第六章  电泳仪器与技术

通过本章学习，你将能够回答以下问题：

1． 电泳技术的基本原理是什么？

2． 影响电泳的因素有哪些？

3． 电泳技术按分离的原理可分为哪几类？

4． 不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳分离的原理是什么？

5． SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白质相对分子质量的基本原理是什么？

6． 聚丙烯酰胺凝胶等电聚焦电泳的基本原理是什么？

7． 毛细管电泳的基本原理是什么？毛细管电泳仪的基本结构有哪些？

8． 常用电泳仪的基本结构有哪些？

9． 电泳技术在临床上可应用于哪些方面？

电泳（electrophoresis, EP）是指带电荷的溶质或颗粒在电场中移动的现象。电泳技术（electrophoresis technique）是利用电泳现象将多组分物质中各组分进行分离的技术，而电泳仪则是采用电泳技术分离多组分物质的仪器。电泳技术最早由瑞典Uppsala大学物理化学系的Svedberg教授提出，1937年由瑞典科学家Arne Tiselius应用于血清样本的检测，创建了电泳技术在临床应用的里程牌。他利用U型管建立“移界电泳法”，成功地将血清中的主要蛋白分离成5种：清蛋白、α1、α2、β、γ球蛋白。50年代开始，在生物学研究中普遍使用纸上电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。80年代后，临床实验室相继采用多种自动化电泳仪。电泳技术发展迅速，种类及方法繁多，成了基础生物医学研究和临床医学检验中的重要工具。目前在临床上已广泛用于蛋白质、多肽、氨基酸、核酸、无机离子，甚至病毒颗粒或细胞器等成分的分离和鉴定。

本章主要介绍电泳的基本原理、影响因素，常用的电泳技术和电泳方法，常用电泳仪的基本结构及技术参数和电泳技术在临床中的应用等内容。

第一节  电泳技术的基本原理和分类

电泳技术基于电泳的基本原理，受到电泳颗粒内部因素和电场外部因素的影响。电泳技术种类繁多，可以按照分离原理和支持介质的不同来进行详细的分类。

一、基本原理

物质分子在正常情况下一般不带电荷，即所带正负电荷量相等，显示为电中性。但是由于其自身的解离作用或在其表面上吸附其他带电粒子而带上负电荷或正电荷，该物质在电场中便会向正极或负极泳动。带电物质颗粒种类很多，可以是离子，也可以为生物大分子，例如蛋白质、核酸、病毒颗粒甚至是细胞器等。

蛋白质分子是由氨基酸组成的，氨基酸是典型的两性电解质，在溶液中可解离为带正电荷的氨基（-NH3+）和带负电荷的羧基（-COO-）。蛋白质分子带电的性质和所带电荷的多少主要取决于其性质及溶液的离子强度（ionic strength, I）和pH值。在某一特定的pH条件下，蛋白质分子的正负电荷数正好相等，蛋白质分子所带的净电荷为零，此时溶液的pH值即为该蛋白质的等电点（isoelectric point, pI）。当溶液的pH=pI时，蛋白质分子不带电荷，在电场中不移动；当溶液的pH>pI时，蛋白质分子带负电荷，向正极移动；当溶液的pH<pI时，蛋白质分子带正电荷，向负极移动（图6-1）。

图6-1 不同pH条件下蛋白质分子在电场中运动状态示意图

图6-1 不同pH条件下蛋白质分子在电场中运动状态示意图

核酸与蛋白质类似，也是两性电解质。DNA和RNA分子的多核苷酸链上既有酸性的磷酸基，又有碱性的碱基，但因其磷酸基的酸性比碱基的碱性强，故在中性或偏碱性的溶液中，核酸分子通常表现为酸性，带负电荷，在直流电场中向正极泳动。

在溶液里，带电物质颗粒在电场中所受到的力（F）等于物质颗粒所带净电荷量（Q）与电场强度（E）的乘积。

F=QE                            6-1

其中，电场强度是指在电场方向上单位长度的电位降，也称电位梯度或电势梯度。如滤纸电泳时，若滤纸两端相距30 cm处测得电位降为240 V，则电场强度为240/30=8 V/cm。

根据Stoke定律，液体中的球状粒子运动时所受到的阻力（摩擦力）Fˊ为：

Fˊ=6rv

式中为介质粘度，r为粒子半径，v为带电粒子的移动速度。稳态运动时，粒子所受的电动力与阻力相等，

即    F=Fˊ

故    E=6rv

可推导出                                        6-2

式中，为电泳迁移率（），是指粒子在单位电场强度（1 v/cm）中的泳动速度。

故   

可见，粒子的电泳迁移率不仅与本身性质有关（即与粒子本身所带净电荷的数量成正比，与颗粒的大小成反比），并且还受到其他外界因素的影响（与溶液的介质粘度成反比）。

二、影响因素

（一）内在因素

电泳速度与粒子本身特性相关，如电荷的正负和大小、粒子的大小和形状、解离趋势、两性性质、水化程度等。一般说来，粒子所带的净电荷愈多，颗粒愈小，形状愈接近球形，则在电场中粒子运动速度愈快；反之则愈慢。一般说来，线状双链DNA分子不存在影响电泳速度的复杂构象，在凝胶电泳中，其相对分子量的常用对数与电泳速度成反比关系；但质粒DNA电泳的速度受分子空间构象的影响较大，相同分子量的质粒DNA电泳速度的相对快慢是：闭环型>线型>半开环型。RNA分子是局部双螺旋结构的单链，故RNA分子的电泳速度不仅取决于其分子的大小，而且主要取决于其空间构象。

（二）外界因素

1.电场强度  电场强度越大，带电粒子受到的电场力越大，泳动速度越快，反之亦然。据电场强度的差异，可将电泳分为两类：①常压电泳（2～10 V/cm）  电压一般为100～500V。适合分离蛋白质、核酸等大分子物质，分离时间较长，从数小时到数天；②高压电泳（50～200 V/cm）  电压一般为2000～10000V。多用于分离小分子物质，如氨基酸、多肽、核苷酸、糖类等，所需电泳时间很短，甚至只需几分钟。

