电泳的基本原理
很多人可能对电泳这一概念感到陌生，那么电泳到底是什么呢？电泳是指带电颗粒在电场的作用下发生迁移的过程。许多重要的生物分子，如氨基酸、多肽、蛋白质、核苷酸、核酸等都具有可电离基团，它们在某个特定的pH值下可以带正电或负电，在电场的作用下，这些带电分子会向着与其所带电荷极性相反的电极方向移动。电泳技术就是利用在电场的作用下，由于待分离样品中各种分子带电性质以及分子本身大小、形状等性质的差异，使带电分子产生不同的迁移速度，从而对样品进行分离、鉴定或提纯的技术。
电泳过程必须在一种支持介质中进行。提塞留斯等在1937年进行的自由界面实验中，由于电泳没有固定支持介质，所以扩散和对流都比较强，影响分离效果。于是出现了固定支持介质的电泳，样品在固定的介质中进行电泳过程，减少了扩散和对流等干扰作用。最初的支持介质是滤纸和醋酸纤维素膜，目前这些介质在实验室已经应用得较少。在很长一段时间里，小分子物质如氨基酸、多肽、糖等通常用滤纸或纤维素、硅胶薄层平板为介质的电泳进行分离、分析，但目前则一般使用更灵敏的技术来进行分析。这些介质适合于分离小分子物质，操作简单、方便，但对于复杂的生物大分子则分离效果较差。凝胶作为支持介质的引入大大促进了电泳技术的发展，使电泳技术成为分析蛋白质、核酸等生物大分子的重要手段之一。最初使用的凝胶是淀粉凝胶，但目前使用得最多的是琼脂糖凝胶和聚丙烯酰胺凝胶。蛋白质电泳主要使用聚丙烯酰胺凝胶。
电泳装置主要包括两个部分：电源和电泳槽。电源提供直流电，在电泳槽中产生电场，驱动带电分子的迁移。电泳槽可以分为水平式和垂直式两类。垂直式电泳是较为常见的一种，常用于聚丙烯酰胺凝胶电泳中蛋白质的分离。电泳槽中间是夹在一起的两块玻璃板，玻璃板两边由塑料条隔开，在玻璃平板中间制备电泳凝胶，凝胶的大小通常是12cm或14cm，厚度为1mm～2mm，近年来新研制的电泳槽胶面更小、更薄，以节省电泳槽试剂和缩短电泳时间。制胶时在凝胶溶液中放一个塑料梳子，在胶聚合后移去，形成样品的凹槽。水平式电泳则是凝胶铺在水平的玻璃或塑料板上，用一薄层湿滤纸连接凝胶和电泳缓冲液或将凝胶直接浸入缓冲液中。由于pH值的改变会引起带电分子电荷的改变，进而影响其电泳迁移的速度，所以电泳过程应在适当的缓冲液中进行的，缓冲液可以保持待分离物的带电性质的稳定。
电泳的分类
电泳有哪些种类呢？分类方式不同会有不同种类的电泳。
按照电泳分离的原理不同可分为：
1.区带电泳。电泳分离过程中，待分离的各组分分子在支持介质中被分离成许多条明显的区带，这是当前应用最为广泛的电泳技术。
2.自由界面电泳。这是瑞典乌普萨拉大学的著名科学家提塞留斯最早建立的电泳技术，是在U形管中进行电泳，无支持介质，因而分离效果差，现已被其他电泳技术所取代。
3.等速电泳。需使用专用电泳仪，当电泳达到平衡后，各电泳区带相随，分成清晰的界面，并以等速向前运动。
4.等电聚焦电泳。由两性电解质在电场中自动形成pH梯度，当被分离的生物大分子移动到各自等电点的pH处聚集成很窄的区带从而形成电泳。
按支持介质的不同可将电泳分为纸电泳、醋酸纤维薄膜电泳、琼脂凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳和SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳。
