簡介
1809年俄國物理學家Рейсе發現電泳現象。他在濕粘土中插上帶玻璃管的正負兩個電極,加電壓后發現正極玻璃管中原有的水層變混濁,即帶負電荷的粘土顆粒向正極移動,這就是電泳現象。
1909年Michaelis將膠體離子在電場中的移動稱為電泳。他用不同pH的溶液在U形管中測定了轉化酶和過氧化氫酶的電泳移動和等電點。
1937年瑞典Uppsala大學的Tiselius對電泳儀器作了改進,創造了Tiselius電泳儀,建立了研究蛋白質的移動界面電泳方法,并證明了血清是由白蛋白及α、β、γ球蛋白組成的,由于Tiselius在電泳技術方面作出的開拓性貢獻而獲得了1948年的諾貝爾化學獎。
1948年Wieland和Fischer重新發展了以濾紙作為支持介質的電泳方法,對氨基酸的分離進行過研究。
從本世紀50年代起,特別是1950年Durrum用紙電泳進行了各種蛋白質的分離以后,開創了利用各種固體物質(如各種濾紙、醋酸纖維素薄膜、瓊脂凝膠、淀粉凝膠等)作為支持介質的區帶電泳方法。
1959年Raymond和Weintraub利用人工合成的凝膠作為支持介質,創建了聚丙烯酰胺凝膠電泳,地提高了電泳技術的分辨率,開創了近代電泳的新時代。30多年來,聚丙烯酰胺凝膠電泳仍是生物化學和分子生物學中對蛋白質、多肽、核酸等生物大分子使用zui普遍,分辨率zui高的分析鑒定技術,是檢驗生化物質的zui高純度:即“電泳純"(一維電泳一條帶或二維電泳一個點)的標準分析鑒定方法,至今仍被人們稱為是對生物大分子進行分析鑒定的zui后、zui準確的手段,即“LastCheck"。
由80年代發展起來的新的毛細管電泳技術,是化學和生化分析鑒定技術的重要新發展,己受到人們的充分重視。
電泳的基本原理
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。zui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。zui初使用的凝膠是淀粉凝膠,但目前使用得zui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12 cm~14 cm,厚度為1 mm~2 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。