电泳仪原理深度解析与全流程实操指南

作者：六一生物发布时间：2025-06-20 09:08:28 点击：

在分子生物学这个神奇的微观世界里，DNA电泳技术就像是一把精准的“分子梳子”，备受科研人员的青睐。它能把混在一起的DNA片段，按照大小和数量梳理得明明白白，是分离和分析DNA的得力助手。今天就带大家深入了解一下它的工作原理、操作步骤和应用领域。

一、工作原理：DNA分子的“速度竞赛”

电泳仪的工作原理，简单来说就是让DNA分子在电场里“赛跑”。我们都知道，DNA分子是带负电荷的，就像身上背着小磁铁的“小选手”，一旦把它们放进电泳仪产生的电场中，就会在电场力的作用下朝着正极“狂奔”。

但这场“赛跑”可有意思了，不同大小的DNA片段虽然所带的电荷量差不多，就好比每个选手的力气一样，但它们的分子量不同，也就是“体型”不一样。这就导致它们在凝胶（琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶，相当于跑道）中的迁移速率有快有慢。小分子量的DNA片段，就像灵活的小个子选手，能轻松穿过凝胶的小孔，跑得飞快；而大分子量的DNA片段，好比笨重的大块头，在小孔中穿梭困难，只能慢慢挪动。就这样，原本混在一起的DNA片段，在“跑道”上逐渐拉开距离，我们就能根据它们的位置判断片段的大小和数量了。

举个例子，要是我们把一个DNA样品放进电泳仪，里面既有小的几百碱基对的片段，也有大的几千碱基对的片段。经过一段时间的电泳，小片段会跑得离加样孔更远，而大片段还在后面“慢悠悠”地挪动，在凝胶上就形成了不同位置的条带，一目了然。

二、操作步骤：步步精心，开启DNA探秘之旅

1、制胶：打造专属“分子跑道”

制胶就像是为DNA分子搭建比赛的跑道。首先，称取适量的琼脂糖粉末（就像准备建跑道的“砖块”），放进装有电泳缓冲液（相当于跑道的“地基”）的三角瓶里。然后，把三角瓶放在微波炉或者沸水浴中加热，边加热边轻轻摇晃，就像煮面条一样，直到琼脂糖完全溶解，溶液变得透明均匀。这个过程要小心，别让溶液溢出来烫到手。

等琼脂糖溶液冷却到合适的温度（差不多像温水的感觉），就把它小心地倒入模具中。模具就像是跑道的“框架”，倒的时候动作要稳，尽量避免产生气泡，不然气泡会影响DNA分子的迁移。倒完后，插上梳子（梳子的齿会在凝胶凝固后形成加样孔，也就是DNA分子的“起跑线”），然后静静地等待凝胶凝固。这个过程大概需要几十分钟，就像等待果冻凝固一样，耐心等待，一个专属的“分子跑道”就建成啦！

2、加样：让DNA“选手”就位

在加样之前，我们要先把DNA样品和上样缓冲液混合。上样缓冲液可是个“小帮手”，它能让DNA样品变得更重，方便我们加到凝胶的加样孔里，还能在电泳过程中帮助我们观察样品的迁移情况。混合的时候，按照一定的比例把它们加在一起，然后轻轻吸打几次，让它们充分混匀。

接着，用微量移液器（就像一个超级精准的小勺子）小心地吸取混合好的样品，慢慢加到凝胶的加样孔里。这个步骤要特别小心，手不能抖，不然样品可能会洒出来，或者加到别的孔里。加样孔就那么一点点大，要像“穿针引线”一样精准操作，确保每个孔里都准确加入了适量的样品。

3、电泳：比赛开始，DNA分子全力冲刺

把加好样的凝胶小心地放进电泳槽里，然后加入电泳缓冲液，让液面完全没过凝胶。这一步很关键，就像给跑道灌满水，DNA分子才能在里面“游动”。接着，连接好电泳仪的电极，记住，一定要把加样孔那一端连接到负极，这样DNA分子才能朝着正极移动。