2．溶液性质  主要包括电极缓冲液和样品液的pH值、离子强度和介质粘度等。

（1）溶液的pH值  电泳时必须采用缓冲液作为电极液，以保持稳定的溶液pH。溶液的pH值决定了带电粒子的解离程度，也决定了该物质所带电荷数的多少。对蛋白质、氨基酸、核酸等两性电解质而言，缓冲液的pH值距待分离物质的pI越远，粒子所带的电荷越多，电泳速度也越快；反之则越慢。因此，选择合适的pH，使欲分离的物质所带的电荷数量有较大的差异，有利于电泳时彼此的分开。蛋白质电泳大多数采用pH为8.2～8.8的巴比妥或硼酸缓冲液，此时血清蛋白一般带负电。核酸电泳时常采用含乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid, EDTA)的三羟甲基氨基甲烷(trihytdroxy methyl-aminomethane, Tris)-醋酸（TAE）、Tris-硼酸（TBE）、Tris-磷酸（TPE）三种缓冲体系之一，此时DNA分子带负电。

（2）溶液的离子强度  所有类型的离子所产生的净电力称为离子强度。离子强度的高低取决于离子电荷的总数，与其性质无关。溶液的离子强度越高，带电粒子泳动速度越慢；反之越快。其原因是带电粒子吸引带相反电荷的离子聚集其周围，形成离子氛（ionic atmosphere）。离子氛降低了颗粒的带电量，增加了颗粒运动的阻力，从而降低电泳速度。而且离子强度太高，当大量的电流通过时产生的热量可致水分大量蒸发。但离子强度太低，会降低缓冲液的总浓度及缓冲容量，不易维持溶液的pH值，从而影响颗粒的带电量，致使电流下降、扩散现象严重、电泳分辨力降低。电泳时一般选择溶液的离子强度为0.02～0.20 mol/L较适宜。

稀溶液的离子强度可用如下公式表示：

                         6-3

式中I为离子强度，s为离子的种类，z为离子的价数，c为离子的摩尔浓度（mol/L）。因此，可根据各种离子的浓度计算离子强度。

例 某缓冲溶液中，含有0.03 mol/L的Na2HPO4和0.01 mol/L的NaH2PO4，试计算此溶液的离子强度。

解                      Na2HPO42Na++HPO42-

NaH2PO4Na++H2PO4-

Na2HPO4中：[Na+]=0.03×2 mol/L；[HPO42-]=0.03 mol/L

NaH2PO4中：[Na+]=0.01 mol/L；[H2PO4-]=0.01 mol/L

在此忽略[HPO42-]与[H2PO4-]进一步解离所产生的离子强度。

    I=[(0.03×2×12)＋(0.03×22)＋(0.01×12)＋(0.01×12)]

     =[0.06＋0.12＋0.01＋0.01]

     =×0.2=0.1 mol/L

（3）溶液粘度  前面已经提到粒子的电泳迁移率与溶液的介质粘度成反比关系。因此，溶液的粘度过小或过大，必然影响电泳速度的快慢。

3.电渗作用  在电场中，溶液对于固体支持介质的相对移动称为电渗（electro-osmosis）。当支持介质不是绝对惰性物质时，常常使靠近支持介质的溶液相对带电，溶液移动的同时携带颗粒一起移动。因此，带电粒子的表观泳动速度是粒子本身泳动速度与溶液携带粒子泳动速度的矢量和，二者方向一致时加快粒子的泳动速度，方向相反时则降低粒子的泳动速度。电渗对电泳的影响见图6-2。

图6-2  电渗作用示意图

图6-2  电渗作用示意图

4.吸附作用  支持介质的表面对样品具有一定的吸附作用，可以滞留待分离的物质而降低电泳速度，从而导致样品的拖尾现象，降低分辨率。

5.焦耳热  电泳时因电流通过而产热，称为焦耳热，其值与电流强度的平方成正比。焦耳热可致缓冲溶液温度升高，介质粘度下降，分子运动加剧，分辨率下降。焦耳热过高时还会烧毁滤纸、融化琼脂糖凝胶或烧焦聚丙烯酰胺凝胶支持介质。可通过控制电压或电流，或者采用安装冷却散热装置的措施，降低热效应对电泳的影响。

三、分类

电泳技术通常按照电泳实验条件的某一特征，如分离目的、分离原理、分离方式、所用载体介质、电源控制等来分类。其中，依据分离原理和载体介质，是目前主要的分类方式。

1. 按分离原理分类

可分为区带电泳（zone EP, ZEP）、移界电泳（moving boundary EP, MBEP）、等速电泳(isotachophoresis, ITP)、等电聚焦（isoelectric focusing, IEF）、免疫电泳（immuno-electrophoresis, IEP）等。

（1）区带电泳  区带电泳是应用最广泛的电泳技术。在均一的缓冲液（或称载体电解质）系统中，待分离物质中不同的离子成分被分离成独立的区带，并可以用染色等方法显示出来，用光密度计扫描可得到相互分离的峰(图6-3)。

（2）移界电泳  移界电泳是Tiselius最早建立的电泳方法，该方法只能对不同的离子成分部分分离，电泳时最前面和最后面的部分是纯的离子，其他部分则为各种离子成分的互相重叠(图6-3)。移界电泳因分离效果差已逐渐被淘汰。

（3）等速电泳  采用不连续的电解质溶液，样品组分夹在前导和尾随电解质之间，根据有效迁移率的不同而分离。当电泳达到平衡后，各组分的区带相随，形成清晰的界面，并以等速向前移动。这种分离物质的电泳方式称为等速电泳，（图6-3）。等速电泳需使用毛细管电泳仪。

（4）等电聚焦  从电泳分离图形上看，等电聚焦与区带电泳差别不大，但二者在电泳原理上有实质性差异。首先经预电泳或其它方法将不同pI的多种两性电解质载体形成pH梯度，被分离组分移动聚集到其pI处形成很窄的区带。这种利用被分离组分pI的不同分离物质的电泳方法称为等电聚焦，分辨率很高。

图6-3   不同电泳法的原理示意图

图6-3   不同电泳法的原理示意图

（5）免疫电泳   是以琼脂糖凝胶为支持介质，与免疫扩散相结合的一种常用的免疫学实验技术。在直流电场中，利用电流加速抗原与抗体的扩散，产生特异的沉淀线、弧或峰。免疫电泳的优点是既具备电泳分离技术的高分辨率和快速微量的特性，同时又结合了抗原抗体反应的高度特异性，主要包括对流免疫电泳、火箭电泳、免疫固定电泳、放射免疫电泳及双向定量免疫电泳。免疫固定电泳在临床上可以用于鉴别单克隆免疫球蛋白血症和多克隆免疫球蛋白血症，是目前应用最广泛的M蛋白鉴定方法。

