水平电泳仪
水平电泳仪：原理、结构与应用
水平电泳仪是一种常用于分离和分析核酸（如DNA、RNA）的实验设备。它以琼脂糖凝胶为支持介质，通过电场使带电的核酸分子迁移并按大小进行分离，是分子生物学实验室中最常见的电泳仪类型。
一、水平电泳仪的工作原理
水平电泳仪的核心原理是电泳现象，即在电场作用下，带负电的核酸分子向阳极迁移，并在支持介质中按照大小和形状实现分离。
分离机制
核酸（如DNA、RNA）带有磷酸基团，天然带负电，在电场中向正极（阳极）迁移。
琼脂糖凝胶提供孔状结构，不同大小的核酸分子通过孔径时会受到不同阻力。
小分子穿过孔隙速度较快。
大分子移动速度较慢。
分子的迁移速度由以下公式决定：v=qEfv = \frac{qE}{f}v=fqE其中：
vvv：分子迁移速度。
qqq：分子所带电荷量。
EEE：电场强度。
fff：摩擦系数，与分子大小及凝胶孔径相关。
二、水平电泳仪的结构组成
1. 电泳槽
主要容纳缓冲液和凝胶，用于样品分离。
内置电极（正极和负极），用于产生电场。
2. 凝胶托盘
用于放置琼脂糖凝胶。
通常带有刻度或标识，方便样品加载。
3. 加样梳
用于在凝胶中形成样品槽，便于加载样品。
通常有不同齿数规格以适应不同样品通量需求。
4. 电源连接
电泳槽通过电极线与电泳仪电源连接。
电源提供可调的电压和电流，用于控制电泳速度。
5. 缓冲液
为核酸迁移提供离子环境并维持稳定的pH值。
常用缓冲液包括TAE、TBE，具体选择取决于实验要求。
6. 电泳仪电源
提供稳定的直流电源，可调节电压（通常为50-150 V）。
三、水平电泳仪的使用步骤
1. 制备凝胶
配制琼脂糖凝胶：
大分子（>2000 bp）：0.7%-1%凝胶。
小分子（<500 bp）：1.5%-2%凝胶。
根据目标分子大小调整琼脂糖浓度：
加热琼脂糖至完全溶解，冷却至约50°C后倒入托盘。
插入加样梳，待凝胶凝固后移除。
2. 加载样品
将凝胶托盘放入电泳槽中。
加入缓冲液，确保凝胶完全浸没。
使用移液器将样品混合加载缓冲液，注入凝胶样品槽。
3. 设置电泳参数
连接电极线，将负极连接到样品加载端。
设置电压：
常用电压为50-150 V，具体根据样品大小和实验要求调整。
确保电泳槽盖子关闭，避免缓冲液蒸发或电场外泄。
4. 运行电泳
启动电源，观察指示染料迁移，判断电泳进程。
电泳时间通常为30-90分钟，具体视目标分子和电压而定。
5. 结束电泳
停止电源，断开电极连接。
取出凝胶进行后续分析（如染色和成像）。
四、水平电泳仪的应用
1. 核酸分离与分析
DNA分离：常用于PCR产物检测、基因片段分离和克隆片段筛选。
RNA分析：用于检测RNA的完整性，评估降解情况。
2. 分子量估算
与标准分子量标记对比，估算核酸片段的分子量。
3. 核酸纯化
从琼脂糖凝胶中切下特定片段，进行后续的提取和纯化。
4. 医学诊断
基因突变检测和基因分型。
病毒或病原体核酸检测。
五、水平电泳仪的优势与限制
优势
操作简单：适合初学者，实验步骤易于掌握。
成本低：设备、耗材和运行成本相对较低。
高效分离：特别适合核酸片段的快速分离与检测。
直观结果：通过紫外成像系统，核酸条带清晰可见。
限制
适用范围有限：主要用于核酸分离，不适合蛋白质或小分子分析。
分辨率较低：对小分子或精确分离需求，水平电泳的精度有限。
样品需求量较高：需要一定量的样品才能清晰观察条带。
六、水平电泳仪的维护与保养
1. 使用后清洁
清洗电泳槽和电极，避免缓冲液或样品残留。
清洁凝胶托盘和加样梳，确保无污染。
2. 定期检查
检查电极线是否连接牢固，电极是否有腐蚀。
检测电源输出的稳定性，避免电压波动影响实验。
3. 妥善存放
避免电泳槽长期暴露在高温或阳光下，以免老化或变形。
加样梳和托盘应放置在干燥的环境中。
七、水平电泳仪的选购要点
1. 根据实验需求选择
样品通量：根据样品数量选择加样梳齿数。
目标分子大小：选择适合大分子或小分子的设备。
2. 电源性能
确保电压范围满足实验需求（50-150 V）。
电源输出需稳定，支持调节电压和电流。
3. 品牌与售后
推荐知名品牌，如赛默飞（Thermo Fisher）、Bio-Rad等。
确保提供备件和长期售后支持。
4. 配件兼容性
检查设备是否兼容常用耗材，如凝胶托盘、电极线和缓冲液类型。
八、总结
水平电泳仪是核酸分离与检测的基础设备，其操作简单、结果直观，广泛应用于分子生物学、医学诊断和药物研发等领域。通过正确的操作和维护，水平电泳仪可以为实验提供可靠的数据支持，是实验室核酸分析的重要工具。
