聚丙烯酰胺凝膠是由單體丙烯酰胺（acrylamide，簡稱Acr）和交聯(lián)劑又稱為共聚體的N, N-甲叉雙丙烯酰胺（methylene-bisacrylamide，簡稱Bis）在加速劑和催化劑的作用下聚合交聯(lián)成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，以此凝膠為支持物的電泳稱為聚丙烯酰胺凝膠電泳簡稱PAGE）。與其他凝膠相比，聚丙烯酰胺凝膠有下列優(yōu)點(diǎn)：①在一定濃度時(shí)，凝膠透明，有彈性，機(jī)械性能好。②化學(xué)性能穩(wěn)定，與被分離物不起化學(xué)反應(yīng)。③對pH和溫度變化較穩(wěn)定。④幾乎無電滲作用，只要Acr純度高，操作條件一致，則樣品分離重復(fù)性好。⑤樣品不易擴(kuò)散，且用量少，其靈敏度可達(dá)10^-6g。⑥凝膠孔徑可調(diào)節(jié)，根據(jù)被分離物的分子量選擇合適的濃度，通過改變單體及交聯(lián)劑的濃度調(diào)節(jié)凝膠的孔徑。⑦分辨率高，尤其在不連續(xù)凝膠電泳中，集濃縮、分子篩和電荷效應(yīng)為一體，因而有更高的分辨率。

PAGE應(yīng)用范圍廣，可用于蛋白質(zhì)、酶、核酸等生物分子的分離、定性、定量及少量的制備，還可測定分子量、等電點(diǎn)等。

除了常用的聚丙烯酰胺圓盤及垂直板電泳，還有聚丙烯酰胺梯度凝膠電泳、十二烷基硫酸鈉一聚丙烯酰胺凝膠電泳、等電聚焦電泳及雙向電泳等技術(shù)，這些技術(shù)在凝膠聚合方面有共同之處，但又有各自的特點(diǎn)，分別敘述如下。

一、聚丙烯酰胺凝膠聚合原理及相關(guān)特性

1．聚合反應(yīng)

聚丙烯酰胺凝膠（polyacrylamide gel，PAG）是由丙烯酰胺單體（Acr）和交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺（Bis）在催化劑過硫酸銨或核黃素作用下聚合交聯(lián)而成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠，其單體及聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下圖所示。

聚合反應(yīng)時(shí)常用的催化劑有過硫酸銨及核黃素兩個(gè)系統(tǒng)。在水溶液中，過硫酸胺離子S₂O^2-₈可形成游離基SO^2-₄，它能使丙烯酰胺單體的雙鍵打開，形成游離基丙烯酰胺，后者和Bis單體作用，能聚合成凝膠。

催化反應(yīng)需要在堿性條件下進(jìn)行，如用7%的丙烯酰胺，在pH8.3時(shí)，30min就能聚合完畢。為避免溶液中有氧氣而妨礙聚合，在反應(yīng)前有必要將溶液抽氣除氧。核黃素在光照下部分分解并被還原成無色型核黃素；但在有氧的條件下此無色型又被氧化成為帶有游離基的核黃素，后者也能使丙烯酰胺和甲叉雙丙烯酰胺聚合成凝膠。為加速聚合，在合成過程中還加四甲基乙二胺（TEMED）作為加速劑促進(jìn)聚合作用。

聚丙烯酰胺凝膠因富含酰胺基，使凝膠具有穩(wěn)定的親水性。它在水中無電離基團(tuán)，不帶電荷，幾乎沒有吸附及電滲作用，是一種比較理想的電泳支持物。

2．凝膠孔徑的可調(diào)性及其有關(guān)性質(zhì)

（1）凝膠性能與總濃度及交聯(lián)度的關(guān)系：凝膠的孔徑、機(jī)械性能、彈性、透明度、粘度和聚合程度取決于凝膠總濃度和Acr與Bis之比。通常用T%表示總濃度，即100ml凝膠溶液中含有Acr及Bis的總克數(shù)。Acr和Bis的比例常用交聯(lián)度C%表示，即交聯(lián)劑Bis占單體Acr與Bis總量的百分?jǐn)?shù)。

根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，可知當(dāng)T%值固定時(shí)，Bis濃度在5%時(shí)孔徑zui小，高于或低于5%時(shí)，孔徑卻相應(yīng)變大。為了在使用凝膠做實(shí)驗(yàn)時(shí)有較高的重現(xiàn)性，制備凝膠所用的Acr濃度，Bis和Acr的比例、催化劑的濃度、聚合反應(yīng)的溶液pH值、聚膠所需時(shí)間等能影響泳動(dòng)率的因子都必須保持恒定。

要想將蛋白質(zhì)或核酸之類的大分子混合物很好地分離，并在凝膠上形成明顯的區(qū)帶，選擇一定孔徑的凝膠是個(gè)關(guān)鍵。常用的標(biāo)準(zhǔn)凝膠是指濃度為7.5%的凝膠，大多數(shù)生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)在此凝膠中電泳，能獲得滿意的結(jié)果。

（2）凝膠濃度與被分離物分子量的關(guān)系：由于凝膠濃度不同，平均孔徑不同，能通過可移動(dòng)顆粒的分子量也不同，其大致范圍如表3-3。

在操作時(shí)，可根據(jù)被分離物的分子量大小選擇所需凝膠的濃度范圍。也可先選用7.5%凝膠（標(biāo)準(zhǔn)膠），因?yàn)樯矬w內(nèi)大多數(shù)蛋白質(zhì)在此范圍內(nèi)電泳均可取得較滿意的結(jié)果。

表3-3 分子量范圍與凝膠濃度的關(guān)系