2. 按有无固体载体介质分类  根据是否在固体载体介质上进行，电泳可分为自由电泳（无固体支持介质）和支持介质电泳（有固体支持介质）两大类。前者包括：①显微镜电泳（或细胞电泳），即显微镜下直接观察细胞或细菌的电泳行为；②柱电泳，于层析柱中利用密度梯度保持分离区带不再混合，再结合pH梯度则为等电聚焦柱电泳；③移动界面电泳；④等速电泳等。

第二节  常用电泳分析方法

电泳技术的发展日新月异，种类名目繁多，但其检测流程大体相同，主要有以下几个操作步骤：①点样；②电泳；③染色；④结果分析。由于大部分被检测的物质是无色的，需经染色处理才可确定电泳后的位置和相对含量。蛋白质染色常用丽春红、氨基黑、考马斯亮蓝等；氨基酸一般采用茚三酮染色；脂蛋白用苏丹黑或品红亚硫酸染色；糖蛋白则用甲苯胺蓝或过碘酸-Schiff试剂染色。定量检测时可将染色后的区带或斑点剪下，用溶剂洗脱下各组分，采用比色法测定各组分的相对含量。或者将支持介质透明化处理，直接进行光吸收扫描测定，根据曲线下的峰面积判断各组分含量。

一、醋酸纤维素薄膜电泳

醋酸纤维素薄膜电泳（cellulose acetate membrane electrophoresis）是以醋酸纤维素薄膜为支持介质的电泳。醋酸纤维素是由纤维素的羟基经乙酰化形成的纤维素的醋酸酯。醋酸纤维素溶于丙酮等有机溶剂中，即可涂布成均一细密的微孔薄膜，厚度约0.1～0.15 mm。此膜若太厚吸水性差，分离效果不理想；膜片太薄则机械强度低而易碎。

醋酸纤维素薄膜具备以下优点：

1.染色条带清楚。滤纸中含有较多羟基，因此对蛋白质的吸附作用较大。而醋酸纤维素膜中部分羟基已被乙酰化，故对蛋白质样品吸附少，几乎无“拖尾”现象，染色后背景能完全脱色，染色带分离清晰。

2.快速省时。醋酸纤维素薄膜的亲水性较小，容纳的缓冲溶液也较少，电渗作用小，大部分电流由样品传导，故分离速度快、电泳所需时间短。电泳一般需45～60分钟，再经染色、脱色处理，整个电泳过程仅需90分钟左右。

3. 灵敏度高，样品用量少。血清蛋白电泳仅需0.1～2 μL血清，便可得到清晰的分离区带，适合微量异常蛋白的检测。

4. 结果可长期保存。醋酸纤维素薄膜经染色与透明处理后，可扫描定量并可长期保存。

5. 应用广泛。醋酸纤维素薄膜电泳可分离滤纸电泳无法分离的蛋白质，如甲胎球蛋白、溶菌酶、胰岛素、组蛋白等。

二、琼脂糖凝胶电泳

琼脂糖凝胶电泳（agarose gel electrophoresis）是以琼脂糖为支持介质进行的电泳。琼脂糖是由半乳糖及其衍生物（3,6脱水α-D吡喃半乳糖）重复交替而成的中性线状多糖，不带电荷。

琼脂糖凝胶具有如下特点：

1. 具有大量微孔，其浓度决定孔径大小。低浓度的琼脂糖形成较大的孔径，高浓度的琼脂糖形成较小的孔径。琼脂糖的机械强度较高，允许1%或更低浓度下使用，此时仍具有分子筛和抗对流的特性。

2. 结构均匀，含水量达到98%～99%，近似自由电泳，琼脂糖对样品吸附极微，故电泳图谱清晰、分辨率高、重复性好。

3. 可定性或定量检测。

目前，常用1%琼脂糖凝胶电泳分离和鉴定血清蛋白、血红蛋白、糖蛋白、脂蛋白、碱性磷酸酶、乳酸脱氢酶等同工酶。琼脂糖凝胶电泳也常用于核酸的分离与鉴定。DNA样品经含荧光染料的琼脂糖凝胶电泳后，荧光染料可嵌入到DNA双螺旋结构的碱基对之间，与DNA分子形成一种荧光络合物，在254～365 nm的紫外光下可观察到DNA条带。

三、聚丙烯酰胺凝胶电泳

聚丙烯酰胺凝胶是由单体丙烯酸胺（acrylamide, Acr）与交联剂N, N’-甲叉双丙烯酰胺（methylene-bisacrylamide, Bis）在加速剂N, N, N’, N’-四甲基乙二胺（N, N, N’, N’-tetramethyl ethylenediamine, TEMED）与催化剂过硫酸铵（ammonium persulfate, AP）或核黄素（ribofavin 即vitmin B2）的共同作用下，聚合交联成的三维网状结构的凝胶。以此凝胶作为支持介质的电泳称为聚丙烯酰胺凝胶电泳（polyacrylamide gel electrophoresis, PAGE）。

（一）聚丙烯酰胺凝胶特性

1. Acr单体可通过两种催化体系，在加速剂 TEMED的作用下发生聚合反应

（1）AP-TEMED为化学聚合作用  TEMED催化AP生成硫酸自由基，硫酸自由基的氧原子激活Acr单体，使之活化形成多聚长链，在交联剂Bis的作用下，单体长链形成网状结构。

（2）核黄素-TEMED为光学聚合作用  核黄素在TEMED及光照条件下，被还原成无色核黄素，后者被痕量氧原子氧化形成自由基，从而引发聚合作用。

2. 凝胶的孔径、浓度与被分离物质分子量之间有密切的关系  PAGE的性能包括凝胶的有效孔径、机械性能、弹性、透明度、粘度，取决于凝胶的总浓度和单体Acr与交联剂Bis之比。

                    6-4

式中T：凝胶浓度，凝胶中单体Acr与交联剂Bis的总质量浓度；V：体积， a：Acr质量（g）；b：Bis质量（g）；C：交联度，交联剂Bis占单体Acr与交联剂Bis总质量的百分比。

（二）不连续PAGE的分离原理

早期的PAGE技术是采用连续电泳系统完成的，电泳系统中凝胶孔径、缓冲液的离子成分及缓冲液的pH值均相同，故无明显的分子筛效应，其分辨率较低。1963年Hjerten改进该系统为不连续系统，将凝胶孔径大小、缓冲液的成分、pH值及电位梯度均改进为不连续的，从而将样品浓缩在一个极窄的起始带，通过浓缩效应、分子筛效应以及电荷效应，PAGE的分辨率和区带清晰度得以极大地提高。

