电泳仪原理及使用方法

电泳仪是一种实验室设备，通过在电场中使带电分子（如DNA、RNA、蛋白质）定向迁移，从而对样品进行分离、分析和纯化。电泳技术广泛应用于分子生物学、医学诊断和蛋白质研究等领域。

一、电泳仪的工作原理

电泳仪的基本原理是电泳现象，即带电分子在电场作用下沿某一方向移动。不同分子的迁移速度不同，通过支持介质（如凝胶）的分子筛作用，带电分子按大小或电荷实现分离。

迁移速度公式

v=qEfv = \frac{qE}{f}v=fqE

其中：

• $v$：分子迁移速度。

• $q$：分子的净电荷。

• $E$：电场强度（电压与电泳槽长度的比值）。

• $f$：摩擦系数，与分子的大小和支持介质的阻力相关。

分离机制

• 电荷大小：带电量大的分子在电场中迁移速度快。

• 分子大小和形状：分子越小，穿过支持介质的孔隙越容易，迁移速度越快。

• 支持介质的孔径：凝胶（如琼脂糖或聚丙烯酰胺）孔径大小影响分子的分离效果。

二、电泳仪的组成

1. 电泳槽：用于装载凝胶和缓冲液。

2. 电源：提供稳定的直流电场。

3. 支持介质：

• 琼脂糖凝胶：适用于核酸分离。

• 聚丙烯酰胺凝胶：适用于蛋白质和小分子核酸分离。

4. 缓冲液：提供离子环境，维持电泳过程中的pH值和电导性。

5. 加样梳：在凝胶上形成样品槽，便于加载样品。

三、电泳仪的分类

1. 水平电泳仪：

• 主要用于核酸分离。

• 操作简单，成本低。

2. 垂直电泳仪：

• 用于蛋白质分离（如SDS-PAGE）或高精度核酸分离。

• 分辨率高，适合复杂分子分析。

3. 全自动电泳仪：

• 集成自动样品加载、电泳分离和检测功能。

• 适合高通量实验。

四、电泳仪的使用方法

1. 凝胶制备

• 选择支持介质：

• 核酸实验：使用琼脂糖凝胶。

• 蛋白质实验：使用聚丙烯酰胺凝胶。

• 制备凝胶溶液：

• 按实验需求调整凝胶浓度（如琼脂糖 0.7%-2%，聚丙烯酰胺 6%-15%）。

• 加热溶解后倒入凝胶托盘，插入加样梳，待凝胶凝固后取出梳子形成样品槽。

2. 样品加载

• 将凝胶放入电泳槽，加入缓冲液覆盖凝胶。

• 将样品与加载缓冲液混合后，用移液器注入样品槽。

3. 设置电泳参数

• 连接电源，设置电压和时间：

• 核酸电泳：50-150 V，运行 30-90 分钟。

• 蛋白质电泳：80-200 V，运行时间视样品和凝胶浓度而定。

4. 启动电泳

• 开启电源，观察指示染料的迁移位置。

• 分子开始在电场中按大小或电荷差异迁移。

5. 结束电泳

• 电泳完成后，关闭电源，断开电极连接。

• 小心取出凝胶，进行后续染色和检测。

6. 结果检测

• 核酸电泳：

• 使用EB或SYBR Green染色，在紫外灯下观察。

• 蛋白质电泳：

• 用考马斯亮蓝染色，脱色后在光学成像系统下观察。

五、实验注意事项

1. 样品准备

• 样品体积应均匀，避免过量或不足。

• 加载缓冲液可帮助样品沉底并提供可视化。

2. 电场方向

• 确保电场方向正确（负极对样品槽）。

3. 温控要求

• 长时间电泳或高电压运行可能导致凝胶过热，应及时调整或添加冷却装置。

4. 安全操作

• 操作时避免触碰电泳槽和电极，以防触电。

• 染色（如EB）具有毒性，应在通风环境中操作。

六、电泳仪的应用领域

1. 核酸分离

• 分离DNA片段（如PCR产物）。

• RNA完整性检测，用于基因表达分析。

2. 蛋白质研究

• 使用SDS-PAGE分离蛋白质，根据分子量进行分析。

• 检测蛋白质复合物或变性状态。

3. 医学诊断

• 基因突变检测、疾病标志物分析。

• 血清蛋白电泳用于疾病诊断。

4. 药物研发

• 分析药物与靶分子的相互作用。

• 分离和纯化生物大分子（如抗体药物）。

七、电泳仪的维护与保养

1. 日常清洁

• 每次使用后清洗电泳槽和凝胶托盘，防止残留物影响下次实验。

• 清洁电极，防止腐蚀。

2. 定期检查

• 检查电源和电极连接是否正常，确保输出电压稳定。

• 检测缓冲液质量，避免影响离子浓度。

3. 存储与保护

• 存放在干燥环境，避免电泳槽和配件受潮。

• 加样梳和托盘应妥善存放，避免损坏。

八、总结

电泳仪是一种功能强大的分离工具，利用电场和支持介质的分子筛作用，高效分离核酸、蛋白质等生物分子。正确掌握电泳仪的操作方法和注意事项，可以显著提高实验效率和结果的可靠性，为生命科学研究提供可靠支持。