Sebia電泳儀的工作原理和醫(yī)學應用

羅旭華

(河源市人民醫(yī)院 設備科，廣東河源517000)

Sebia電泳儀的工作原理和醫(yī)學應用

羅旭華

(河源市人民醫(yī)院 設備科，廣東河源517000)

本文詳細講述電泳分析的物理原理、醫(yī)學應用，介紹Sebia HYDRASYS LC電泳儀的工作原理、系統(tǒng)組成與內(nèi)部結構，講解儀器的操作使用和故障檢修。

電泳原理;瓊脂糖凝膠;血清蛋白電泳;電泳儀組成

1 電泳現(xiàn)象的生物化學原理

在溶液中的分散帶電微粒受到電場作用，做定向移動的現(xiàn)象，就叫做電泳現(xiàn)象(英文electrophoresis)。電泳技術，就是利用這種物理現(xiàn)象，把待分離樣品置于電場的作用下，各種帶電粒子由于各自的電荷正負性、電荷量、幾何形狀、質(zhì)量大小等物理性質(zhì)的差異，因而在電泳過程中受到不同的電場作用，使帶電粒子產(chǎn)生不同的遷移速度，最終形成依次排列的不同區(qū)帶，達到對樣品進行分離、鑒定或提純的需要。電泳技術已經(jīng)日益廣泛地應用于分析化學、生物化學、臨床化學、毒劑學、藥理學、免疫學、微生物學、食品化學等許多領域。

為了更好的理解電泳技術在生物化學分析中的應用，有必要深入了解帶電粒子在電泳過程中是如何被分離的。

電泳的物理原理:在兩個平行電極上加一定的電壓(V)，就會在電極中間產(chǎn)生電場強度(E):

E=V/L，式中的L是電極間距離。

在稀溶液中，電場對帶電粒子的作用力(F)，等于所帶凈電荷與電場強度的乘積:

F=q*E，式中的q是帶電粒子的凈電荷，E是電場強度

這個作用力使得帶電粒子向其電荷相反的電極方向移動。

在移動過程中，粒子會受到介質(zhì)粘滯力的阻礙。粘滯力(F')的大小與粒子質(zhì)量大小、幾何形狀、電泳介質(zhì)孔徑大小以及緩沖液粘度等有關，并與帶電粒子的移動速度成正比，對于球狀粒子，粘滯力(F')的大小服從Stokes定律，即:

F'=6πrηυ，式中的r是球狀分子的半徑;

η是緩沖液粘度;

υ是電泳速度(單位時間粒子運動的距離，υ =d/t，單位 cm/s)。

當帶電粒子勻速移動時:F=F'

∴ q*E=6πrηυ

電泳遷移率(m)是指在單位電場強度(1V/cm)中帶電粒子的遷移速度:m=υ/E

所以:m=Q/6πrη

這就是遷移率公式。由上式可以看出，遷移率與帶電粒子所帶凈電荷成正比，與粒子的大小、緩沖液的粘度成反比。在確定的電泳條件下，帶電粒子的遷移率為常數(shù)，是該帶電粒子的一個物理特征性常數(shù)，所以，不同的帶電粒子具有各自的遷移速度。在經(jīng)過一定時間的電泳過程后，不同帶電粒子由于移動距離不同，最終形成依次排列的不同區(qū)帶，達到應用領域?qū)悠愤M行分離、鑒定或提純的需要。

在實際應用中，由于自由界面的電泳存在比較強的擴散和對流，影響分離效果，所以，樣品需要在固定的支持介質(zhì)中進行電泳，減少擴散和對流的干擾作用，提高分離的精確度。最簡單的支持介質(zhì)是濾紙和醋酸纖維素膜，在簡易的教學實驗中仍然普遍采用;但是，目前的實用領域較多選擇“瓊脂糖凝膠”和“聚丙烯酰胺凝膠”，特別是在分析蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的電泳技術中，凝膠更是得到廣泛采用。

