電泳(electrophoresis)是指帶電顆粒在電場作用下，向著與其電性相反的電極移動的現象。電泳技術是利用帶電粒子在電場中移動速度不同而達到分離的技術。1807年，由俄國莫斯科大學的斐迪南·弗雷德里克·羅伊斯（Ferdinand Frederic Reuss）最早發現。1936年瑞典學者A.W.K.蒂塞利烏斯設計制造了移動界面電泳儀，分離了馬血清白蛋白的3種球蛋白，創建了電泳技術。在物理化學中，電泳的定義是荷電的膠體粒子在電場中的移動。
當把一個帶電顆粒放入電場時，便受到一個驅動力作用而使帶電顆粒在電場中以一定的速度向一定方向泳動遷移。原則上按電泳的原理來分即可分為移動界面電泳、區帶電泳和穩態電泳或稱置換（排代）電泳。
電泳技術廣泛應用于生物醫學、生物化學、生物物理學等領域，還有食品、農業、衛生和環保等領域，如骨髓瘤腎病的早期診斷，A-PAGE電泳方法鑒定豇豆品種，無鉛陰極電泳涂料A。
定義
電泳(electrophoresis)是電解質中帶電粒子在電場的作用下，以不同的速度向電荷相反方向遷移的現象，受電場強度，溶液離子強度，溶液pH值等因素的影響。許多重要的生物分子如氨基酸、多腦、蛋白質、核甘酸、核酸等都含有可解離基團，在非等電點條件下均帶有電荷。在電場力作用下，它們會向著與其所帶電荷相反的電極移動。
電泳技術
利用電泳現象使物質分離，這種技術也叫做電泳。電泳技術就是利用電場的作用，由于待分離樣品中各種分子在帶電性質以及分子形狀、分子大小等性質方面存在一定的差異，所以帶點分子在電場中的遷移速率不同，從而對樣品進行分離、鑒定與純化的技術。
電荷移動規律
利用電泳可以確定膠體微粒的電性質，向陽極移動的膠粒帶負電荷，向陰極移動的膠粒帶正電荷。一般，金屬氫氧化物、金屬氧化物等膠體微粒吸附陽離子，帶正電荷；非金屬氧化物、非金屬硫化物等膠體微粒吸附陰離子，帶負電荷。例如，陶瓷工業中用的粘土，往往帶有氧化鐵，要除去氧化鐵，可以把粘土和水一起攪拌成懸浮液，由于粘土粒子帶負電荷，氧化鐵粒子帶正電荷，通電后在陽極附近會聚集出很純凈的粘土。工廠除塵也用到電泳。
電泳原理
電泳就是指帶電荷的溶質或粒子在電場中向著與其本身所帶電荷相反的電極移動的現象，也稱電遷移。不同帶電顆粒因其電荷量不同，在同一電場中的泳動速度也就不同，其泳動速度用遷移率(或稱泳動度，mobility)來表示。帶電粒子受到電場的力后，由于本身的電性、形狀、大小等導致受到不同，移動速率也不相同，導致移動速度不同。
電泳產生的基本原理有兩點：
1、物質本身帶電：物質分子在正常情況下一般不帶電，即所帶正負電荷量相等，故不顯示帶電性。但是在一定的物理作用或化學反應條件下，某些物質分子會成為帶電的離子(或粒子)。不同的物質，由于其帶電性質、顆粒形狀和大小不同，在一定的電場中它們的移動方向和移動速度也不同，因此可使它們分離。
2、電泳遷移率與其所帶電荷、帶電粒子半徑和黏度系數有關：生物大分子的膠體溶液中，帶電粒子在沒有干擾的電場中電泳時，將受到方向相反的兩個作用力，起推動作用的電場力來源于顆粒上的有效電荷Q和電位梯度E，另一個是起阻礙作用的，當帶電粒子在電場中以恒定速度移動時，由可得式，該電場力與摩擦力大小相等，方向相反，在自由溶液中，這種抗衡服從Stokes定律，根據斯托克方程對摩擦力進一步推導可知，電泳遷移率與所帶電荷成正比，與帶電粒子半徑和黏度系數成反比。電泳遷移率的用途在于被分離在相同電場強度各組分遷移率差別越大，分離效果越好。
分類
移動界面電泳
自由電泳不使用支持介質，電泳在溶液中進行。這類電泳又分為非自由界面電泳和自由界面電泳兩類。非自由界面電泳指懸浮在溶液中的帶電粒子(如各種細胞)通電后全部移動，不出現界面，如顯微電泳等。自由界面電泳中被分離物質集中在某一層，形成各自的界面而進行定性或定量分析。
區帶電泳
不同的蛋白質，它們的分子大小及分子形狀都不同。因此，在一定pH的緩沖液中所帶電荷的多少也不相同，由此在同一電場下，各種蛋白質的移動速度亦各不相同。經過一定時間后，即可根據其移動速度的不同分離成若種成分。這樣不同的蛋白質就可以此分開。如果把蛋白質放在惰性支持物（固定支持介質）上進行電泳，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，不同蛋白質就形成帶狀區間，這種電泳就稱為區帶電泳。