按支持介质形状的不同可将电泳分为薄层电泳、板电泳和柱电泳。
按用途不同可将电泳分为分析电泳、制备电泳、定量免疫电泳和连续制备电泳。
按所用电压不同可将电泳分为两类：
1.低压电泳。低压电泳的电压为100～500V，电泳时间较长，适合于分离蛋白质等生物大分子。
2.高压电泳。高压电泳的电压为1000～5000V，电泳时间短，有时只需几分钟，多用于氨基酸、多肽、核苷酸和糖类等小分子物质的分离。
影响电泳分离的主要因素
由电泳迁移率的公式可以看出，影响电泳分离的因素很多，下面简单讨论一些主要的影响因素：1.待分离生物大分子的性质。
待分离生物大分子所带的电荷、分子大小和性质都会对电泳有明显影响。一般来说，分子带的电荷量越大、直径越小、形状越接近球形，则其电泳迁移速度越快。
2.缓冲液的性质。
缓冲液的pH值会影响待分离生物大分子的解离程度，从而对其带电性质产生影响，缓冲液pH值距离其等电点愈远，其所带净电荷量就越大，电泳的速度也就越大，尤其对于蛋白质等两性分子，缓冲液pH值还会影响到其电泳方向，当缓冲液pH值大于蛋白质分子的等电点，蛋白质分子带负电荷，其电泳的方向是指向正极。为了保持电泳过程中待分离生物大分子的电荷以及缓冲液pH值的稳定性，缓冲液通常要保持一定的离子强度，离子强度过低，则缓冲能力差，但如果离子强度过高，会在待分离分子周围形成较强的带相反电荷的离子扩散层，由于离子氛与待分离分子的移动方向相反，它们之间产生了静电引力，因而引起电泳速度降低。另外缓冲液的粘度也会对电泳速度产生影响。
3.电场强度。
电场强度是每厘米的电位降，也称电位梯度。电场强度越大，电泳速度越快，但增大电场强度会引起通过介质的电流强度增大，因此造成电泳过程产生的热量增大。
电流所做的功绝大部分都转换为热，因而引起介质温度升高，这会造成很多影响：（1）样品和缓冲离子扩散速度增加，引起样品分离带的加宽。
（2）产生对流，引起待分离物的混合。
（3）如果样品对热敏感，会引起蛋白变性。
（4）引起介质粘度降低、电阻下降等等。
电泳中产生的热通常是由中心向外周散发的，所以介质中心温度一般要高于外周，尤其是管状电泳，由此引起中央部分介质相对于外周部分粘度下降，摩擦系数减小，电泳迁移速度增大，由于中央部分的电泳速度比边缘快，所以电泳分离带通常呈弓型。降低电流强度可以减小生热，但会延长电泳时间，引起待分离生物大分子扩散的增加而影响分离效果，所以电泳实验中要选择适当的电场强度，同时可以适当冷却降低温度以获得较好的分离效果。
4.电渗。
液体在电场中对于固体支持介质的相对移动称为电渗现象。由于支持介质表面可能会存在一些带电基团，如滤纸表面通常有一些羧基团，琼脂可能会含有一些硫酸基团，而玻璃表面通常有Si-OH基团等等。这些基团电离后会使支持介质表面带电，吸附一些带相反电荷的离子在电场的作用下向电极方向移动，形成介质表面溶液的流动，这种现象就是电渗。在pH值高于3时，玻璃表面带负电，吸附溶液中的正电离子，引起玻璃表面附近溶液层带正电，在电场的作用下，向负极迁移，带动电极液产生向负极的电渗流。如果电渗方向与待分离分子电泳方向相同，则加快电泳速度；如果相反，则降低电泳速度。
5.支持介质的筛孔。
支持介质的筛孔大小对待分离生物大分子的电泳迁移速度有明显的影响。在筛孔大的介质中泳动速度快，反之，则泳动速度慢。