Sebia电泳仪的工作原理和医学应用

罗旭华

(河源市人民医院 设备科，广东河源517000)

Sebia电泳仪的工作原理和医学应用

罗旭华

(河源市人民医院 设备科，广东河源517000)

本文详细讲述电泳分析的物理原理、医学应用，介绍Sebia HYDRASYS LC电泳仪的工作原理、系统组成与内部结构，讲解仪器的操作使用和故障检修。

电泳原理;琼脂糖凝胶;血清蛋白电泳;电泳仪组成

1 电泳现象的生物化学原理

在溶液中的分散带电微粒受到电场作用，做定向移动的现象，就叫做电泳现象(英文electrophoresis)。电泳技术，就是利用这种物理现象，把待分离样品置于电场的作用下，各种带电粒子由于各自的电荷正负性、电荷量、几何形状、质量大小等物理性质的差异，因而在电泳过程中受到不同的电场作用，使带电粒子产生不同的迁移速度，最终形成依次排列的不同区带，达到对样品进行分离、鉴定或提纯的需要。电泳技术已经日益广泛地应用于分析化学、生物化学、临床化学、毒剂学、药理学、免疫学、微生物学、食品化学等许多领域。

为了更好的理解电泳技术在生物化学分析中的应用，有必要深入了解带电粒子在电泳过程中是如何被分离的。

电泳的物理原理:在两个平行电极上加一定的电压(V)，就会在电极中间产生电场强度(E):

E=V/L，式中的L是电极间距离。

在稀溶液中，电场对带电粒子的作用力(F)，等于所带净电荷与电场强度的乘积:

F=q*E，式中的q是带电粒子的净电荷，E是电场强度

这个作用力使得带电粒子向其电荷相反的电极方向移动。

在移动过程中，粒子会受到介质粘滞力的阻碍。粘滞力(F')的大小与粒子质量大小、几何形状、电泳介质孔径大小以及缓冲液粘度等有关，并与带电粒子的移动速度成正比，对于球状粒子，粘滞力(F')的大小服从Stokes定律，即:

F'=6πrηυ，式中的r是球状分子的半径;

η是缓冲液粘度;

υ是电泳速度(单位时间粒子运动的距离，υ =d/t，单位 cm/s)。

当带电粒子匀速移动时:F=F'

∴ q*E=6πrηυ

电泳迁移率(m)是指在单位电场强度(1V/cm)中带电粒子的迁移速度:m=υ/E

所以:m=Q/6πrη

这就是迁移率公式。由上式可以看出，迁移率与带电粒子所带净电荷成正比，与粒子的大小、缓冲液的粘度成反比。在确定的电泳条件下，带电粒子的迁移率为常数，是该带电粒子的一个物理特征性常数，所以，不同的带电粒子具有各自的迁移速度。在经过一定时间的电泳过程后，不同带电粒子由于移动距离不同，最终形成依次排列的不同区带，达到应用领域对样品进行分离、鉴定或提纯的需要。

在实际应用中，由于自由界面的电泳存在比较强的扩散和对流，影响分离效果，所以，样品需要在固定的支持介质中进行电泳，减少扩散和对流的干扰作用，提高分离的精确度。最简单的支持介质是滤纸和醋酸纤维素膜，在简易的教学实验中仍然普遍采用;但是，目前的实用领域较多选择“琼脂糖凝胶”和“聚丙烯酰胺凝胶”，特别是在分析蛋白质、核酸等生物大分子的电泳技术中，凝胶更是得到广泛采用。

2 电泳技术在医学诊断中的应用

在最近三十年里，我国的电泳技术发展极其迅速，特别是在基础医学和临床医学的研究领域，得到广泛使用。如:蛋白质、多肽、氨基酸、核苷酸、有机物、无机离子等分子的分离和鉴定，甚至病毒与细胞的研究。各种电泳分析装置也不断地推陈出新，极大地促进了应用领域的发展。在临床疾病的诊断中，电泳技术主要应用于各种体液蛋白质、同工酶等的检测项目。