1.浓缩效应   

（1）凝胶孔径的不连续性  PAGE采用大小不同孔径的浓缩胶和分离胶。样品在电场作用下先进入大孔径的浓缩胶，泳动时受到的阻力小，因而移动快；进入小孔径的分离胶后，阻力大而移动慢。在两层凝胶的交界处，因凝胶孔径的不连续性使样品迁移受阻，样品被压缩成很窄的区带。

（2）缓冲体系的离子成分及pH的不连续性  缓冲体系存在三种离子：三羟甲基氨基甲烷（Tris）、甘氨酸（Gly）及HCl。Tris起维持溶液的电中性及pH值的作用，是缓冲平衡离子（buffer counter ion）。HCl可解离出Cl-，Cl-迁移率最快，泳动在最前面，为前导离子（leading ion）或快离子。Gly的 pI=6.0，在pH=6.7的浓缩胶缓冲体系中解离度很小，迁移很慢，为尾随离子（trailing ion）或慢离子。蛋白质分子在此缓冲体系中带负电荷向正极移动，其迁移率介于快慢离子之间，于是蛋白质分子在快慢离子之间被压缩成为极窄的区带(图6-4)。

图6-4  缓冲体系的离子成分及pH的不连续性浓缩效应示意图

图6-4  缓冲体系的离子成分及pH的不连续性浓缩效应示意图

（A）样品胶、浓缩胶和分离胶中均有快离子，慢离子放在两个电极槽中，缓冲配对离子存在于整个体系中；（B）电泳开始后，蛋白质样品夹在快、慢离子之间被浓缩成极窄区带；（C）蛋白质样品被分离成数个区带。

（3）电位梯度的不连续性  电泳开始后，快离子的迁移率最快，其后形成低离子浓度的区域即低电导区。已知电位梯度（E）=电流强度（I）/电导率（η），E与电导率成反比，故低电导区就会产生较高的电位梯度，促使样品和慢离子在低电导区加速移动，形成了一个迅速移动的界面。样品的有效迁移率介于快、慢离子之间，因而被压缩为一个狭小的区带。

2.分子筛效应  不同相对分子质量或不同分子大小和形状的物质通过一定孔径的分离胶时，受阻滞程度不同而表现出不同的迁移率，这就是分子筛效应（molecular sieve effect）（图6-5）。经浓缩胶压缩后的样品进入小孔径分离胶后，相对分子质量小且形状为球形的分子所受阻力小，在电场中泳动速度快；相反，相对分子质量大且形状不规则的分子所受阻力大，在电场中泳动速度慢。这样分子大小和形状各不相同的组分在分离胶中得以分离。

图6-5  分子筛效应的基本原理

图6-5  分子筛效应的基本原理

3.电荷效应  进入分离胶后，由于各组分所带的净电荷、分子量等各不相同，在电场中有不同的迁移率而得以分离。表面电荷多，分子量小，则迁移快；反之则慢。

（三）常用的聚丙烯酰胺凝胶电泳技术

1. 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳

为消除净电荷和分子形状对蛋白质分子迁移率的影响，在整个电泳体系中加入十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate, SDS）和β-巯基乙醇，使电泳迁移率主要依赖于蛋白质的相对分子质量，与所带的净电荷和形状无关，这种电泳方法即为SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE），主要应用于蛋白质相对分子质量的测定。SDS作为一种阴离子表面活性剂，当与蛋白质结合成复合物时，由于SDS带有大量的负电荷，大大超过了蛋白质原有的负电荷，掩盖了不同种类蛋白质间原有的电荷差异，使蛋白质均带有相同密度的电荷，因而可忽略蛋白质间荷电量的差异，仅根据蛋白质不同的分子质量进行分离。而β-巯基乙醇作为一种强还原剂，使蛋白质分子半胱氨酸残基之间的二硫键断裂，被解离为单个亚单位。同时，SDS也可以使蛋白质的氢键、疏水键打开，引起蛋白质构象的改变。蛋白质-SDS复合物在水溶液中的形状近似雪茄形的长椭圆棒状，其短轴长度相同，而长轴长度的差异决定了蛋白质的泳动速度，而这一速度与蛋白质的相对分子量成正比关系。

SDS-PAGE测定蛋白质分子量具有样品用量少、操作简便、耗时少、分辨率高、重复性好等优点，其不足之处是电荷或结构异常的蛋白、具有较大辅基的蛋白（如糖蛋白）等测出的分子质量不太可靠。

2. 聚丙烯酰胺梯度凝胶电泳

SDS-PAGE测定蛋白质相对分子质量时，使用SDS及β-巯基乙醇将天然蛋白质解离为亚基或肽链，故不适用于天然蛋白质的相对分子质量的测定。准确测定天然蛋白质相对分子质量应采用聚丙烯酰胺梯度凝胶电泳（pore gradient PAGE, PG-PAGE），它采用孔径梯度的聚丙烯酰胺凝胶分离、鉴定蛋白质组分。

 PG-PAGE是在梯度混合器及蠕动泵的作用下，将高浓度（16%或30%）与低浓度（2%或4%）的聚丙烯酰胺溶液混合，配制成从浓到稀排列的线性梯度聚丙烯酰胺凝胶。在pH>pI的缓冲液中，蛋白质分子带负电荷，从负极向正极移动，即向着凝胶浓度增加（孔径逐渐减小）的方向移动。蛋白质在凝胶中的迁移速度同样受其自身的净电荷和相对分子质量的大小的影响：电荷密度愈高，相对分子量愈小，迁移速度愈快。当蛋白质分子遇到足够大的阻力时，则完全停止泳动。此时，大小相似的低电荷密度的蛋白质将赶上高电荷密度的蛋白质。图6-5形象地表示出大、中、小三种不同相对分子质量的蛋白质分子经过一段时间电泳后，分别滞留在与分子大小相当的凝胶孔径中，形成三个区带。因此，在PG-PAGE中，蛋白质的最终迁移位置取决于其本身分子大小，与蛋白质本身的净电荷无关。

聚丙烯酰胺梯度凝胶电泳的优点为：①梯度凝胶的不连续性可使样品中各组分浓缩，对于浓度很低的蛋白质可多次点样；②可作为SDS-PAGE技术的补充，直接测定天然蛋白质相对分子质量；③可用于蛋白质纯度的鉴定；④一块凝胶可同时测定相对分子质量相差很大的蛋白质。

