凝膠(gel)又叫凍膠。一定濃度的高分子溶液或溶膠，在適當(dāng)條件下，粘度逐漸增大，最后失去流動(dòng)性，整個(gè)體系變成一種外觀均勻，并保持一定形態(tài)的彈性半固體，這種彈性半固體稱為凝膠。

長(zhǎng)期以來(lái)，物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)的研究人員都在研究各種各樣的凝膠，但學(xué)術(shù)界對(duì)“凝膠是什么”至今尚沒(méi)有統(tǒng)一的定義。

Jordan-Loyd在1926年做過(guò)著名的陳述：“膠體狀態(tài)，即凝膠，是一種識(shí)別它比定義它要簡(jiǎn)單的東西?！薄八坪踔挥幸环N準(zhǔn)則適用于所有的凝膠，即它們必須由兩種組分組成，其中一種組分在所考慮的溫度范圍內(nèi)為液體，另外一種組分是真正發(fā)生凝膠化的物質(zhì)，即通常所說(shuō)的凝膠因子，為固體。凝膠本身具有固體的力學(xué)性能，即它可以在自身重力的作用下保持一定的形狀，并且在機(jī)械應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變現(xiàn)象?！?/p>

Flory和Stockmayer則通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)如無(wú)限網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)、連續(xù)性等對(duì)凝膠進(jìn)行定義。

Hermans在1949年給出的凝膠定義是：①至少由兩種組分所組成的連續(xù)體系;②呈現(xiàn)出固體的力學(xué)性能;③分散組分和分散介質(zhì)分別連續(xù)地貫穿于整個(gè)體系。

Richard和Pierre歸納凝膠是這么一種物質(zhì)：①具有連續(xù)的微觀結(jié)構(gòu)，并且在分析實(shí)驗(yàn)的時(shí)間尺度上具有永久性的宏觀尺寸;②盡管主要成分是液體，但是具有類似于固體的流變特性。

目前比較公認(rèn)的凝膠的拓?fù)?結(jié)構(gòu))定義為：凝膠是一種由基本單元通過(guò)某種方式連接在一起所組成的，并被大量溶劑所溶脹的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

凝膠是一種軟物質(zhì)，人類社會(huì)中可以見(jiàn)到形形色色的凝膠，如：平時(shí)吃的果凍、橡皮糖，粘東西用的膠水，鋪路用的瀝青，甚至人體中流淌的血液，都屬于凝膠。凝膠是廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)的一類材料，在過(guò)去的半個(gè)多世紀(jì)里，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，凝膠已經(jīng)成為科技研究的熱點(diǎn)。

凝膠從其交聯(lián)方式分又可分為化學(xué)凝膠和物理凝膠。

化學(xué)凝膠分子問(wèn)的交聯(lián)作用力是由共價(jià)鍵提供的，共價(jià)鍵一旦形成便很難破壞。因此，化學(xué)凝膠通常表現(xiàn)為溶膠一凝膠轉(zhuǎn)變的單向性，即不可逆性。

物理凝膠分子問(wèn)的交聯(lián)作用力和化學(xué)凝膠的交聯(lián)作用力相比則弱得多，通常是由分子問(wèn)作用力(范德華力)、微晶和氫鍵等提供。這些物理作用力和共價(jià)鍵相比不穩(wěn)定得多。因此，當(dāng)外界條件(如溫度、壓力等)改變時(shí)，物理凝膠通常表現(xiàn)為溶膠-凝膠和凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變的雙向性，即可逆性。

在各種各樣的凝膠中，以橡膠為代表的化學(xué)凝膠的研究已經(jīng)日趨成熟。物理凝膠因?yàn)殡S著外界條件的改變會(huì)發(fā)生溶膠-凝膠和凝膠-溶膠的可逆轉(zhuǎn)變，這種獨(dú)特性質(zhì)使其具有了巨大的應(yīng)用價(jià)值。化學(xué)凝膠多作結(jié)構(gòu)材料來(lái)使用，物理凝膠常用作智能材料來(lái)實(shí)現(xiàn)某方面的功能。隨著社會(huì)對(duì)智能材料的關(guān)注與需求的提高，物理凝膠的研究正獲得越來(lái)越多的重視。