(1)血清蛋白电泳，这是目前主要开展的项目。新鲜血清经过醋酸纤维膜片或琼脂糖凝胶片电泳、染色后，得到血清蛋白质电泳图谱，清晰可见白蛋白、α1、α2、β和γ球蛋白5条区带。通过这个图谱是可以了解患者的血清蛋白质全貌，在初筛试验中很有诊断价值。常见的血红蛋白疾病有二种类型:血红蛋白性质异常或结构异常;当血红蛋白中的一条链合成减少引起血红蛋白性质异常时，就称之为地中海贫血。

(2)尿蛋白电泳，这是在无创伤的情况下，判断肾脏病变的严重程度。

(3)脑脊液蛋白电泳:分别电泳脑脊液(CSF)标本和血标本，对比结果;如果前者检出寡克隆区带而后者未能检出该区带，那么就反映出中枢神经系统存在疾患。这对多发性硬化症、痴呆、脊髓炎、亚急性脑白质炎、神经性梅毒等中枢神经系统疾患具有诊断价值。

(4)血红蛋白及糖化血红蛋白电泳:鉴别患者血液中血红蛋白的类型及含量，对于贫血类型的临床诊断及治疗具有重大意义。

(5)免疫固定电泳:可对各类Ig及其轻链进行分型，常应用于临床常规M蛋白的分型与鉴定。

(6)同工酶电泳:临床上应用于同工酶或同工酶亚型分析。

(a)乳酸脱氢酶(LD/LDH)同工酶:用琼脂糖凝胶电泳(AGE)法可分离出5种同工酶区带(LD1～LD5)。

(b)肌酸激酶(CK)同工酶:采用AGE法可分离出3种CK同工酶。

(c)CK同工酶亚型:指 CK2MM亚型(CK2MM1、CK2MM2、CK2MM3) 和CK2MB亚型(CK2MB1、CK2MB2)，常采用琼脂糖凝胶IEF或高压电泳。采用琼脂糖凝胶高压电泳可进行CK同工酶亚型的常规快速分析，用于临床早期心肌损伤的临床诊断与鉴别诊断。主要用于急性心肌梗死的早期诊断，也可用于确定心肌再灌注、溶栓治疗后的病情观察。

(d)碱性磷酸酶(ALP)同工酶:可采用AGE法进行ALP同工酶的常规快速分析。

(e)γ2谷氨酰转肽酶(γ2GT/GGT)同工酶:用CAE或 AGE法可将 γ2GT同工酶分离为γ2GT1 ～ γ2GT4

(7)脂蛋白电泳:检测各种脂蛋白(包括胆固醇和TG)，主要用于高脂血症的分型、冠心病危险性估计，以及动脉粥样硬化性及相关疾病的发生、发展、诊断和治疗效果观察的研究等。

2 西比亚电泳仪的工作原理、仪器组成与结构

法国Sebia公司是全球著名的临床电泳及扫描分析仪生产厂商，在我国有着很多用户。Hydrasys LC型号电泳分析仪的特点，是将点样、电泳、孵育、染色、脱色、烘干过程集中在同一台仪器中进行，电泳后的胶片经过高分辨率的扫描仪和专业分析软件，自动分析电泳结果。

该电泳仪的核心技术在于独特的“一次性加样梳”技术，具有国际专利号;它通过微孔渗透方法，实现自动加样，不仅加样量少(如:血清蛋白只需10 μL标本)，而且能够均匀、精确地加到琼脂糖凝胶片上，避免样品间交叉污染。另外，琼脂糖凝胶片具有多孔性和选择性的优势，使得电泳产生的区带非常清晰。

该仪器所设计的检测项目很丰富，如:血清蛋白电泳、免疫固定电泳、脂蛋白+Lp(a)电泳、碱性和酸性血红蛋白电泳、糖化血红蛋白A1c电泳、LDL/HDL－CHOL.CK.ALP同功酶电泳、脑脊液电泳、LDH电泳、尿蛋白电泳、本周氏蛋白电泳、高分辨率电泳等。但由于众所周知的原因，临床应用认知程度并不如其它生化项目，所以目前开展的项目主要是血清蛋白电泳为主。

