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)來說其分子篩效應(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。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)聚合以過硫酸銨(APS)為催化劑，以四甲基乙二胺(TEMED)為加速劑。在聚合過程中，TEMED催化過硫酸銨產(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)，從而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

作用原理：聚丙烯酰胺凝膠為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有分子篩效應(yīng)。它有兩種形式：非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳和SDS-聚丙烯酰胺凝膠;非變性聚丙烯酰胺凝膠，在電泳的過程中，蛋白質(zhì)能夠保持完整狀態(tài)，并依據(jù)蛋白質(zhì)的分子量大小、蛋白質(zhì)的形狀及其所附帶的電荷量而逐漸呈梯度分開。

聚丙烯酰胺凝膠電泳根據(jù)其有無濃縮效應(yīng)，分為連續(xù)系統(tǒng)和不連續(xù)系統(tǒng)兩大類，連續(xù)系統(tǒng)電泳體系中緩沖液pH值及凝膠濃度相同，帶電顆粒在電場(chǎng)作用下，主要靠電荷和分子篩效應(yīng)。

不連續(xù)系統(tǒng)中由于緩沖液離子成分，pH，凝膠濃度及電位梯度的不連續(xù)性，帶電顆粒在電場(chǎng)中泳動(dòng)不僅有電荷效應(yīng)，分子篩效應(yīng)，還具有濃縮效應(yīng)，因而其分離條帶清晰度及分辨率均較前者佳。

不連續(xù)體系由電極緩沖液、濃縮膠及分離膠所組成。濃縮膠是由AP催化聚合而成的大孔膠，凝膠緩沖液為pH6.7的Tris-HCl。分離膠是由AP催化聚合而成的小孔膠，凝膠緩沖液為pH8.9 Tris-HCl。電極緩沖液是pH8.3 Tris-甘氨酸緩沖液。2種孔徑的凝膠、2種緩沖體系、3種pH值使不連續(xù)體系形成了凝膠孔徑、pH值、緩沖液離子成分的不連續(xù)性，這是樣品濃縮的主要因素。

脈沖場(chǎng)凝膠電泳(PFGE)是一種重要的分子分型技術(shù)，其工作原理是：大小不同的DNA分子在交替變換方向的電場(chǎng)中作出反應(yīng)所需的時(shí)間不同，一般較小的分子重新定向較快，在凝膠中移動(dòng)快，大的DNA分子比小的DNA分子定向慢，在凝膠中移動(dòng)比較慢，根據(jù)各DNA分子遷移距離的不同，從而可以達(dá)到分離不同大小的DNA分子的目的。在所有分子分型方法中，脈沖場(chǎng)凝膠電泳以重復(fù)性好、分辨性強(qiáng)，被作為細(xì)菌分子分型的“金標(biāo)準(zhǔn)”。

脈沖場(chǎng)凝膠電泳是一種非常有效的分子分型方法，在國(guó)外被廣泛應(yīng)用于很多菌種的分子流行病學(xué)研究中。能夠用于分析菌株之間的相關(guān)性，協(xié)助追蹤感染來源，在疫情控制方面可發(fā)揮重要的作用。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1、研究菌株之間的遺傳差異。

2、在表面上散在分布的病例中尋找可能的聯(lián)系，通過監(jiān)測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)暴發(fā)。

當(dāng)今傳染病暴發(fā)流行的性質(zhì)發(fā)生了改變，即:暴發(fā)流行不再局限于某一地區(qū)，一段相對(duì)集中的時(shí)間里，由同一污染源引起的暴發(fā)流行，而是由多個(gè)傳染源，在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)，跨越省市甚至是國(guó)家的暴發(fā)流行。脈沖場(chǎng)凝膠電泳方法由于其自身優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于追蹤監(jiān)測(cè)細(xì)菌傳染性疾病的暴發(fā)流行，還有助于識(shí)別散發(fā)病例的傳染源。

3、可用于對(duì)已確認(rèn)的爆發(fā)疫情進(jìn)行傳染源的追蹤，從而有效預(yù)防疫情的再次發(fā)生。

4、除了幫助流行病學(xué)調(diào)查外，細(xì)菌分型還能對(duì)病人的診斷和治療提供線索，對(duì)連續(xù)繼發(fā)性感染患者分離菌株進(jìn)行PFGE分析可以區(qū)分是復(fù)發(fā)(單一菌株型)還是新的菌株引發(fā)的再感染。

