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电泳技术(electrophoretic techniques)的应用

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2016

在直流电场中,带电粒子向带符号相反的电极移动的现象称为电泳(electropho-resis)。1809年俄国物理学家Peнce首先发现了电泳现象,但直到1937年瑞典的Tiselius建立了分离蛋白质的界面电泳(boundaryelectrophoresis)之后,电泳技术才开始应用。

本世纪60-70年代,当滤纸、聚丙烯酰胺凝胶等介质相继引入电泳以来,电泳技术得以迅速发展。丰富多彩的电泳形式使其应用十分广泛。电泳技术除了用于小分子物质的分离分析外,最主要用于蛋白质、核酸、酶,甚至病毒与细胞的研究。

由于某些电泳法设备简单,操作方便,具有高分辨率及选择性特点,已成为医学检验中常用的技术。

一、电泳技术的基本原理和分类

在电场中,推动带电质点运动的力(F)等于质点所带净电荷量(Q)与电场强度(E)的乘积。
  F=QE
  质点的前移同样要受到阻力(F)的影响,对于一个球形质点,服从Stoke定律,即:
   F′=6πrην
  式中r为质点半径,η为介质粘度,ν为质点移动速度,当质点在电场中作稳定运动时:
  F=F′即QE=6πrην
  上式交换后可写成

ν/E的含意为单位电场强度下的移动速度,这里可用迁移率μ表示,即

从上式可见,球形质点的迁移率,首先取决于自身状态,即与所带电量成正比,与其半径及介质粘度成反比。除了自身状态的因素外,电泳体系中其它因素也影响质点的电泳迁移率。

电泳法可分为自由电泳(无支持体)及区带电泳(有支持体)两大类。前者包括Tise-leas式微量电泳、显微电泳、等电聚焦电泳、等速电泳及密度梯度电泳。区带电泳则包括滤纸电泳(常压及高压)、薄层电泳(薄膜及薄板)、凝胶电泳(琼脂、琼脂糖、淀粉胶、聚丙烯酰胺凝胶)等。

自由电泳法的发展并不迅速,因为其电泳仪构造复杂、体积庞大,操作要求严格,价格昂贵等。而区带电泳可用各种类型的物质作支持体,其应用比较广泛。本节仅对常用的几种区带电泳分别加以叙述。

二、影响电泳迁移率的因素

1.电场强度

电场强度是指单位长度(cm)的电位降,也称电势梯度。如以滤纸作支持物,其两端浸入到电极液中,电极液与滤纸交界面的纸长为20cm,测得的电位降为200V,那么电场强度为200V/20cm=10V/cm。当电压在500V以下,电场强度在2-10v/cm时为常压电泳。

电压在500V以上,电场强度在20-200V/cm时为高压电泳。电场强度大,带电质点的迁移率加速,因此省时,但因产生大量热量,应配备冷却装置以维持恒温。

2.溶液的pH值

溶液的pH决定被分离物质的解离程度和质点的带电性质及所带净电荷量。例如蛋白质分子,它是既有酸性基团(-COOH),又有碱性基团(-NH2)的两性电解质,在某一溶液中所带正负电荷相等,即分子的净电荷等于零,此时,蛋白质在电场中不再移动,溶液的这一pH值为该蛋白质的等电点(isoelctric point,pI)。

若溶液pH处于等电点酸侧,即pH<pl,则蛋白质带正电荷,在电场中向负极移动。

若溶液pH处于等电点碱侧,即pH>pl,则蛋白质带负电荷,向正极移动。溶液的pH离pl越远,质点所带净电荷越多,电泳迁移率越大。因此在电泳时,应根据样品性质,选择合适的pH值缓冲液。

3.溶液的离子强度

电泳液中的离子浓度增加时会引起质点迁移率的降低。其原因是带电质点吸引相反符合的离子聚集其周围,形成一个与运动质点符合相反的离子氛(ionic atmosphere),离子氛不仅降低质点的带电量,同时增加质点前移的阻力,甚至使其不能泳动。

然而离子浓度过低,会降低缓冲液的总浓度及缓冲容量,不易维持溶液的pH值,影响质点的带电量,改变泳动速度。

离子的这种障碍效应与其浓度和价数相关。可用离子强度I表示。

式中S表示溶液中离子种类,Ci和Zi分别表示每种离子的摩尔浓度与化合价。最常用I值在0.02-0.2之间。

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