一切准备就绪后，打开电泳仪的电源，设置好合适的电压和时间。电压就像是比赛的“发令枪”，给DNA分子提供动力。不同的实验可能需要不同的电压和时间，一般来说，小片段的DNA可以用稍高一点的电压，让它们跑得快一些；大片段的DNA则需要用较低的电压，慢慢分离。设置好参数后，DNA分子就开始在凝胶跑道上奋力冲刺啦！

4、染色：让DNA“显形”

电泳结束后，我们肉眼是看不到DNA条带的，因为DNA本身是无色透明的。这时候就需要染色来让它们“显形”。常用的染料是溴化乙锭（EB），它就像一种神奇的“荧光粉”，能和DNA紧密结合。把凝胶小心地放进含有溴化乙锭的溶液中，让凝胶在里面浸泡一段时间，染料就会钻进DNA分子里。

不过要注意，溴化乙锭是一种有毒的物质，操作的时候一定要戴上手套，避免接触皮肤。现在也有一些更安全的替代染料，比如SYBR Green，使用起来更放心。染色完成后，把凝胶从染液中取出来，用清水稍微冲洗一下，去除多余的染料。

5、观察：揭开DNA的神秘面纱

染色后的凝胶要放在紫外透射仪下观察。紫外透射仪就像一个“聚光灯”，能让结合了染料的DNA条带发出明亮的荧光。打开紫外灯，我们就能看到凝胶上出现了一条条亮亮的条带，这些就是不同大小的DNA片段。

在观察的时候，我们可以和DNA Marker（一种已知大小的DNA片段混合物，就像比赛中的“标尺”）进行对比，就能准确判断出样品中DNA片段的大小。还可以用相机把凝胶上的条带拍下来，保存好实验结果，方便后续分析和记录。

三、应用领域：DNA电泳的“十八般武艺”

1、检测DNA样品的纯度和完整性

在提取DNA样品的过程中，可能会混入杂质，或者DNA分子会发生断裂。通过电泳，我们可以快速检测DNA样品的纯度和完整性。如果DNA条带单一、清晰，说明样品纯度高、完整性好；要是出现很多杂带，或者条带模糊，就表示样品可能被污染了，或者DNA有降解，需要重新提取或优化实验条件。

2、分析PCR产物的特异性和大小

PCR（聚合酶链式反应）是扩增DNA片段的常用技术，但有时候PCR反应可能会出现非特异性扩增，也就是扩增出了我们不需要的片段。这时候，电泳就能派上用场了。把PCR产物进行电泳，如果只出现一条清晰的条带，且条带大小和我们预期的目标片段大小一致，就说明PCR反应特异性好，扩增出了我们想要的片段；要是出现多条条带，就需要调整PCR反应条件，提高特异性。

3、鉴定限制性内切酶酶切产物

限制性内切酶可以识别特定的DNA序列，并将其切割成不同的片段。通过电泳分析酶切产物的条带，可以确定限制性内切酶是否正确切割了DNA，以及切割后的片段大小是否符合预期。这在基因工程、分子克隆等实验中非常重要，能帮助我们验证实验是否成功。

4、基因克隆时检测重组子

在基因克隆过程中，我们需要把目的基因插入到载体中，形成重组子。通过电泳可以检测重组子是否构建成功。把重组子进行酶切，然后电泳，如果出现了预期大小的条带，就说明目的基因成功插入到了载体中；如果没有出现相应条带，或者条带大小不对，就需要重新检查克隆过程，找出问题所在。

四、DNA电泳技术的闪光点

DNA电泳技术的优点可不少！首先，操作起来相对简便，不需要特别复杂的仪器和技术，新手也能快速上手。其次，它的灵敏度高，哪怕样品中DNA的含量很少，也能检测出来。最重要的是，分辨率好，能把大小非常接近的DNA片段都准确地分开，就像一把精准的尺子，能测量出DNA分子的细微差异。

也正是因为这些优点，DNA电泳技术在遗传学、生物技术、医学等众多领域都发挥着举足轻重的作用。在遗传学研究中，它能帮助科学家分析基因的结构和变异；在生物技术领域，是基因工程、分子克隆等实验的必备技术；在医学上，可用于疾病的诊断、基因治疗的研究等。随着技术的不断发展，DNA电泳技术也在不断改进和创新，未来还会在更多领域大显身手！

本文由北京六一生物编辑整理。

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