凝胶电泳（英语：Gelelectrophoresis）。凝胶电泳通常用于分析用途，但也可以作为制备技术，在采用某些方法（如质谱(MS)、聚合酶链式反应(PCR)、克隆技术、DNA测序或者免疫印迹）检测之前部分提纯分子。可、脉冲电场凝胶电泳。
中文名
凝胶电泳
外文名
Gelelectrophoresis
或称
胶体电泳
用于
分离不同物理性质
分为
琼脂糖和聚丙烯酰胺凝胶电泳
凝胶电泳的原理比较简单。当一种分子被放置在电场当中时，它们就会以一定的速度移向适当的电极，这种电泳分子在电场作用下的迁移速度，叫做电泳的迁移率。它同电场的强度和电泳分子本身所携带的净电荷数成正比。也就是说，电场强度越大、电泳分子所携带的净电荷数量越多，其迁移的速度也就越快，反之则较慢。由于在电泳中使用了一种无反应活性的稳定的支持介质，如琼脂糖凝胶和聚丙烯酰胺胶等，从而降低了对流运动，故电泳的迁移率又是同分子的摩擦系数成反比的。已知摩擦系数是分子的大小、极性及介质粘度的函数，因此根据分子大小的不同、构成或形状的差异，以及所带的净电荷的多少，便可以通过电泳将蛋白质或核酸分子混合物中的各种成分彼此分离开来。在生理条件下，核酸分子的糖-磷酸骨架中的磷酸基团呈离子状态，从这种意义上讲，DNA和RNA多核苷酸链可叫做多聚阴离子(Polyanions)。因此，当核酸分子被放置在电场中时，它们就会向正电极的方向迁移。由于糖-磷酸骨架结构上的重复性质，相同数量的双链DNA几乎具有等量的净电荷，因而它们能以同样的速度向正电极方向迁移。在一定的电场强度下，DNA分子的这种迁移速度，亦即电泳的迁移率，取决于核酸分子本身的大小和构型，分子量较小的DNA分子比分子量较大的DNA分子迁移要快些。这就是应用凝胶电泳技术分离DNA片段的基本原理。[1]
琼脂糖(Agarose)是一种线性多糖聚合物，是从红色海藻产物琼脂中提取而来的。当琼脂糖溶液加热到沸点后冷却凝固便会形成良好的电泳介质，其密度是由琼脂糖的浓度决定的。经过化学修饰的低熔点(LMP)的琼脂糖，在结构上比较脆弱，因此在较低的温度下便会熔化，可用于DNA片段的制备电泳。
聚丙烯酰胺凝胶主要有两种方式:一是用于分离和纯化双链DNA片段的非变性聚丙烯酰胺凝胶。在未变凝胶中分离DNA的缺点是DNA的迁移率受碱基组成和序列的影响。由于无法得知未知DNA的迁移是否反常，故不能用未变性的聚丙烯酰胺凝胶电泳确定双链DNA的大小。二是用于分离及纯化单链DNA片段的变性聚丙烯酰胺凝胶。这类聚丙烯酰胺凝胶是在核苷酸碱基配对抑制剂(尿素或甲酰胺)的存在下聚合而成，变性DNA的移动速度同其碱基组成及序列几乎完全无关，故可用于分离及纯化单链DNA片段和DNA测序等。[1]
普通的凝胶电泳技术显然是无法分离如此超大分子量的DNA分子的。
1984年，D.C.Schwartz和C.R.Cantor发明的脉冲电场凝胶电泳(Pulsed-FieldGelElectrophoresis，PFGE)技术，可以成功地用来分离整条染色体这样的超大分子量的DNA分子。在常规的琼脂糖凝胶电泳中，超过一定大小范围的所有的双链DNA分子，都是按相同的速率迁移的。这是因为它们在单向恒定电场的作用下，仅以“一端向前”的方式游动穿过整个胶板。而在脉冲电场中，DNA分子的迁移方向是随着所用的电场方向的周期性变化而不断改变的。
在标准的PFGE中，头一个脉冲的电场方向与核酸移动方向成45°夹角，而下一个脉冲的电场方向与核酸移动方向在另一侧亦成45°夹角。由于加压在琼脂糖凝胶上的电场方向、电流大小及作用时间都在交替地变换着，这就使得DNA分子能够随时地调整其游动方向，以适应凝胶孔隙的无规则变化。与分子量较小的DNA分子相比，分子量较大的DNA分子需要更多的次数来更换其构型和方位，以使其可以按新的方向游动。因此，在琼脂糖介质中的迁移速率也就显得更慢一些，从而达到分离超大分子量DNA分子的目的。应用脉冲电场凝胶电泳技术，可成功地分离到分子量高达107bp的DNA大分子。[1]