3.聚丙烯酰胺凝胶等电聚焦电泳

等电聚焦(isoelectrofocusing, IEF)，是一种利用具有pH梯度的介质分离pI不同的蛋白质的电泳技术。以PAGE为支持介质，加入两性电解质载体（ampholyte carrier），在电场的作用下，pI不同的各种蛋白质在pH梯度凝胶中泳动，当迁移至pI=pH处，则蛋白质不带电荷而不再泳动，被浓缩成狭窄的区带，这种分离蛋白质的方法称为聚丙烯酰胺凝胶等电聚焦电泳（isoelectrofocusing-PAGE, IEF-PAGE）。

两性电解质载体一般是一系列pI相近的多氨基多羧基的脂肪族混合物。在两性电解质载体正极端引入酸性溶液（如硫酸、磷酸或醋酸等）、负极端引入碱性溶液（如氢氧化钠、氨水等）。预电泳开始后，混合物中pI最低的分子（pI1）所带负电荷最多，向正极移动最快，当移动至pH接近pI1的酸性溶液界面时，此分子不再泳动而滞留于该区域。pH稍高的第二种分子（pI2）也向正极移动，但因pI2>pI1，故第二种分子滞留于第一种两性电解质之后。一段时间后，两性电解质载体依照pI的不同形成由正极到负极pI递增的线性pH梯度。此时，无论样品点样于凝胶任何位置，各组分迁移到各自的pI处而得到分离，如图6-6所示。

图6-6  聚丙烯酰胺凝胶等电聚焦电泳的基本原理

图6-6  聚丙烯酰胺凝胶等电聚焦电泳的基本原理

IEF-PAGE的特点为：①使用两性电解质载体，在电极之间形成稳定、连续、线性的pH梯度；②两性载体电解质对蛋白质具有“聚焦效应”，少量的样品也能获得清晰、鲜明的区带界面，可用于测定生物分子的pI；③样品可加于任何位置，电泳速度快，分辨率高；④适用于分离大、中分子量生物组分，如蛋白质、肽类、同工酶等。

4.聚丙烯酰胺凝胶双向电泳

聚丙烯酰胺凝胶双向电泳又称二维电泳（two dimensional electrophoresis, 2-DE），由两种不同的PAGE组合而成，样品经第一向电泳后，再以垂直方向进行第二向电泳。可根据生物分子间pI及分子量不同的特点，建立双向PAGE，第一向为等点聚焦电泳，第二向为SDS-PAGE电泳。经过双向电泳后，可以得到pI及相对分子质量的参数。聚丙烯酰胺凝胶双向电泳的图谱不是条带，而呈斑点状。染色后的电泳图谱需经图像扫描、计算机数字化处理，以分辨和确定蛋白质斑点的pI及相对分子质量。目前，聚丙烯酰胺凝胶双向电泳是所有电泳技术中分辨率最高、信息数量最多的一种电泳技术，已经成为蛋白质组学研究的重要工具。

    四、毛细管电泳

毛细管电泳（capillary electrophoresis, CE)又称高效毛细管电泳（high performance capillary electrophoresis, HPCE），是以内径20～200 nm的柔性毛细管柱作为分离通道、以高压直流电场作为驱动力，对各种小分子、大分子或细胞等进行高效分离、检测或微量制备等有关技术的总称。

毛细管电泳实现了电泳技术的整体化和仪器化。熔融石英毛细管（fused silica  capillary）的引用，奠定了现代CE的基础，融合了高效分离、柱上检测（on-column detection）以及将高压电源所产生的焦耳热去除的过程。商品化毛细管电泳仪的推出，等电聚焦电泳、凝胶电泳等技术的引进，使CE在分析领域有了很大的发展，在蛋白质、氨基酸、DNA和多糖的分析、蛋白质序列和DNA序列的测定以及离子、病毒和细胞等检测方面的应用日趋广泛，有些方法已经成为质量控制标准。

（一）基本原理

毛细管电泳所用的石英毛细管柱，其表面含有大量的硅醇基（-Si-OH），在pH>3的溶液中硅醇基解离而使其内表面带负电荷（-Si-O-）。随后，解离的硅醇基吸附溶液中的阳离子，聚集在液固相交界面形成双电层。在高压电场作用下，双电层中的水合阳离子带动管内液体向负极方向移动，产生了电渗流（electro-ometic flow, EOF），如图6-7所示。

图6-7  毛细管电渗流示意图

图6-7  毛细管电渗流示意图

在毛细管电泳中，EOF是推动流动相的驱动力，对物质的分离起着重要作用。一般情况下，EOF是由正极向负极移动，待分离组分的迁移速度（v）为电泳速度（vep）与电解质溶液EOF（veo）的矢量和：V=vep+veo。带正电荷的粒子电泳方向与EOF方向一致，其迁移速度为二者之和；中性组分电泳速度为零，其移动速度相当于EOF速度；带负电荷的粒子电泳方向与EOF方向相反，但EOF速度一般大于电泳速度，因此，负粒子迁移速度最慢。

（二）优点

毛细管电泳的优点表现为：①热效应低  毛细管内径很小，电泳时使用电流很小，产生的焦耳热相对较少，可有效防止热效应引起的扩散增加致区带变宽的弊端。②高灵敏度、高分辨率  紫外光检测极限为10-13～10-15 mol/L，激光诱导荧光检测可达10-19～10-21 mol/L，检测的分辨率也很高。③所需样品少、检测速度快  毛细管的内径很小（一般<100 μm），进样体积仅为数纳升（nL），样品浓度可低于10-4 mol/L。分离操作可以在很短的时间内完成，多数在30分钟内，最快仅需数秒钟。④自动化程度高、操作简便、成本低。

（三）毛细管电泳的分类

毛细管电泳可以看作常规电泳在毛细管内进行，因此许多常规电泳同样适用于毛细管中电泳。毛细管电泳含有许多常规电泳如区带、凝胶、等电聚焦电泳的分离模式，同时也结合了层析原理产生的亲和毛细管电泳和毛细管电色谱等。以下介绍几种主要的毛细管电泳。

1.毛细管区带电泳

毛细管区带电泳（capillary zone electrophoresis, CZE），也称为毛细管自由溶液区带电泳，是毛细管电泳中使用最为广泛的一种技术。被分离物质中带正、负电荷和不带电荷的中性组分在充满电解质溶液的毛细管中，因电渗的作用致迁移率的不同而达到分离的效果。