Flory從凝膠的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，將凝膠分為四大類：

1、非常有序的層狀結(jié)構(gòu)。如：黏土、肥皂、以及類似的中問(wèn)相。

2、通過(guò)共價(jià)鍵連接起來(lái)的聚合物網(wǎng)絡(luò)。完全無(wú)序。

3、由螺旋或微晶結(jié)構(gòu)等物理作用單元把分子鏈連接起來(lái)所形成的聚合物網(wǎng)絡(luò)。整體無(wú)序，局部有序。

4、由微粒組成的無(wú)序的凝膠。如：纖維或絮狀沉淀物凝膠、球狀蛋白凝膠等。

對(duì)于第一類凝膠，靜電力或分子問(wèn)作用力(范德華力)對(duì)凝膠的形成起了重要的作用。比如ABA三嵌段共聚物(B嵌段不溶于溶劑)就屬于此種類型。

對(duì)于第二類凝膠，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靠共價(jià)鍵(原子作用力)來(lái)維持。這一類凝膠通常稱為化學(xué)凝膠并且非常常見(jiàn)，如各種各樣的橡膠。橡膠的硫化過(guò)程就是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將聚合物分子問(wèn)通過(guò)化學(xué)鍵進(jìn)行交聯(lián)，從而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。化學(xué)交聯(lián)一旦形成就很難破壞，因此通過(guò)添加填充劑，橡膠可以獲得很好的力學(xué)性能。

對(duì)于第三類凝膠，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是靠物理作用力來(lái)維持。一旦條件改變，用來(lái)維持交聯(lián)結(jié)構(gòu)的物理作用力就會(huì)消失，凝膠就會(huì)重新變成溶膠，這種凝膠通常具有可逆性。

對(duì)于第四類凝膠，分子問(wèn)作用力是凝膠形成的主要因素，主要由具有大的幾何形狀的微粒組成。從廣義的角度來(lái)講，它和第一類凝膠，連同第三類凝膠一起都應(yīng)屬于物理凝膠的范疇。而第三類凝膠與第一類及第四類凝膠的區(qū)別在于，第三類凝膠有著與第二類凝膠類似的由長(zhǎng)分子鏈組成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而第一類和第四類凝膠則沒(méi)有類似的結(jié)構(gòu)。

溶液或固體(干凝膠)都能形成凝膠。從固體制備凝膠比較簡(jiǎn)單，干膠吸收液體膨脹即成，通常為彈性凝膠。從溶液制備凝膠須滿足兩個(gè)基本條件：

①降低溶解度，使固體物質(zhì)從溶液中成“膠體分散態(tài)”析出;

②析出的固體質(zhì)點(diǎn)既不沉降，也不能自由移動(dòng)，而是搭成骨架形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

凝膠的制備方法可以有：

①冷卻膠體溶液，產(chǎn)生過(guò)飽和溶液。如0.5%瓊脂溶液冷到35℃就形成固體狀膠凍;

②加入非溶劑，例如果膠水溶液加入酒精后就形成凝膠;

③加入鹽類，適量的電解質(zhì)加入到膠粒的親水性較強(qiáng)尤其是形狀不對(duì)稱的疏液溶膠中，即可形成凝膠，如五氧化二釩、氫氧化鐵等;

④化學(xué)反應(yīng)，利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生不溶物，并控制反應(yīng)條件可得凝膠，如硅膠的制備。

在為數(shù)眾多的凝膠中，最引人注目的就是聚合物凝膠。聚合物凝膠是聚合物分子鏈(通常是具有較大分子量的長(zhǎng)鏈)，通過(guò)大量連接點(diǎn)形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種連接是通過(guò)共價(jià)鍵或物理相互作用(如：螺旋結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)、氫鍵或靜電力等)形成的，分別稱之為聚合物化學(xué)凝膠和聚合物物理凝膠，即分別對(duì)應(yīng)于上述Flory分類中的第二類和第三類凝膠。

