聚丙烯酰胺凝胶电泳色谱仪的载体是聚丙烯酰胺凝胶。聚丙烯酰胺凝胶是由单体丙烯酰胺(CH2 = CH-CO-NH2,简称Acr)和交联剂N,N′-甲叉双丙烯酰胺(CH2 = CH-CO-NH-CO-CH = CH2,简称Bis)在催化剂的作用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链,相邻的两个链通过甲叉桥交链起来,链纵横交错,形成三维网状结构。参与反应的催化剂有两种成分,一种是引发剂,提供原始自由基,通过自由基传递,使单体丙烯酰胺成为自由基,引发聚合反应;另一种是加速剂,加快引发剂释放自由基的速度。
一、合成:
聚丙烯酰胺凝胶的合成方式有化学聚合和光聚合。
1、化学聚合:
引发剂过硫酸铵(AP)在加速剂N,N,N′,N′-四甲基乙二胺(TEMED)的催化下形成氧自由基,进而使单体丙烯酰胺形成自由基,从而引发聚合反应。
聚丙烯酰胺凝胺凝胶电泳中的分离胶(小孔胶)是通过化学聚合而成。
2、光聚合:
引发剂核黄素在加速剂TEMED和光照条件下,分解成无色的还原型(无色核黄素),在少量O2条件下,还原型核黄素被氧再氧化形成自由基,从而引发聚合反应。但过量的氧会阻止链长的增加。
此法制得的凝胶筛孔大,常用作聚丙烯酰胺凝胺凝胶电泳中的浓缩胶。
3、影响聚合的因素:
(1)大气氧能淬灭自由基,终止聚合反应,反应液应与空气隔绝。
(2)有些材料如有机玻璃能抑制聚合反应,在有机玻璃容器中,反应液和容器表面接触的一层不能形成凝胶。
(3)某些化学物质可减慢反应速度如铁氰化钾。
(4)温度影响聚合反应,温度高反应快,温度低反应慢。
二、性能指标:
聚丙烯酰胺凝胶的性能指标有凝胶总浓度和交联度等。
1、凝胶总浓度(T):
凝胶总浓度表示凝胶溶液中单体和交联剂的总百分含量。
T = [(a+b)/m]×100%
式中:a为单体的质量(g),b为交联剂的质量(g),m为溶液的体积(mL)。
凝胶总浓度可在3%~30%之间变化。凝胶总浓度过高,凝胶硬而脆,容易破碎。凝胶总浓度过低,凝胶稀软,不易操作。
凝胶总浓度主要影响筛孔的大小。实验表明,凝胶筛孔的平均直径和凝胶总浓度的平方根成反比。
D=kd/(T1/2)
式中:D为凝胶筛孔的平均直径,d为多聚体分子直径,k为常数。
2、交联度(C):
交联度示凝胶溶液中交联剂占单体和交联剂总量的百分含量。
C = [b/(a+b)]×100%
交联度决定凝胶筛孔的较大直径。
交联度过高,凝胶不透明,缺乏弹性。交联度过低,呈糊状。要获得透明而有合适机械强度的凝胶,单体用量高时,交联剂量应减少;单体用量低时,交联剂量应增大。
3、良好的电泳用凝胶的经验公式:
在100mL溶液中,Acr(g)×Bis(g)≈常数(约1.3)
较常用凝胶的组成是T=7%~7.5%,C=2%~3%。标准凝胶的组成是T=7.2%,C=2.6%,用此凝胶分离蛋白质可得到较好的结果。
当分析未知样品时,常用标准凝胶或4%~10%的梯度凝胶试测,然后确定合适的凝胶总浓度。
用于研究大分子核酸的凝胶多为2.4%的大孔凝胶,太软,不易操作,可加入0.5%琼脂糖或在3%凝胶中加入20%蔗糖,以增加机械强度而又不影响凝胶筛孔大小。
三、特点:
1、聚丙烯酰胺凝胶是人工合成的三维网状结构的凝胶,具有分子筛作用,其筛孔大小可人为控制和调节,并且制备重复性好。
2、聚丙烯酰胺凝胶是碳-碳结构,没有或很少带有极性基因,吸附少,电荷作用小,不易和样品相互作用,化学性质比较稳定。
3、凝胶无色透明,适宜用光密度扫描记录结果,且需要样量较少。
4、用途广泛,具有弹性,便于操作,易于保存。
四、应用:
聚丙烯酰胺凝胶特别适合作区带电泳的载体,用于酶分离和分子量测定。