2.毛细管凝胶电泳

毛细管凝胶电泳（capillary gel electrophoresis, CGE) 是以凝胶填充至毛细管中作为支持介质进行分离的一种电泳模式。与常规凝胶电泳一样，除电荷效应外还具有分子筛效应。不同分子大小的生物分子依照相对分子质量大小的不同排列在毛细管内而得以分离。CGE适用于分离测定肽类、蛋白质、DNA类物质，目前此技术已应用于DNA测序仪中。

3.毛细管等电聚焦

与常规等电聚焦相同，毛细管等电聚焦(capillary isoelectrifocusing, CIEF)也是根据蛋白质、多肽pI的差异进行分离的一种技术。它是在毛细管内填充含两性电解质载体的凝胶溶液，在电场作用下，在毛细管内形成一个连续变化的pH梯度，待分离的各组分按自身pI的差异而彼此分开。

4.毛细管胶束电动色谱

胶束电动毛细管色谱（micellar electrokinetic capillary chromatography, MECC）又称毛细管胶束电泳。MECC同时具有电泳与层析的双重分离机制。将阴离子SDS或阳离子十二烷基三甲基季胺（DTAC）等离子型表面活性剂加入到缓冲液中，其浓度达到临界胶束浓度（critical micelle concentration, CMC）时，表面活性剂按疏水端朝凝胶的中心、亲水端朝凝胶的表面的方式排列，形成具有疏水内核、外部带电荷的亲水微胶粒，称之为胶束。在电泳分离中，胶束起到假固定相的作用，因此在MECC中实际存在两相：水相和胶束相。在电场的作用下，各组分根据其在两相之间的分配系数的差异完成有效的分离。

MECC的应用范围包括蛋白质、氨基酸、核酸、核苷酸、药物、芳烃化合物、维生素等物质的分离，可分辨所带电荷或荷质比差异小而分子极性有差异的分析物。

5.毛细管电色谱

毛细管电色谱(capillary electrochromatography, CEC)是通过在毛细管中填充或在毛细管壁上涂布、键合、交联固定相微粒，构成毛细管色谱柱，依靠电渗流推动流动相，携带样品迁移，使各组分依照其在固定相和流动相之间分配系数的差异而得以分离。CEC目前主要用于芳香族化合物、药物、染料、多肽、寡核苷酸以及一些难以分离的离子化合物的分离和分析。  

6.毛细管等速电泳

毛细管等速电泳（capillary isotachophoresis, CITP)是一种毛细管中待分离组分与电解质等速向前移动进行分离的电泳方法。下面以分离负离子A-和B-为例，说明CITP分离的原理（图6-3）。CITP在毛细管中的电渗流为零，缓冲系统由前后两种不同浓度的电解质组成：一种为前导电解质（leading electrolyte, LE）；另一种为终末电解质（terminating electrolyte, TE）。将前导电解质离子LE充满整个毛细管柱，终末电解质离子TE则仅置于负极端的电泳槽中，样品负离子A-和B-置于负极端的进样装置中。接通电源后，LE、TE、负离子A-和B-开始朝检测器移动。开始时按界面电泳分离，即LE、B-、A-和TE依次越过初始区带界面，经一段时间后，形成新的界面体系，此时已有纯A-区带和纯B-区带。继续电泳混合区带A-B-缩小。再经过一段时间，混合区带消失。此时电泳进入稳态，各区带具有相同的迁移速率，都以与LE相同的速度（等速）向前移动，故而得名毛细管等速电泳。在平衡状态下，如果有离子改变速度进入相邻区带，由于它的速度和这一区带上主体组分离子的速度不同，它被迫立即返回原先所处的区带，从而产生非常清晰的区带边界，此为区带锐化效应（zone sharpening effect），此效应为CITP最突出的优点。CITP适用于蛋白质、肽类、小分子及小离子的分离，但目前应用得并不很多。

第三节  电泳仪的基本结构

常用电泳设备一般可分为主要设备（分离系统）和附加装置（辅助设备与检测单元）。主要设备指电泳仪电源、电泳槽，电源的作用是建立电泳电场，辅助设备指恒温循环冷却装置、伏时积分器、凝胶烘干器等。分析检测装置包括染色和扫描等检测单元。

一、常用电泳仪的基本结构

（一）电源

1.常用电源分类

（1）普通直流电源  由整流电路和滤波电路组成。交流电经变压和整流滤波后，输送给电泳槽。普通直流电源结构简单、成本低，但电流波动较大，已基本被淘汰。

（2）直流稳压电源  交流电压或负载电流变化时，能使输出电压保持不变。

（3）直流稳流电源  输入的电网电压、负载电流和温度发生变化时，能使输出电流保持不变，减少温度波动对电泳的影响。

（4）双稳电源  输出电压和电流皆稳定。

（5）三恒电源  输出电压、电流与功率皆稳定。

2.主要技术指标

（1）输出电压、输出电流与输出功率  电泳仪输出的直流电压、直流电流与直流功率范围一般为（0～6000 V）、（1～400 mA）、（0～400 W）。

（2）电压、电流与功率的稳定度  稳定度是指输出变化量与输出本身大小的比值。稳定度越小，其性能越高。

（3）输出组数  可同时提供几组输出电流。

（4）保护措施与连续工作时间  电源电路采取过流、过压保护的方式，一般可连续正常工作24小时。

（5）显示方式与定时方式  可对工作电流、电压、频率与功耗采用指针式仪表或数字式显示。电泳时间常由电子石英钟控制，也可用预设的功率值控制。

（二）电泳槽  电泳槽是样品分离的场所，是电泳仪的一个主要部件。槽盖可防止缓冲液的蒸发及避免触电的危险。槽内装有电极、缓冲液槽、电泳介质支架等。

电泳槽的种类很多，按电泳的形式可分为：自由界面电泳槽、管状电泳槽以及板状电泳槽。电极多为细丝状耐腐蚀的金属，以铂金丝性能最好而广为应用。缓冲液槽通常有一组或多组，每组有两个缓冲液槽。支持介质两端分别浸入槽内的缓冲液中，在介质上上样后进行电泳。支持介质要求结构均一而稳定、无电渗、不带电荷且不导电、分离后的成分易于析出等特点。以Grassmann-Hanning 型滤纸电泳槽为例，说明常见电泳槽的结构（图6-8）。

