电泳（Electrophoresis） 基础定义与物理图像 核心概念 ：电泳是指分散在溶液或悬浮液中的带电粒子（如离子、分子、胶体颗粒、细胞器等），在施加于两端的外加直流电场作用下，向与其自身所带电荷电性相反的电极方向发生定向迁移的现象。其本质是电场力对带电粒子的直接驱动。 关键参数 ：粒子的迁移速度（v）取决于其本身的性质（电荷量 q）以及所处环境的性质（电场强度 E、介质黏度 η）。最简单的关系由公式 v = μE 描述，其中 μ 称为 电泳迁移率 ，是电泳分析中的核心特征量。 迁移率的决定因素：Hückel 方程 对于理想化的孤立球形粒子（尺寸远小于其双电层厚度），在无限稀释的电解质溶液中，其电泳迁移率 μ 可以用 Hückel 方程 描述： μ = q / (6πηr) ，其中 q 是粒子净电荷，r 是流体力学半径（包括溶剂化层），η 是介质黏度。 物理意义 ：该方程表明，粒子的迁移速度与其净电荷成正比，与其尺寸（半径）和介质黏度成反比。电荷越大、尺寸越小，粒子迁移越快。这是理解电泳分离的基石。 复杂情况：双电层的影响与 Smoluchowski 方程 问题引入 ：在大多数实际体系中（如含有一定电解质浓度的溶液），带电粒子周围会形成 双电层 （由紧密层和扩散层组成）。当粒子在外电场中运动时，双电层中的反离子会运动，带动周围流体运动，从而影响粒子迁移。 Smoluchowski 方程 ：对于相对较大的非导电粒子（粒子半径远大于双电层厚度），且表面为光滑平面时，迁移率公式演变为： μ = εζ / (4πη) ，其中 ε 是介质的介电常数， ζ 是 Zeta 电势 。 Zeta 电势的意义 ：Zeta 电势是滑动面（粒子与流体发生相对运动的界面）处的电势，它比表面电势更易测量，是表征粒子在电场中运动行为的关键物理量。此方程表明，此时迁移率与粒子尺寸和形状无关，仅取决于 Zeta 电势和介质性质。 从物理现象到分析技术：电泳分离 分离原理 ：利用混合物中不同组分因电荷量、大小、形状等差异导致其电泳迁移率不同，从而在电场中“赛跑”的速度不同。经过一段时间后，各组分在介质（如凝胶、毛细管）中迁移的距离不同，实现空间上的分离。 主要形式 ： 凝胶电泳（如琼脂糖、聚丙烯酰胺凝胶电泳） ：凝胶作为支持介质，具有分子筛效应，能根据分子大小进行更精细的分离。广泛用于核酸（DNA/RNA）和蛋白质的分析。 毛细管电泳 ：在极细的毛细管中进行，分离效率高、速度快、样品用量少。其分离机理综合了电泳迁移和电渗流。 重要变体与应用拓展 等电聚焦 ：在具有 pH 梯度的介质中进行。带电蛋白质会在电场中迁移至其净电荷为零的 pH 位置（即等电点 pI）并聚焦成锐利的区带，用于高分辨率分离和 pI 测定。 双向电泳 ：结合了基于等电点（第一向）和基于分子量（第二向）的两次垂直方向的电泳，是蛋白质组学中分离复杂蛋白质混合物的关键技术。 电泳沉积 ：利用电泳现象，使带电粒子（如陶瓷颗粒、聚合物胶体）在电极表面沉积形成均匀涂层或薄膜的材料制备技术。 微流控芯片电泳 ：将电泳集成到微流控芯片上，实现快速、高通量、自动化的生化分析。