凝胶电泳被广泛用于分子生物学、遗传学和生物化学：
⒈大的DNA或者RNA分子通常利用琼脂糖凝胶电泳（agarosegelelectrophoresis）分离，也可以使用聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）。
⒉蛋白质的凝胶电泳通常在加入十二烷基硫酸钠的聚丙烯酰胺凝胶中进行（SDS-PAGE），或者非变性凝胶电泳，或二维电泳。
SDS-PAGE蛋白质凝胶电泳图
3。毛细管电泳
⒋酶谱法（zymography）
⒌变性梯度胶凝电泳（DenaturingGrADIentGelElectrophoresis，DGGE）
琼脂糖和聚丙烯酰胺可以制成各种形状、大小和孔隙度。琼脂糖凝胶分离DNA片度大小范围较广，不同浓度琼脂糖凝胶可分离长度从200bp至近50kb的DNA片段。琼脂糖通常用水平装置在强度和方向恒定的电场下电泳。聚丙烯酰胺分离小片段DNA（5-500bp）效果较好，其分辩力极高，甚至相差1bp的DNA片段就能分开。聚丙烯酰胺凝胶电泳很快，可容纳相对大量的DNA，但制备和操作比琼脂糖凝胶困难。聚丙烯酰胺凝胶采用垂直装置进行电泳。目前，一般实验室多用琼脂糖水平平板凝胶电泳装置进行DNA电泳。
琼脂糖主要在DNA制备电泳中作为一种固体支持基质，其密度取决于琼脂糖的浓度。在电场中，在中性pH值下带负电荷的DNA向阳极迁移，其迁移速率由下列多种因素决定：
线状双链DNA分子在一定浓度琼脂糖凝胶中的迁移速率与DNA分子量对数成反比，分子越大则所受阻力越大，也越难于在凝胶孔隙中蠕行，因而迁移得越慢。
一个给定大小的线状DNA分子，其迁移速度在不同浓度的琼脂糖凝胶中各不相同。DNA电泳迁移率的对数与凝胶浓度成线性关系。凝胶浓度的选择取决于DNA分子的大小。分离小于0.5kb的DNA片段所需胶浓度是1.2-1.5%，分离大于10kb的DNA分子所需胶浓度为0.3-0.7%，DNA片段大小间于两者之间则所需胶浓度为0.8-1.0%。
DNA分子处于不同构象时，它在电场中移动距离不仅和分子量有关，还和它本身构象有关。相同分子量的线状、开环和超螺旋DNA在琼脂糖凝胶中移动速度是不一样的，超螺旋DNA移动最快，而开环双链DNA移动最慢。如在电泳鉴定质粒纯度时发现凝胶上有数条DNA带难以确定是质粒DNA不同构象引起还是因为含有其他DNA引起时，可从琼脂糖凝胶上将DNA带逐个回收，用同一种限制性内切酶分别水解，然后电泳，如在凝胶上出现相同的DNA图谱，则为同一种DNA。
在低电压时，线状DNA片段的迁移速率与所加电压成正比。但是随着电场强度的增加，不同分子量的DNA片段的迁移率将以不同的幅度增长，片段越大，因场强升高引起的迁移率升高幅度也越大，因此电压增加，琼脂糖凝胶的有效分离范围将缩小。要使大于2kb的DNA片段有效分离所加电压不得超过5V/cm。
荧光染料溴化乙啶用于检测琼脂糖凝胶中的DNA，染料会嵌入到堆积的碱基对之间并拉长线状和带缺口的环状DNA，使其刚性更强，还会使线状DNA迁移率降低15%。
电泳缓冲液的组成及其离子强度影响DNA的电泳迁移率。在没有离子存在时(如误用蒸馏水配制凝胶），电导率最小，DNA几乎不移动，在高离子强度的缓冲液中（如误加10×电泳缓冲液），则电导很高并明显产热，严重时会引起凝胶熔化或DNA变性。
对于天然的双链DNA，常用的几种电泳缓冲液有TAE[含EDTA(pH8。0）和Tris-乙酸]，TBE(Tris-硼酸和EDTA)，TPE(Tris-磷酸和EDTA），一般配制成浓缩母液，储于室温。
参考资料
1.胡银岗．植物基因工程．陕西：西北农林科技大学出版社，2006：39
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