图6-8  Grassmann-Hanning 型滤纸电泳槽

图6-8  Grassmann-Hanning 型滤纸电泳槽

（三）附加装置

1.恒温循环冷却装置  提供循环冷却水，可将电泳槽的冷却板温度控制在一定范围内。

2.电泳图谱分析设备  扫描或检测设备可分为可见光源、紫外光、荧光和激光光源等。可见光源和激光光源能对染色的凝胶进行扫描，紫外光源可以扫描不经染色的凝胶，而荧光测量的灵敏度最高。通过扫描电泳条带，可得出各组分（条带）的相对百分比，或绘制曲线图，通过计算条带相对面积得出各组分的相对量。

二、毛细管电泳装置的基本结构

毛细管电泳装置主要有高压电泳仪、毛细管柱、检测器以及缓冲液槽。输出讯号和记录装置相连，记录装置可以是一个普通的记录仪、积分仪，也可以是有控制功能的计算机工作站。毛细管电泳仪的结构见图6-9。

图6-9  毛细管电泳仪示意图

图6-9  毛细管电泳仪示意图

1.高压电泳仪  毛细管电泳需要施加高电场强度（>400 V/cm）与高电压（20～50 kV），因此使用的电泳仪是一种超高压电器装置，应具备良好的绝缘性和稳定的输出功率。最高电压可达50 kV，最大电流一般为 200～300 mA。  

2.毛细管柱  毛细管柱是毛细管电泳仪的核心部件。毛细管柱一般是圆管型的，具有化学惰性、电惰性、紫外及可见光透过性等特性，并且有一定的柔韧性， 其材料可以是聚四氟乙烯、玻璃和弹性石英等。聚四氟乙烯的主要缺点是难以制得内径均匀的管柱、对样品有吸附作用热传导性差且易变形，因此其应用受到一定的限制。玻璃毛细管价格便宜，电渗大但吸附作用也大。石英毛细管柱性能稳定，电渗大有一定的吸附，其内壁表面含有硅醇基，构成氢键吸附并导致毛细管内电介质产生电渗流。

目前使用的毛细管内径一般为25～75 μm。细管柱的最大优点是一方面可减小电流以减少自热，另一方面可增大散热面积，即可以大大降低管柱中心和管壁的温差，以利保持高效的分离。但是直径过小不利于对吸附的抑制，同时也会造成进样、检测和清洗等技术上的困难。常用毛细管柱的长度一般在30 cm左右。毛细管柱长度增加，电阻增大电流减小，有利于减少自热，但电场强度降低、分析时间延长。较短的毛细管柱能明显缩短分析时间，但容易造成毛细管过热。除了内径和长度，毛细管壁的厚度也是一个重要参数。管壁由石英本身及涂在外壁的聚酰亚胺两部分组成。由于聚酰亚胺的热导率很低，厚管壁有助于改善散热环境，减少聚酰亚胺对散热的不利影响。

3. 检测器  CE装置配有高灵敏的检测器，实现了在线自动化检测，避免了谱峰变宽。CE结合紫外可见光检测器的灵敏度可达10-17克，应用最广泛；CE结合激光诱发荧光检测器的灵敏度可达10-19克；CE结合质谱检测器和核磁共振检测器灵敏度高达10-21克。

4.进样系统  大多数毛细管电泳系统具有自动进样的功能，能连续处理批量的标本。样品常用电动式和气动式二种进样方式。电动进样也称为电迁移进样，于短时间内施加进样电压，在溶质电泳迁移和毛细管电渗流的作用下，样品进入毛细管。电气动进样也称为压差进样，是最常用的进样方法，可采用在进样端加压或出口端减压或虹吸作用的方式，将样品加入毛细管。

5. 冷却系统  毛细管电泳装置配备有空气或液体制冷设备，以降低焦耳热的影响。一般采用在毛细管分析室内输入冷空气，或者向毛细管的夹层内输入制冷液体，使毛细管迅速冷却。

第四节  电泳技术在临床检验中的应用

电泳技术在临床检验领域的应用非常广泛，主要有：血清蛋白电泳、血红蛋白电泳、糖化血红蛋白电泳、血清脂蛋白电泳、尿蛋白电泳、脑脊液蛋白电泳、乳酸脱氢酶同工酶电泳、肌酸激酶同工酶电泳、肌酸激酶同工酶亚型电泳等。

一、血清蛋白电泳

人血清含有一百种以上的蛋白质，如载体蛋白质、抗体、酶、酶抑制剂、凝血因子等。新鲜血清经醋酸纤维薄膜或琼脂糖电泳、染色后，通常可见清蛋白、α1、α2、β、γ球蛋白5条电泳带。血清蛋白电泳图谱能辅助某些疾病的诊断及鉴别诊断。例如：慢性肝病或肝硬化时白蛋白显著降低；急性时相反应或急性炎症时常以α1、α2区带加深为特征；妊娠时，α1区带峰增高的同时伴有β区带峰的增高；肾病综合征、慢性肾小球肾炎时呈现白蛋白下降，α1、β球蛋白升高；缺铁性贫血因转铁蛋白的升高而呈现β区带峰增高；多发性骨髓瘤会出现异常的γ球蛋白带。

二、尿蛋白电泳 

尿蛋白电泳检测的目的是为了确定尿蛋白的来源以及了解肾脏病变的严重程度（区分选择性与非选择性蛋白尿)，从而协助临床判断肾脏的主要损害，有助于肾脏病变的诊断和预后。尿蛋白电泳出现中、高分子蛋白区带时主要反映肾小球病变；出现低分子蛋白区带见于肾小管病变或溢出性蛋白尿(如本周氏蛋白)；混合性蛋白尿中可见到各种分子量区带，提示肾小球和肾小管均受累及。

   三、血红蛋白电泳 

用于鉴别患者血液中血红蛋白（hemoglobin, Hb）的类型和含量，辅助临床鉴别贫血类型。HbA2增高见于β-轻型地中海贫血，而HbA2降低见于缺铁性贫血及其他Hb合成障碍性疾病（如α-地中海贫血）。血红蛋白电泳发现异常Hb，如HbC、HbD、HbE、HbK和HbS等时，可诊断为相应的Hb分子病。

四、糖化血红蛋白电泳

在酸性条件下进行血红蛋白电泳，可将糖化血红蛋白的不同组分HbA1a、 HbA1b和HbA1c分离开来，HbA1c的形成与红细胞内葡萄糖有关，可特异地反映患者测定前6～8周体内葡萄糖的平均水平。