聚合物物理凝膠除了具有一定的可逆性外，某些凝膠體系在發(fā)生相變時(shí)，體積可以突然增加為原有體積的數(shù)百倍。溫度、溶劑組成、酸度、鹽度、離子力或電場(chǎng)力的微小改變，就足以導(dǎo)致凝膠體積發(fā)生巨大的變化。

水凝膠即是最典型的體積溶脹凝膠，在20世紀(jì)50年代，Wichterle和Lim首次合成了可以應(yīng)用到藥物釋放的生物水凝膠材料。這一類體積溶脹凝膠在醫(yī)學(xué)方面有著非常重要的應(yīng)用，比如：有些藥物在酸性條件下可能被破壞，一進(jìn)入胃液便會(huì)失去作用。

為此，科學(xué)家們應(yīng)用這種體積溶脹聚合物凝膠，使之在酸性條件下收縮，而在堿性條件下膨脹。如果將藥物裝入其中，就可以保證藥物在呈弱堿性的腸道內(nèi)再釋放出來(lái)，使得藥物能夠有效地被人體吸收。還有一些凝膠在發(fā)生相變時(shí)體積并不溶脹，但是，他們的物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生很大的變化，比如：當(dāng)溫度或者亮度改變的時(shí)候，某些凝膠的透光率會(huì)發(fā)生變化，這種凝膠可以用作溫室的玻璃窗來(lái)調(diào)節(jié)亮度。

如果能設(shè)計(jì)出一些凝膠體系，讓他們能夠按照需要改變體積或者其他物理性質(zhì)，那么，這一類智能凝膠就會(huì)有著非常廣泛的應(yīng)用(如：傳感器、可控藥物釋放系統(tǒng)、人造肌肉、光學(xué)開(kāi)關(guān)、分子分級(jí)系統(tǒng)、玩具、裝修涂料、衣料、粘合劑、可循環(huán)的吸收劑、包含固定酶的生物反應(yīng)器、生物測(cè)定系統(tǒng)、顯示設(shè)備等)。

由于聚合物物理凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其形成機(jī)理非常復(fù)雜，要有目的地獲得特定結(jié)構(gòu)和性能的聚合物凝膠材料還是相當(dāng)困難的。因此，深入研究聚合物物理凝膠的形成機(jī)理、結(jié)構(gòu)及性能之問(wèn)的定性與定量關(guān)系，不僅能促進(jìn)聚合物凝膠新材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，而且對(duì)軟物質(zhì)科學(xué)的發(fā)展具有重要意義。

凝膠層析又稱分子篩過(guò)濾、排阻層析等。凝膠層析是利用凝膠分子篩對(duì)大小、形狀不同的分子進(jìn)行層析分離。凝膠層析具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、分離迅速及不影響分子生物學(xué)活...[查看全部]

氣凝膠，又稱為干凝膠。當(dāng)凝膠脫去大部分溶劑，使凝膠中液體含量比固體含量少得多，或凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充滿的介質(zhì)是氣體，外表呈固體狀，這即為干凝膠，也稱為氣凝膠。

1931年美國(guó)斯坦福大學(xué)的Kistler首次合成了氣凝膠材料，并創(chuàng)造了“aerogel”這一概念。Kistler最初設(shè)想濕凝膠中包含有與其形狀和大小相似的固體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終通過(guò)超臨界干燥技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這一想法，得到了塊狀無(wú)裂紋、透明、低密度、高孔隙率、與濕凝膠具有相同外形的SiO2氣凝膠。

迄今為止，“氣凝膠”這一概念沒(méi)有明確、統(tǒng)一的定義和理解。Kistler最初描述氣凝膠為：在濕凝膠中的固體骨架基本不收縮的情況下，其中的液體被氣體取代后得到的一種固體材料。

根據(jù)Kistler的表述，氣凝膠應(yīng)具備以下特征：①由濕凝膠干燥得到;②干燥過(guò)程中濕凝膠無(wú)明顯收縮、碎裂，典型氣凝膠具備完整無(wú)裂紋的外觀;③具有較高的孔隙率。因此本文主要闡述對(duì)象為典型的塊狀氣凝膠。