分類
電泳技術中以區帶電泳的應用比較廣泛。區帶電泳可用各種類型的物質作支持介質或稱支持物。因所用支持物種類、黏度大小、電泳方式、電泳板的厚度及用途等不同又可以進行不同的分類。
按支持物物理性狀不同
區帶電泳可分為：①濾紙及纖維素膜電泳：如食用醋酸纖維膜玻璃纖維膜等；②粉末電泳：指用非凝固性的粉末作支持物的電泳，如纖維素粉、淀粉、玻璃粉電泳；③凝膠電冰：北絲桃人造絲等作支持物的電泳，屬微量電泳膠電泳；④絲線電泳：如用尼龍絲、人造絲等作支持物的電泳，屬微量電泳技術。
按支持物的裝置形式不同
區帶電泳可分為：①水平板式電泳：支持物水平放置；②垂直板式電泳：支持物垂直放置，呈板狀；③圓盤式電泳：垂直圓膠管；④連續流動電泳泳：支持物垂直豎立，兩邊各放一電極，緩沖液和樣品自頂端下流，與電泳方向垂直，可分離較大量的蛋白質。
按pH的連續性不同
區帶電泳可分為：①連續pH電泳：電泳的全部過程中緩沖液pH保持不變；②不連續pH電泳：緩沖液和支持物間有不同的pH，能使分離物質的區帶更加清晰，并可對極微量的物質(10'g級)進行分離。
穩態電泳
穩態電泳是帶電分子顆粒在電場的作用下遷移一段時間后達到穩態，電泳條帶的寬度不隨時間變化而變化的電泳過程。如等電聚焦，等速電泳。
等電聚焦
等電聚焦(isoelectricfocusing，IEF)電泳是利用pH梯度的介質分離等電點不同的蛋白質。由于其分辨率可達0.01pH單位，因此特別適合分離分子量相近而等電點不同的蛋白質組分。
兩性電解質在具有pH梯度的介質中電泳，當其處在低于其本身等電點的環境中則帶正電荷，向負極移動；若其處在高于其本身等電點的環境中，則帶負電向正極移動；當泳動到其自身特有的等電點時，其凈電荷為零，泳動速度下降到零，具有不同等電點的物質最后聚焦在各自等電點位置，形成一個個清晰的區帶，分辨率極高。常用的pH梯度支持介質有聚丙烯酰胺凝膠、瓊脂糖凝膠、葡聚糖凝膠等，其中聚丙烯胺凝膠為最常應用。
影響因素
電場強度
電場強度(V/cm)指每厘米的電勢降。一般而言，電場強度越大，電泳速率越快。但隨著電場強度增大，電流也增大，從而造成電泳過程產生的熱量增多，最終導致介質溫度升高，誘發一系列不利影響的產生，而降低電流強度，可以減小產熱，但會延長電泳時間，從而導致生物大分子擴散增加，同樣影響分離效果。
生物大分子的性質
待分離生物大分子所帶電荷的多少、分子大小和物理化學性質都會對電泳產生明顯影響。一般而言，大分子所帶電荷越多、直徑越小、形狀越接近球形，其電泳遷移速率越快。
溶液離子強度
一般電泳還要求緩沖液的離子強度維持在一定范圍之間(0.02~0.2)，離子強度過低則緩沖能力差，但離子強度過高則會形成較強的離子擴散層(即離子氛)，引起電泳速率降低。溶液的離子強度越高，顆粒運動速度越慢，反之，則越快。一般最適的離子強度為0.02~0.2。所以選用緩沖溶液，不但要考慮其pH，還要考慮其離子強度。離子強度Ⅰ可用下式進行計算：
I——離子強度、c——離子的物質的量濃度、z——離子的價數。
溶液的pH
溶液的pH決定了溶液中帶電顆粒的解離程度，也決定了顆粒所帶凈電荷的多少。對兩性電解質，溶液pH還決定了帶電顆粒的電性，當pH
電滲（electro-osmosis)
在電場中，液體對固體的相對移動，稱為電滲，如圖所示。例如：濾紙表面有帶負電荷的羧基，而與濾紙相接觸的水溶液則帶正電荷，所以濾紙表面的水溶液會向負極移動。由于電滲現象與電泳現象同時存在，所以電泳的粒子移動距離也受電支持物滲影響，如果顆粒移動的方向與電滲現象的方向相反，則顆粒的實際泳動距離=電泳移動距離電滲距離；如果電泳方向與電滲方向一致，則顆粒的實際泳動距離=電泳移動距離＋電滲距離。電滲現象所造成的移動距離可以用不帶電的有色染料或有色葡聚糖點在支持物中間，就能觀察電滲的方向和距離。最常遇到的情況是γ-球蛋白，由原點向負極移動，這就是電滲作用所引起的倒移現象。