仪器组成和结构，如图1所示。

图1:HYDRASYS LC电泳仪的组成1:电泳舱模块;2:液晶显示屏;3:染色舱模块4:操作面板;5:胶片固定架;6:试剂阀门模块

图2:HYDRASYS LC电泳仪的结构1:电泳舱模块;2:液晶显示屏;3:染色舱模块4:操作面板;5:染色舱及散热风扇;6:电源盒7:试剂泵和电磁阀;8:电磁锁;9:控制电路板

3 西比亚电泳仪的操作使用、日常维护与故障预防措施

首先，制订规范的操作流程，实施有效的质量控制，才能确保检测的准确性。

Hydrasys LC型号自动电泳分析的操作步骤:

第一步、人工点样。手工对点样梳的小孔进行标本点样，每孔加10 μL血清，然后将点样梳插入保护支架，放入湿化盒中待用。

第二步、仪器完成电泳。开机选定电泳程序，打开电泳舱盖，升起“电极/点样支架”，在支架上安装缓冲条，选择“Protein”程序项;取出琼脂糖凝胶片，用附带的滤纸轻轻吸取凝胶表面多余的液体并随即移去滤纸;在电泳框的下1/3处加少量蒸馏水，将胶片放置在电泳框中，放下“电极/点样支架”;从加湿盒中取出点样梳，掰掉保护支架，将点样梳插入“电极/点样支架”相对应的位置;关闭电泳舱盖，按左侧键盘的启动键，开始电泳，仪器将自动完成电泳和烘干胶片过程。

第三步、仪器完成染色。电泳完成后，把干燥的胶片从电泳舱中取出，同时丢弃海绵缓冲条;把胶片固定在胶片架上，放入染色舱;选择染色程序，按右侧键盘的启动键键，开始染色，仪器将自动完成染色、脱色、烘干胶片过程。

第四步、扫描琼脂糖凝胶片，分析结果。染色完成后，把胶片从染色舱中取出，放到扫描仪上;开启计算机，在软件控制下，自动扫描胶片并分析结果，形成诊断结果，审核内容无误后，打印诊断报告。

其次，为了有效地预防和减少仪器故障，必须根据实际的使用情况和技术手册的建议，采取恰当的技术维护和定期检修措施。下面，根据我院使用HYDRASYS LC电泳仪的情况，讲解日常维护内容和故障预防措施:

(1)仪器的安装对空间的要求。由于仪器在运行过程中会产生很多热量，通过多个风扇实现散热，所以仪器周围必须具备足够的空间，一般选择相距墙壁和其它物品的尺寸要求50cm左右，这个距离也方便日常的检修工作。

(2)对于电泳舱模块的维护内容。在秋冬干燥季节时，对电泳舱底部的发热元件进行涂覆导热硅脂，确保恒温条件，一般可以选择常用的CPU导热硅脂;在春夏潮湿季节时，对电泳舱底部的冷却元件进行擦拭干燥，避免形成浓浓的水雾。

(3)对于“电极/点样起落架”的维护内容。首先是避免变形，然后是确保在关机、电极无高压的状态下，进行维护工作;如果电极端接触不良，可以先用蒸馏水浸泡、再用棉纱轻轻擦拭干净。

(4)对于染色舱模块的维护内容。尽管染色舱的内壁涂有“特富龙”防粘材料，但是定期手工清洗内壁，用棉签擦拭舱内壁，不仅能够预防残余的染色液在干燥后堵塞管路，而且保持仪器干净整洁。

我院从2002年购买使用该型号的仪器以来，多年都维持可靠的使用状态，所以，只要做好上述的维护工作，该型号电泳分析仪可以很稳定地运行。

总结:电泳技术在医学领域有着广泛的应用前景，掌握这种技术，有针对性地学习相关理论和专业技术，如:分子诊断与治疗的发展，才能把这项工作做得更好。

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Principle and Medical Applications About Electrophoresis Instrument

Luo Xuhua
(Equipment Department of the People’s Hospital of He Yuan，Guangdong，517000，China)

This paper describes the physical principles of electrophoresis analysis，and it＇s medical applications;then introduces Sebia HYDRASYS LC electrophoresis instrument，including working principle，system composition and structure，operation and troubleshooting of equipment.

principles of electrophoresis;agarose gel;serum protein electrophoresis;electrophoresis apparatus structure;

TH776

A

1002－2376(2011)03－0015－04

2011－1－29