氣凝膠種類繁多，一般可根據(jù)其成分將氣凝膠分為無(wú)機(jī)氣凝膠、有機(jī)氣凝膠和有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化氣凝膠。另外還可以根據(jù)基體種類分為氧化物氣凝膠、碳化物氣凝膠、有機(jī)氣凝膠、炭氣凝膠等。雖然氣凝膠的種類眾多、制備工藝千差萬(wàn)別，但都包括兩個(gè)必需的步驟，凝膠的制備(即溶膠-凝膠過(guò)程)和凝膠的干燥。

不同氣凝膠的溶膠-凝膠過(guò)程實(shí)現(xiàn)途徑也不盡相同。另外，根據(jù)具體情況氣凝膠的制備還需要老化、表面改性、溶劑置換等輔助過(guò)程。對(duì)于炭氣凝膠和碳化物氣凝膠，還需熱處理過(guò)程。

氣凝膠材料是一種具有納米多孔結(jié)構(gòu)的干凝膠。采取傳統(tǒng)的低溫溶膠-凝膠法制得，多采用超臨界干燥法進(jìn)行干燥。通常所得的氣凝膠保留濕凝膠階段的多孔結(jié)構(gòu)不坍塌。氣凝膠具有高的比表面積、低密度及低導(dǎo)熱率等特性。

合成氧化硅氣凝膠主要含有3個(gè)步驟：溶膠凝膠的制備、老化(為了防止干燥過(guò)程引起孔洞收縮)和干燥(采取特

水凝膠是以水為分散介質(zhì)的凝膠。具有網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的水溶性高分子中引入一部分疏水基團(tuán)和親水殘基，親水殘基與水分子結(jié)合，將水分子連接在網(wǎng)狀內(nèi)部，而疏水殘基遇水膨脹的交聯(lián)聚合物。水凝膠是一種高分子網(wǎng)絡(luò)體系，性質(zhì)柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量的水。

水凝膠是能夠吸收及保持大量水分而又不溶于水的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料。其網(wǎng)絡(luò)由大分子主鏈和親水性官能團(tuán)構(gòu)成，是一類集吸水、保水于一體的功能高分子材料。自20世紀(jì)40年代以來(lái)，水凝膠的物理化學(xué)性質(zhì)已得到廣泛的關(guān)注，其中Flory從熱力學(xué)角度出發(fā)提出了凝膠彈性理論，為水凝膠的分子設(shè)計(jì)和功能化構(gòu)筑提供了理論基礎(chǔ)。

水凝膠網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)可以是共價(jià)鍵、離子鍵、范德華力、氫鍵或者是物理纏結(jié)。溶脹程度和力學(xué)性能與聚合物網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)密度密切相關(guān)。一般交聯(lián)密度越高，水凝膠的溶脹程度越低，而力學(xué)性能越高。水凝膠自身的結(jié)構(gòu)使其同時(shí)具備固體和液體的性質(zhì)，即力學(xué)上表現(xiàn)出類固體性質(zhì)，然而熱力學(xué)上卻表現(xiàn)出類液體行為。

根據(jù)制備水凝膠的原料：

根據(jù)制備水凝膠的原料可分為合成高分子水凝膠和天然高分子水凝膠。

用于制備水凝膠的合成高分子包括聚乙二醇、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸羥乙酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和聚丙烯酰胺等。

用于制備水凝膠的天然高分子包括膠原/明膠、透明質(zhì)酸、纖維蛋白、海藻酸、纖維素、瓊脂糖和殼聚糖。

根據(jù)水凝膠對(duì)外界刺激的響應(yīng)：

根據(jù)水凝膠對(duì)外界刺激的響應(yīng)情況，水凝膠可以分為傳統(tǒng)水凝膠和智能水凝膠。

傳統(tǒng)水凝膠對(duì)環(huán)境變化不敏感，而智能水凝膠對(duì)外界溫度、光、電、磁、pH、壓力等條件變化具有響應(yīng)性。

溫敏水凝膠的分子含有一定比例的親水和疏水基團(tuán)，溫度變化可以影響這些基團(tuán)的親水性、疏水性以及氫鍵作用，導(dǎo)致溶脹率變化。

pH敏感水凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中都含有酸性(如羧基)或者堿性基團(tuán)(如胺基)，環(huán)境pH或者離子強(qiáng)度變化會(huì)改變水凝膠結(jié)

