避免缓冲液和样品残留。
清洁玻璃板和加样梳，确保无污染。
2. 检查电极
定期检查电极是否有腐蚀或断裂。
确保电极线连接稳定。
3. 定期校准
校准电压和电流输出，确保实验结果的准确性。
4. 存放
将设备存放在干燥环境，防止电极和其他部件受潮。
八、垂直电泳仪的选购建议
1. 根据实验需求选择
实验类型：
蛋白质分离：选择支持SDS-PAGE的设备。
精细核酸分析：选择高分辨率垂直电泳仪。
样品通量：根据样品数量选择适合的样品槽数量。
2. 检查设备性能
电源支持电压范围（通常80-200 V）。
凝胶托架和缓冲槽设计是否合理。
3. 品牌与售后
推荐品牌：赛默飞（Thermo Fisher）、Bio-Rad等。
确保提供技术支持和备件供应。
九、总结
垂直电泳仪是蛋白质研究和小分子核酸分离的核心设备，其高分辨率和灵活性使其成为现代分子生物学和医学研究的重要工具。通过正确操作和维护，垂直电泳仪能够为科学研究提供可靠的数据支持，并推动生命科学的发展。
