凝膠電泳
分離不同物理性質分子的技術
凝膠電泳（英語：Gel electrophoresis）或稱膠體電泳，是一大類技術，被科學工作者用於分離不同物理性質（如大小、形狀、等電點等）的分子。凝膠電泳通常用於分析用途，但也可以作為製備技術，在採用某些方法（如質譜(MS)、聚合酶鏈式反應(PCR)、克隆技術、DNA測序或者免疫印跡）檢測之前部分提純分子。可分為瓊脂糖和聚丙烯醯胺凝膠電泳、脈衝電場凝膠電泳。蛋白質的凝膠電泳通常在加入十二烷基硫酸鈉的聚丙烯醯胺凝膠中進行（SDS-PAGE），或者非變性凝膠電泳，或二維電泳。
凝膠電泳的原理比較簡單。當一種分子被放置 在電 場當 中時 , 它們 就會 以一定 的速 度移向適當的電極 , 這種電泳分子在電場作用下的遷移速度 , 叫做電泳的遷移率。它同電場的強度和電泳分子本身所攜帶的凈電荷數成正比。也就是說 ,電場強度越大、電泳分子所攜帶的凈電荷數量越多 ,其遷移的速度也就越快 , 反之則較慢。由於在電泳中使用了一種無反應活性的穩定的支持介質 , 如瓊脂糖凝膠和聚丙 烯醯胺 膠等 , 從而降低了對流運動 , 故 電泳 的遷移率又是同分子的摩擦係數成反比的。已知摩 擦係數 是分 子的大 小、極性及介質 粘度 的函數 , 因此根據分子大小的不同、構成或形狀的差異 , 以及所帶的凈電荷的多少 , 便可以通過電泳將蛋白質或核酸分子混合物中的各種成分彼此分離開來。在生理條件下 ,核酸分子的糖- 磷 酸骨架中的磷酸基 因 呈離子狀態 ,從這種意義上講 ,D N A 和 R N A 多核苷酸鏈可叫做 多聚 陰離 子 ( P ol yani o n s ) 。因 此 , 當核 酸分 子 被放 置在 電場中時 , 它們就會向正電極的 方向遷 移。由 於糖- 磷酸 骨架 結構 上的重 復性 質 , 相同 數量 的雙鏈 D N A 幾乎具有等量的凈電荷 , 因而 它們 能以 同樣 的速 度向 正電 極 方向 遷移。在一 定的電場強度下 , D N A 分子的這種遷移速度 , 亦即電泳的遷移率 , 取決於核酸分子本身的大 小和構型 , 分子量較小的 D N A 分子比分子量較大的 D N A 分子遷移要快些。這就是應用凝膠電泳技術分離 D N A 片段的基本原理。
瓊脂糖主要在DNA製備電泳中作為一種固體支持基質，其密度取決於瓊脂糖的濃度。在電場中，在中性pH值下帶負電荷的DNA向陽極遷移，其遷移速率由下列多種因素決定：
線狀雙鏈DNA分子在一定濃度瓊脂糖凝膠中的遷移速率與DNA分子量對數成反比，分子越大則所受阻力越大，也越難於在凝膠孔隙中蠕行，因而遷移得越慢。
一個給定大小的線狀DNA分子，其遷移速度在不同濃度的瓊脂糖凝膠中各不相同。DNA電泳遷移率的對數與凝膠濃度成線性關係。凝膠濃度的選擇取決於DNA分子的大小。分離小於0.5kb的DNA片段所需膠濃度是1.2-1.5%，分離大於10kb的DNA分子所需膠濃度為0.3-0.7%,DNA片段大小間於兩者之間則所需膠濃度為0.8-1.0%。
DNA分子處於不同構象時，它在電場中移動距離不僅和分子量有關，還和它本身構象有關。相同分子量的線狀、開環和超螺旋DNA在瓊脂糖凝膠中移動速度是不一樣的，超螺旋DNA移動最快，而開環雙鏈DNA移動最慢。如在電泳鑒定質粒純度時發現凝膠上有數條DNA帶難以確定是質粒DNA不同構象引起還是因為含有其他DNA引起時，可從瓊脂糖凝膠上將DNA帶逐個回收，用同一種限制性內切酶分別水解，然後電泳，如在凝膠上出現相同的DNA圖譜，則為同一種DNA。
在低電壓時，線狀DNA片段的遷移速率與所加電壓成正比。但是隨著電場強度的增加，不同分子量的DNA片段的遷移率將以不同的幅度增長，片段越大，因場強升高引起的遷移率升高幅度也越大，因此電壓增加，瓊脂糖凝膠的有效分離範圍將縮小。要使大於2kb的DNA片段有效分離所加電壓不得超過5V/cm。
熒光染料溴化乙啶用於檢測瓊脂糖凝膠中的DNA，染料會嵌入到堆積的鹼基對之間並拉長線狀和帶缺口的環狀DNA，使其剛性更強，還會使線狀DNA遷移率降低15%。