凝膠劑是近年來(lái)為滿足臨床需要而發(fā)展起來(lái)的一種新型醫(yī)院制劑。凝膠劑是利用一些新型的高分子藥用輔料將藥物制成凝膠，從而達(dá)到提高藥物局部濃度、延長(zhǎng)藥物的釋放或擴(kuò)散過(guò)程，具有比其他劑型生物利用度高、穩(wěn)定性好，不良反應(yīng)少等優(yōu)點(diǎn)。

凝膠劑是指藥物與凝膠材料混勻成混懸或乳狀液型的稠厚液體或半固體制劑。

凝膠劑具有生物相容性好、吸收起效快、生物利用度高、制備工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、質(zhì)地均勻、涂展性好、易于使用、不污染衣物、外形美觀等特點(diǎn)。

部分凝膠劑還具有緩釋、控釋作用。根據(jù)用藥后產(chǎn)生吸收作用或局部作用，凝膠劑可分為全身用和局部用凝膠劑;按使用部位可分為皮膚用、口腔用、眼用、鼻用、陰道用、直腸用凝膠劑;按藥物分散狀態(tài)可分為溶液型、混懸型、乳狀液型凝膠劑?；鞈倚湍z劑可有觸變性，靜止時(shí)形成半固體，而攪拌或振搖時(shí)成為液體。

臨床應(yīng)用中多以水凝膠為基質(zhì)。水性凝膠基質(zhì)通常由西黃芪膠、明膠、纖維素衍生物、聚羧乙烯、淀粉和海藻納等加水、甘油或丙二醇等制成，此外常用基質(zhì)還有聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、瓊脂等;油性凝膠的基質(zhì)常由液體石蠟與聚氧乙烯或脂肪油與膠體硅或鋁皂、鋅皂構(gòu)成。制備凝膠劑時(shí)應(yīng)根據(jù)藥物的理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的凝膠劑基質(zhì)。

凝膠劑制備：

凝膠劑的制備比較簡(jiǎn)單，卡波姆一般先與甘油、丙二醇等在乳缽中研磨細(xì)膩后，再加水適量使其充分溶脹，再與其它藥物及輔料研磨均勻，最后緩慢加入乙醇、蒸餾水至全量，攪勻即可;以PVA為基質(zhì)時(shí)，將事先精制的PVA在90℃水浴中加熱溶解，放冷后再加入到主藥溶液中即可;以CMC-Na為基質(zhì)制備凝膠時(shí)，先加入適量乙醇潤(rùn)濕CMC-Na，攪拌成糊狀，加熱蒸餾水適量，再加入主藥及其他輔料即可。

凝膠劑質(zhì)量控制：

目前制備成凝膠劑的藥物，多以紫外分光光度法或一階導(dǎo)數(shù)光譜法即可進(jìn)行主藥的含量測(cè)定，一階導(dǎo)數(shù)光譜法可以消除凝膠基質(zhì)及其他輔料對(duì)主藥

凝膠電泳通常用于分析用途，但也可以作為制備技術(shù)。凝膠電泳在采用某些方法(如質(zhì)譜(MS)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)、克隆技術(shù)、DNA測(cè)序或者免疫印跡)檢測(cè)之前部分提純分子。常見(jiàn)的凝膠電泳有瓊脂糖凝膠電泳、聚丙烯酰胺凝膠電泳以及脈沖場(chǎng)凝膠電泳。

瓊脂糖凝膠電泳是用瓊脂糖作支持介質(zhì)的一種電泳方法。其分析原理與其他支持物電泳的最主要區(qū)別是：它兼有“分子篩”和“電泳”的雙重作用。

瓊脂糖凝膠具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，物質(zhì)分子通過(guò)時(shí)會(huì)受到阻力，大分子物質(zhì)在涌動(dòng)時(shí)受到的阻力大，因此在凝膠電泳中，帶電顆粒的分離不僅取決于凈電荷的性質(zhì)和數(shù)量，而且還取決于分子大小，這就大大提高了分辨能力。但由于其孔徑相當(dāng)大，對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)其分子篩效應(yīng)微不足道，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于核酸的研究中。