5、脈沖場(chǎng)凝膠電泳也用于抗生素敏感株和多重耐藥菌株的分子分型，如耐苯唑西林的金黃色葡萄球菌和耐甲氧苯青霉素金黃色葡萄球菌。

6、對(duì)生活環(huán)境中分離的菌株和病人中分離菌株進(jìn)行相關(guān)性分析。

7、脈沖場(chǎng)凝膠電泳還可用于其他領(lǐng)域，如百日咳抗原性變異和脈沖場(chǎng)凝膠電泳的相關(guān)性。

準(zhǔn)備干凈的配膠板和電泳槽，注意DNA酶污染的儀器可能會(huì)降解DNA，造成條帶信號(hào)弱、模糊甚至缺失的現(xiàn)象。

1、選擇電泳方法

一般的核酸檢測(cè)只需要瓊脂糖凝膠電泳就可以;如果需要分辨率高的電泳，特別是只有幾個(gè)bp的差別應(yīng)該選擇聚丙烯酰胺凝膠電泳;用普通電泳不合適的巨大DNA鏈應(yīng)該使用脈沖凝膠電泳。注意巨大的DNA鏈用普通電泳可能跑不出膠孔導(dǎo)致缺帶。

2、正確選擇凝膠濃度

對(duì)于瓊脂糖凝膠電泳，濃度通常在0.5～2%之間，低濃度的用來進(jìn)行大片段核酸的電泳，高濃度的用來進(jìn)行小片段分析。低濃度膠易碎，小心操作和使用質(zhì)量好的瓊脂糖是解決辦法。注意高濃度的膠可能使分子大小相近的DNA帶不易分辨，造成條帶缺失現(xiàn)象。

3、適合的電泳緩沖液

常用的緩沖液有TAE和TBE，而TBE比TAE有著更好的緩沖能力。電泳時(shí)使用新制的緩沖液可以明顯提高電泳效果。注意電泳緩沖液多次使用后，離子強(qiáng)度降低，pH值上升，緩沖性能下降，可能使DNA電泳產(chǎn)生條帶模糊和不規(guī)則的DNA帶遷移的現(xiàn)象。

4、電泳的合適電壓和溫度

電泳時(shí)電壓不應(yīng)該超過20V/cm，電泳溫度應(yīng)該低于30℃，對(duì)于巨大的DNA電泳，溫度應(yīng)該低于15℃。注意如果電泳時(shí)電壓和溫度過高，可能導(dǎo)致出現(xiàn)條帶模糊和不規(guī)則的DNA帶遷移的現(xiàn)象。特別是電壓太大可能導(dǎo)致小片段跑出膠而出現(xiàn)缺帶現(xiàn)象

5、DNA樣品的純度和狀態(tài)

是電壓太大可能導(dǎo)致小片段跑出膠而出現(xiàn)缺帶現(xiàn)象DNA樣品的純度和狀態(tài)注意樣品中含鹽量太高和含雜質(zhì)蛋白均可以產(chǎn)生條帶模糊和條帶缺失的現(xiàn)象。乙醇沉淀可以去除多余的鹽，用酚可以去除蛋白。

注意變性的DNA樣品可能導(dǎo)致條帶模糊和缺失，也可能出現(xiàn)不規(guī)則的DNA條帶遷移。在上樣前不要對(duì)DNA樣品加熱，用20mmNaCl緩沖液稀釋可以防止DNA變性。DNA的上樣正確的DNA上樣量是條帶清晰的保證。注意太多的DNA上樣量可能導(dǎo)致DNA帶型模糊，而太小的DNA上樣量則導(dǎo)致帶信號(hào)弱甚至缺失。

6、Marker的選擇

DNA電泳一定要使用DNA Marker或已知大小的正對(duì)照DNA來估計(jì)DNA片段大小。Marker應(yīng)該選擇在目標(biāo)片段大小附近ladder較密的，這樣對(duì)目標(biāo)片段大小的估計(jì)才比較準(zhǔn)確。如果選擇λDNA/HindIII或者λDNA/EcoRI的酶切Marker，需要預(yù)先65℃加熱5min，冰上冷卻后使用。從而避免HindIII或EcoRI酶切造成的粘性接頭導(dǎo)致的片段連接不規(guī)則或條帶信號(hào)弱等現(xiàn)象。

7、凝膠的染色和觀察

常用的核酸染色劑是溴化乙啶(EB)，染色效果好，操作方便，但是穩(wěn)定性差，具有毒性。注意觀察凝膠時(shí)應(yīng)根據(jù)染料不同使用合適的光源和激發(fā)波長(zhǎng)，如果激發(fā)波長(zhǎng)不對(duì)，條帶則不易觀察，出現(xiàn)條帶模糊的現(xiàn)象。