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電泳設備的基本原理



  電泳是指帶電顆粒在電場的作用下發生遷移的過程。許多重要的生物分子,如氨基酸、多肽、蛋白質、核苷酸、核酸等都具有可電離基團,它們在某個特定的pH值下可以帶正電或負電,在電場的作用下,這些帶電分子會向著與其所帶電荷極性相反的電極方向移動。電泳技術就是利用在電場的作用下,由于待分離樣品中各種分子帶電性質以及分子本身大小、形狀等性質的差異,使帶電分子產生不同的遷移速度,從而對樣品進行分離、鑒定或提純的技術。


  電泳過程必須在一種支持介質中進行。Tiselius等在1937年進行的自由界面電泳沒有固定支持介質,所以擴散和對流都比較強,影響分離效果。于是出現了固定支持介質的電泳,樣品在固定的介質中進行電泳過程,減少了擴散和對流等干擾作用。最初的支持介質是濾紙和醋酸纖維素膜,目前這些介質在實驗室已經應用得較少。在很長一段時間里,小分子物質如氨基酸、多肽、糖等通常用濾紙或纖維素、硅膠薄層平板為介質的電泳進行分離、分析,但目前則一般使用更靈敏的技術如HPLC等來進行分析。這些介質適合于分離小分子物質,操作簡單、方便。但對于復雜的生物大分子則分離效果較差。凝膠作為支持介質的引入大大促進了電泳技術的發展,使電泳技術成為分析蛋白質、核酸等生物大分子的重要手段之一。最初使用的凝膠是淀粉凝膠,但目前使用得最多的是瓊脂糖凝膠和聚丙烯酰胺凝膠。蛋白質電泳主要使用聚丙烯酰胺凝膠。


  電泳裝置主要包括兩個部分:電源和電泳槽。電源提供直流電,在電泳槽中產生電場,驅動帶電分子的遷移。電泳槽可以分為水平式和垂直式兩類。垂直板式電泳是較為常見的一種,常用于聚丙烯酰胺凝膠電泳中蛋白質的分離。電泳槽中間是夾在一起的兩塊玻璃板,玻璃板兩邊由塑料條隔開,在玻璃平板中間制備電泳凝膠,凝膠的大小通常是12cm ´ 14 cm,厚度為1mm2 mm,近年來新研制的電泳槽,膠面更小、更薄,以節省試劑和縮短電泳時間。制膠時在凝膠溶液中放一個塑料梳子,在膠聚合后移去,形成上樣品的凹槽。水平式電泳,凝膠鋪在水平的玻璃或塑料板上,用一薄層濕濾紙連接凝膠和電泳緩沖液,或將凝膠直接浸入緩沖液中。由于pH值的改變會引起帶電分子電荷的改變,進而影響其電泳遷移的速度,所以電泳過程應在適當的緩沖液中進行的,緩沖液可以保持待分離物的帶電性質的穩定。


E=V/L


為了更好的了解帶電分子在電泳過程中是如何被分離的,下面簡單介紹一下電泳的基本原理。在兩個平行電極上加一定的電壓(V),就會在電極中間產生電場強度(E),上式中L是電極間距離。


在稀溶液中,電場對帶電分子的作用力(F),等于所帶凈電荷與電場強度的乘積:


F=q*E 


上式中q是帶電分子的凈電荷,E是電場強度。


這個作用力使得帶電分子向其電荷相反的電極方向移動。在移動過程中,分子會受到介質粘滯力的阻礙。粘滯力(F)的大小與分子大小、形狀、電泳介質孔徑大小以及緩沖液粘度等有關,并與帶電分子的移動速度成正比,對于球狀分子,F的大小服從Stokes定律,即:


F=6πrηυ


式中r是球狀分子的半徑,η是緩沖液粘度,υ是電泳速度(υ= d / t,單位時間粒子運動的距離,cm / s )。當帶電分子勻速移動時: F = F


∴ q·E = 6πrηυ


電泳遷移率(m)是指在單位電場強度(1V/cm)時帶電分子的遷移速度: 


所以: 


v/E=Q/6πrη 


這就是遷移率公式,由上式可以看出,遷移率與帶電分子所帶凈電荷成正比,與分子的大小和緩沖液的粘度成反比。 


SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳測定蛋白質分子量時,實際使用的是相對遷移率mR。即: 


上式中:d-帶電粒子泳動的距離,t-電泳的時間,V-電壓,L-兩電極交界面之間的距離,即凝膠的有效長度。 因此,相對遷移率mR就是兩種帶電粒子在凝膠中泳動遷移的距離之比。 


帶電分子由于各自的電荷和形狀大小不同,因而在電泳過程中具有不同的遷移速度,形成了依次排列的不同區帶而被分開。即使兩個分子具有相似的電荷,如果它們的分子大小不同,由于它們所受的阻力不同,因此遷移速度也不同,在電泳過程中就可以被分離。有些類型的電泳幾乎完全依賴于分子所帶的電荷不同進行分離,如等電聚焦電泳;而有些類型的電泳則主要依靠分子大小的不同即電泳過程中產生的阻力不同而得到分離,如SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳。分離后的樣品通過各種方法的染色,或者如果樣品有放射性標記,則可以通過放射性自顯影等方法進行檢測。

山東濰坊噴涂流水線,靜電噴涂設備 濰坊北海電子(涂裝)機械設備 2019-2-24 本文被閱讀 383 次
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