蛋白質(zhì)和核酸會(huì)根據(jù)pH不同帶有不同電荷，在電場(chǎng)中受力大小不同，因此跑的速度不同，根據(jù)這個(gè)原理可將其分開(kāi)。電泳緩沖液的pH在6~9之間，離子強(qiáng)度0.02~0.05為最適。常用1%的瓊脂糖作為電泳支持物。

瓊脂糖凝膠約可區(qū)分相差100bp的DNA片段，其分辨率雖比聚丙烯酰胺凝膠低，但它制備容易，分離范圍廣。普通瓊脂糖凝膠分離DNA的范圍為0.2-20kb，利用脈沖電泳，可分離高達(dá)10^7bp的DNA片段。

聚丙烯酰胺凝膠電泳簡(jiǎn)稱為PAGE，是以聚丙烯酰胺凝膠作為支持介質(zhì)的一種常用電泳技術(shù)。是以聚丙烯酰胺凝膠作為支持介質(zhì)的一種常用電泳技術(shù)，用于分離蛋白質(zhì)和寡核苷酸。聚丙烯酰胺凝膠由單體丙烯酰胺和甲叉雙丙烯酰胺聚合而成，聚合過(guò)程由自由基催化完成。催化聚合的常用方法有兩種：化學(xué)聚合法和光聚合法。

化學(xué)聚合以過(guò)硫酸銨(APS)為催化劑，以四甲基乙二胺(TEMED)為加速劑。在聚合過(guò)程中，TEMED催化過(guò)硫酸銨產(chǎn)生自由基，后者引發(fā)丙烯酰胺單體聚合，同時(shí)甲叉雙丙烯酰胺與丙烯酰胺鏈間產(chǎn)生甲叉鍵交聯(lián)，從而形

凝膠成像是對(duì)DNA或RNA膠進(jìn)行切膠、拍照、觀察、分析，凝膠成像系統(tǒng)可以應(yīng)用于分子量計(jì)算、密度掃描、密度定量、PCR定量等生物工程常規(guī)研究。

凝膠成像由CCD攝像系統(tǒng)和暗箱組成的硬件和不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)軟件組成。

1、硬件的發(fā)展

(1)CCD影像系統(tǒng)：這是凝膠成像分析系統(tǒng)的核心裝置。CCD是一種矽晶片，能將光的影像元素轉(zhuǎn)換為電子量，使影像數(shù)值化以后作為電腦影像處理或儲(chǔ)存。

CCD有video CCD相機(jī)和高性能CCD相機(jī)兩種。前者即電視規(guī)格攝像機(jī)，通常用于一般影像分析，但無(wú)數(shù)值影像處理功能。后者為科學(xué)用CCD系統(tǒng)，可以獲得高解析度，高動(dòng)態(tài)范圍，低噪聲的影像，特別是近幾年使用的冷卻式CCD攝像系統(tǒng)，大大降低了暗電荷，幾乎達(dá)到無(wú)噪聲的境界。其分辨率可以從幾十萬(wàn)達(dá)到幾百萬(wàn)個(gè)圖像元素。

(2)暗箱：現(xiàn)代已由簡(jiǎn)單的紫外線UV透射暗箱發(fā)展成為多功能的暗箱，箱內(nèi)雙側(cè)安裝白燈，可以進(jìn)行反射分析，也可以安裝254nm反射UV燈，用于TLC板分析，黑板上擱置白板，可以進(jìn)行白光透射的測(cè)量。

2、軟件的發(fā)展

針對(duì)生命科學(xué)的多種實(shí)驗(yàn)要求，不斷發(fā)展升級(jí)的計(jì)算機(jī)軟件，是凝膠成像系統(tǒng)成為當(dāng)代生物化學(xué)與分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究必不可少的主要設(shè)備原因。

(1)1D區(qū)帶分析：一維軟件可分辨50多條區(qū)帶，根據(jù)峰圖顯示，可以準(zhǔn)確的選定峰值，刪除泳帶的拖尾現(xiàn)象，獲得比較準(zhǔn)確的積分吸光度，進(jìn)行定量計(jì)算。