其它
緩沖液的黏度以及溫度等也對顆粒的泳動速度有一定影響。
應用
醫用領域
臨床疾病判斷
新鮮血清經電泳后可精確地描繪出患者的蛋白質，一般常見的是白蛋白降低，某個球蛋白區域升高，提示不同的臨床意義。血清蛋白質醋纖膜電泳在臨床上常用于分析血、尿等樣品中的蛋白質，供臨床上診斷肝、腎等疾病參考。例如腎病綜合征患者，由于小分子量的血漿白蛋白漏出并隨尿液排出體外，導致醋纖膜電泳圖譜中白蛋白區帶明顯變小變淺。又如，慢性肝炎和肝硬化患者，由于肝細胞受損，肝臟合成血漿蛋白質的能力大大降低，使血漿白蛋白顯著降低，γ球蛋白相對增加。血清蛋白質醋纖膜電泳對多發性骨髓瘤、骨髓瘤腎病這類疾病的早期診斷，療效觀察和預后判斷均有十分重要的意義。
與免疫技術結合
讓電流來加速抗原與抗體的擴散并規定其運行方向，從而加快了沉淀反應的速度。免疫電泳技術的種類很多，如：對流免疫電泳（CIEP）、免疫親和毛細管電泳（IACE）、電免疫擴散（EID）等，
心、腦血管獨立的危險因子的檢測
該技術是利用抗原、抗體反應將電泳分離的脂蛋白加以鑒別。血清經瓊脂糖凝膠電泳，再經染色后可出現不同脂蛋白的條帶。該方法既可予以半定量，又能將膠片保存便于比較，能提高對心、腦血管獨立的危險因子檢測的敏感性和特異性。
工業領域
新型耐候電泳漆
新型耐候電泳漆由ep和聚丙烯酸組成，可以保證電泳漆既具有防腐性又具有一定的耐老化性。高泳透力薄膜電泳漆在降低外板膜厚的同時，提高了內板及盒裝結構的膜厚，進而提高了整車的耐腐蝕性能。新型耐候電泳漆使車輪涂層結構由原來的電泳+金屬面漆雙涂層變為一層陰極電泳涂層，降低了生產成本，且釋放了面漆產能，解決了面漆涂裝生產的瓶頸問題。
其它
A-PAGE電泳方法鑒定豇豆品種
許多作物種子可用醇溶蛋白PAGE進行品種鑒定，經改進ISTA醇溶蛋白酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳技術，對豇豆種子進行品種真實性鑒定。該方法設備簡單、節約試劑、技術先進、手續簡便，且快速高效、分離效果好、容易掌握，為快速鑒定豇豆品種提供重要的參考依據。
歷史
1807年斐迪南·弗雷德里克·羅伊斯（Reuss）在研究膠體顆粒時發現，電解所需的產物不是直接釋放在電極上，而是使它們不同的運動同步受阻在兩個電極間的中間位置上，它能分離非常類似的物質，包括不同的蛋白質，提高了分析和制備的效果。1937年，阿爾內·蒂塞利烏斯（ArneTiselius）教授利用電泳現象發明了最早期的界面電泳（movingboundary）用于蛋白質分離的研究，開創了電泳技術的新紀元，他因此獲得1948年諾貝爾化學獎。1950年以來，區帶電泳開始在紙上和聚丙烯酰胺或瓊脂糖凝膠上應用，1960年以后，圓盤和頂替電泳（等速電泳）以及等電點聚焦又提供了許多提高分辨率的方法。20世紀80年代后期，毛細管電泳是分析化學，特別是生物分析化學領域的重大研究進展，也是90年代最有影響的分離手段之一。
測量儀器
電泳槽
電泳槽是電泳系統的核心部分，根據電泳的原理，電泳支持物都是放在兩個緩沖液之間，電場通過電泳支持物連接兩個緩沖液。不同電泳采用不同的電泳槽，常用的電泳槽有（1）圓盤電泳槽：有上，下兩個電泳槽和帶有鉑金電極的蓋。上槽中具有若干孔，孔不用時，用硅橡皮塞塞住.要用的孔配以可插電泳管（玻璃管）的硅橡皮塞。電泳管的內徑早期為5～7mm，為保證冷卻和微量化，現在則越來越細。（2）垂直板電泳槽：垂直板電泳槽的基本原理和結構與圓盤電泳槽基本相同。差別只在于制膠和電泳不在電泳管中，而是在塊垂直放置的平行玻璃板中間。（3）水平電泳槽：水平電泳槽的形狀各異，但結構大致相同。一般包括電泳槽基座，冷卻板和電極。
電源
要使荷電的生物大分子在電場中泳動，必須加電場，且電泳的分辨率和電泳速度與電泳時的電參數密切相關。不同的電泳技術需要不同的電壓，電流和功率范圍，所以選擇電源主要根據電泳技術的需要，如聚丙烯酰胺凝膠電泳和SDS電泳需要200～600V電壓。
參考資料 >