五、免疫固定电泳 

免疫固定电泳可对各类免疫球蛋白（Ig）及其轻链进行分型，最常用于M蛋白的分型与鉴定。一般用于单克隆Ig增殖病、单克隆Ig病、本周氏蛋白和游离轻链病、多组分单克隆Ig病、重链病、脑脊髓液寡克隆蛋白鉴别、多克隆Ig病的诊断和鉴别诊断。

六、同工酶电泳

临床上同工酶电泳常用于乳酸脱氢酶同工酶和肌酸激酶同工酶的检测。乳酸脱氢酶( LD/LDH)同工酶可分离出5种同工酶区带(LD1～LD5)，主要用于急性心肌梗死(AMI) (LD1>LD2)及骨骼肌疾病(LD5升高)的诊断和鉴别诊断。恶性肿瘤、肝硬化时可见LD5明显升高，或在胸腹水中出现一条异常LD6区带。肌酸激酶(CK)同工酶可分离出3种CK同工酶。                

七、脑脊液蛋白电泳

脑脊液蛋白电泳原理和血清蛋白电泳相同，也是利用各种蛋白质在电场作用下的迁移率不同进行检测。在碱性环境里，脑脊液蛋白皆带负电荷，在电场中向正极移动。因各蛋白质等电点和分子量有差异，分子量小、负电荷多的泳动快；分子量大、负电荷少则泳动较慢，从而将各蛋白区分开。

脑脊液蛋白质电泳通常用醋酸纤维薄膜或琼脂糖凝胶作为载体，若采用等电聚焦电泳可提高电泳图谱的分辨率。由于脑脊液中蛋白质含量少，因此在电泳前须将脑脊液标本在高分子聚乙二醇或右旋糖苷透析液中浓缩。

八、脂蛋白电泳 

脂蛋白电泳检测各种脂蛋白，包括乳糜微粒、极低密度脂蛋白、低密度脂蛋白、高密度脂蛋白等，主要用于临床高脂血症的分型、冠心病风险评估、动脉粥样硬化及相关疾病的发生、发展、诊断、治疗及疗效的观察。

九、毛细管电泳

毛细管电泳技术适用于以上常规电泳技术临床应用的方方面面，但其分辨率高、重复性更好。

采用毛细管电泳分离血清蛋白能准确计算各种蛋白质的相对浓度，避免了凝胶电泳法染色、脱色过程中多种影响因素造成的误差。血清中前清蛋白的浓度可表明机体的营养状态，且是确定恶性肿瘤、炎症、肝硬化、霍奇金病的重要指标，但常规电泳法难以分辨，而毛细管电泳法很易分离定量。毛细管电泳法还可将α1区细分为α1酸性糖蛋白与α1抗胰蛋白酶。

毛细管等电聚焦电泳和区带电泳可分离十几种Hb变异体，还可快速分离急性心肌梗死患者尿中低浓度肌红蛋白，并可将血浆脂蛋白分离出14个亚组分，如在分离缓冲液中加入表面活性剂，可在短时间内对两个主要组分：高密度脂蛋白(HDL)和低密度脂蛋白(LDL)进行定量。

毛细管电泳能分离数种糖蛋白的糖基构型，可鉴别糖化血红蛋白A1和其变异构体，对糖尿病的监控具有重要意义。

近年来应用高效毛细管电泳法进行脑脊液蛋白质电泳分析，可进一步提高分辨率且脑脊液标本无需预先经过浓缩。

毛细管电泳分离DNA分子需多聚物交联剂如聚丙烯酰胺、聚乙二醇、甲基纤维素等材料作为分子筛，能对大小仅为4bp差别的DNA分子进行高效分离。

毛细管电泳还可简便快速地分析生物样品中各种形式的药物成分，并能在3～4分钟内分离出血和尿样品中血管造影剂含量、草酸盐等离子，检测尿样中十几种卟啉物质和维生素C异构体。在药理学、法医学和临床毒理学等方面均有广泛应用。

（郑芳）

本章小结

电泳是指带电荷的溶质或粒子在电场中移动的现象。利用电泳将物质分离、分析的技术叫电泳技术。

影响电泳速度的因素包括内在因素（粒子本身特性）和外在因素（电场强度、电极缓冲液和样品液的pH值、离子强度、粘度和电渗等）。电泳技术按分离的原理可分为区带、移界、等速、等点聚焦、免疫电泳等；根据支持介质的不同，可分为自由电泳（无固体支持介质）和支持介质电泳（有固体支持介质）两大类。常见的电泳分析方法有醋酸纤维素薄膜、琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶和毛细管的电泳。PAGE通过浓缩效应、分子筛效应以及电荷效应，极大地提高了分辨率和区带清晰度。利用SDS带有大量的负电荷消除或掩盖蛋白质间原有电荷的差异，建立了SDS-PAGE。采用孔径梯度的PAGE能准确测定天然蛋白质相对分子质量，建立了PAGE梯度凝胶电泳。利用各种蛋白质的pI不同，以加入两性电解质载体的PAGE为支持介质，建立了蛋白质在pH梯度凝胶中泳动的PAGE等电聚焦电泳。将两种不同的PAGE方法结合到一起，建立了PAGE双向电泳。

毛细管电泳以内径20～200 nm的柔性毛细管柱作为分离通道、以高压直流电场作为驱动力，可对各种小分子、大分子以致细胞等进行高效分离、检测或微量制备。毛细管电泳含有许多常规电泳的分离模式，如毛细管区带电泳、毛细管凝胶电泳、毛细管等电聚焦电泳，同时也结合了层析原理与电泳原理产生了亲和毛细管电泳和毛细管电色谱等。毛细管等速电泳是一种待分离组分与电解质在毛细管中一起向前等速移动进行分离的电泳方法。

电泳仪的基本结构主要包括电泳仪、电泳槽、恒温循环冷却装置、伏时积分器、凝胶烘干器等及分析检测装置。目前用于临床医学检验的电泳主要有血清蛋白、血红蛋白、糖化血红蛋白、血清脂蛋白、尿蛋白、脑脊液蛋白、乳酸脱氢酶同工酶、肌酸激酶同工酶、肌酸激酶同工酶亚型电泳等。毛细管电泳技术除可以应用于以上成分的分析外，还可以用于DNA片段和染色体分析，在治疗药物监测中的应用及小分子/离子的检测中也发挥着作用。