(2)分子量(MW)與遷移率(RF)的計(jì)算：電泳和層析形成的區(qū)帶和斑點(diǎn)，其RF值可以自動(dòng)進(jìn)行測(cè)定計(jì)算。蛋白質(zhì)和核酸(DNA和RNA)的MW，在有標(biāo)準(zhǔn)分子量的區(qū)帶存在下，可以直接自動(dòng)計(jì)算。蛋白質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)分子量一般有高、中、低三種。DNA的標(biāo)準(zhǔn)分子也有多種。

(3)斑電的分析有圓形和矩形分析兩種方法。根據(jù)斑點(diǎn)大小，可以調(diào)整半徑、長(zhǎng)短邊，獲得每個(gè)斑點(diǎn)面積上的積分光密度。

(4)2D點(diǎn)密度分析

凝膠層析又稱分子篩過(guò)濾、排阻層析等。凝膠層析是利用凝膠分子篩對(duì)大小、形狀不同的分子進(jìn)行層析分離。凝膠層析具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、分離迅速及不影響分子生物學(xué)活性等優(yōu)點(diǎn)。目前已被廣泛應(yīng)用于各種生化產(chǎn)品的分離和純化。

凝膠層析法適用于分離和提純蛋白質(zhì)、酶、多肽、激素、多糖、核酸類等物質(zhì)。分子大小彼此相差25%的樣品，只要通過(guò)單一凝膠床就可以完全將它們分開(kāi)。利用凝膠的分子篩特性，可對(duì)這些物質(zhì)的溶液進(jìn)行脫鹽、濃縮、去熱源和脫色。

凝膠是一類多孔性高分子聚合物，每個(gè)顆粒猶如一個(gè)篩子。當(dāng)樣品溶液通過(guò)凝膠柱時(shí)，相對(duì)分子質(zhì)量較大的物質(zhì)由于直徑大于凝膠網(wǎng)孔而只能沿著凝膠顆粒間的孔隙，隨著溶劑流動(dòng)，因此流程較短，向前移動(dòng)速度快而首先流出層析柱。

反之，相對(duì)分子質(zhì)量較小的物質(zhì)由于直徑小于凝膠網(wǎng)孔，可自由地進(jìn)出凝膠顆粒的網(wǎng)孔，在向下移動(dòng)過(guò)程中，它們從凝膠內(nèi)擴(kuò)散到膠粒孔隙后再進(jìn)入另一凝膠顆粒，如此不斷地進(jìn)入與逸出，使流量增長(zhǎng)，移動(dòng)速率慢而最后流出層析柱。

而中等大小的分子，它們也能在凝膠顆粒內(nèi)外分布，部分進(jìn)入顆粒，從而在大分子物質(zhì)與小分子物質(zhì)之間被洗脫。這樣，經(jīng)過(guò)層析柱，使混合物中的各物質(zhì)按其分子大小不同而被分離。

Vt=Vo+Vi+Vg

Vt=πR2h

Vo簡(jiǎn)稱為外水體積，Vo等于被完全排阻的大分子的洗脫體積?？梢杂靡粋€(gè)已知相對(duì)分子質(zhì)量遠(yuǎn)超過(guò)凝膠排阻極限的有色分子，如常用的藍(lán)色葡聚糖-2000溶液通過(guò)柱床，即可測(cè)出柱床的外水體積Vo。

Vi簡(jiǎn)稱內(nèi)水體積，可由g·Wr求得(g為干凝膠質(zhì)量，單位為g，Wr為凝膠吸水量，以mL/g表示)。Vi也可以從洗脫一種完全不受凝膠微孔排阻的小分子溶質(zhì)(如重鉻酸鉀)的洗脫體積Ve計(jì)算，即

Ve=Vo+Vi

對(duì)某物質(zhì)在凝膠柱內(nèi)洗脫體積Ve、Vo和Vi之間的關(guān)系可用下式表示：

Ve=Vo+Kd×Vi

式中Ve為脫體積，它包括自