聚丙烯酰胺凝膠是由單體丙烯酰胺（acrylamide，簡稱Acr）和交聯劑又稱為共聚體的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成三維網狀結構的凝膠，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點：①在一定濃度時，凝膠透明，有彈性，機械性能好。②化學性能穩定，與被分離物不起化學反應。③對pH和溫度變化較穩定。④幾乎無電滲作用，只要Acr純度高，操作條件一致，則樣品分離重復性好。⑤樣品不易擴散，且用量少，其靈敏度可達10^-6g。⑥凝膠孔徑可調節，根據被分離物的分子量選擇合適的濃度，通過改變單體及交聯劑的濃度調節凝膠的孔徑。⑦分辨率高，尤其在不連續凝膠電泳中，集濃縮、分子篩和電荷效應為一體，因而有更高的分辨率。

PAGE應用范圍廣，可用于蛋白質、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，這些技術在凝膠聚合方面有共同之處，但又有各自的特點，分別敘述如下。

一、聚丙烯酰胺凝膠聚合原理及相關特性

1．聚合反應

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

聚合反應時常用的催化劑有過硫酸銨及核黃素兩個系統。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。

催化反應需要在堿性條件下進行，如用7%的丙烯酰胺，在pH8.3時，30min就能聚合完畢。為避免溶液中有氧氣而妨礙聚合，在反應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）作為加速劑促進聚合作用。

聚丙烯酰胺凝膠因富含酰胺基，使凝膠具有穩定的親水性。它在水中無電離基團，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．凝膠孔徑的可調性及其有關性質

（1）凝膠性能與總濃度及交聯度的關系：凝膠的孔徑、機械性能、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。Acr和Bis的比例常用交聯度C%表示，即交聯劑Bis占單體Acr與Bis總量的百分數。

根據有關實驗研究，可知當T%值固定時，Bis濃度在5%時孔徑zui小，高于或低于5%時，孔徑卻相應變大。為了在使用凝膠做實驗時有較高的重現性，制備凝膠所用的Acr濃度，Bis和Acr的比例、催化劑的濃度、聚合反應的溶液pH值、聚膠所需時間等能影響泳動率的因子都必須保持恒定。

要想將蛋白質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帶，選擇一定孔徑的凝膠是個關鍵。常用的標準凝膠是指濃度為7.5%的凝膠，大多數生物體內的蛋白質在此凝膠中電泳，能獲得滿意的結果。

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

在操作時，可根據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（標準膠），因為生物體內大多數蛋白質在此范圍內電泳均可取得較滿意的結果。

表3-3 分子量范圍與凝膠濃度的關系