2 電泳技術在醫(yī)學診斷中的應用

在最近三十年里，我國的電泳技術發(fā)展極其迅速，特別是在基礎醫(yī)學和臨床醫(yī)學的研究領域，得到廣泛使用。如:蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、核苷酸、有機物、無機離子等分子的分離和鑒定，甚至病毒與細胞的研究。各種電泳分析裝置也不斷地推陳出新，極大地促進了應用領域的發(fā)展。在臨床疾病的診斷中，電泳技術主要應用于各種體液蛋白質(zhì)、同工酶等的檢測項目。

(1)血清蛋白電泳，這是目前主要開展的項目。新鮮血清經(jīng)過醋酸纖維膜片或瓊脂糖凝膠片電泳、染色后，得到血清蛋白質(zhì)電泳圖譜，清晰可見白蛋白、α1、α2、β和γ球蛋白5條區(qū)帶。通過這個圖譜是可以了解患者的血清蛋白質(zhì)全貌，在初篩試驗中很有診斷價值。常見的血紅蛋白疾病有二種類型:血紅蛋白性質(zhì)異?；蚪Y構異常;當血紅蛋白中的一條鏈合成減少引起血紅蛋白性質(zhì)異常時，就稱之為地中海貧血。

(2)尿蛋白電泳，這是在無創(chuàng)傷的情況下，判斷腎臟病變的嚴重程度。

(3)腦脊液蛋白電泳:分別電泳腦脊液(CSF)標本和血標本，對比結果;如果前者檢出寡克隆區(qū)帶而后者未能檢出該區(qū)帶，那么就反映出中樞神經(jīng)系統(tǒng)存在疾患。這對多發(fā)性硬化癥、癡呆、脊髓炎、亞急性腦白質(zhì)炎、神經(jīng)性梅毒等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾患具有診斷價值。

(4)血紅蛋白及糖化血紅蛋白電泳:鑒別患者血液中血紅蛋白的類型及含量，對于貧血類型的臨床診斷及治療具有重大意義。

(5)免疫固定電泳:可對各類Ig及其輕鏈進行分型，常應用于臨床常規(guī)M蛋白的分型與鑒定。

(6)同工酶電泳:臨床上應用于同工酶或同工酶亞型分析。

(a)乳酸脫氫酶(LD/LDH)同工酶:用瓊脂糖凝膠電泳(AGE)法可分離出5種同工酶區(qū)帶(LD1～LD5)。

(b)肌酸激酶(CK)同工酶:采用AGE法可分離出3種CK同工酶。

(c)CK同工酶亞型:指 CK2MM亞型(CK2MM1、CK2MM2、CK2MM3) 和CK2MB亞型(CK2MB1、CK2MB2)，常采用瓊脂糖凝膠IEF或高壓電泳。采用瓊脂糖凝膠高壓電泳可進行CK同工酶亞型的常規(guī)快速分析，用于臨床早期心肌損傷的臨床診斷與鑒別診斷。主要用于急性心肌梗死的早期診斷，也可用于確定心肌再灌注、溶栓治療后的病情觀察。

(d)堿性磷酸酶(ALP)同工酶:可采用AGE法進行ALP同工酶的常規(guī)快速分析。

(e)γ2谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶(γ2GT/GGT)同工酶:用CAE或 AGE法可將 γ2GT同工酶分離為γ2GT1 ～ γ2GT4

(7)脂蛋白電泳:檢測各種脂蛋白(包括膽固醇和TG)，主要用于高脂血癥的分型、冠心病危險性估計，以及動脈粥樣硬化性及相關疾病的發(fā)生、發(fā)展、診斷和治療效果觀察的研究等。

2 西比亞電泳儀的工作原理、儀器組成與結構

法國Sebia公司是全球著名的臨床電泳及掃描分析儀生產(chǎn)廠商，在我國有著很多用戶。Hydrasys LC型號電泳分析儀的特點，是將點樣、電泳、孵育、染色、脫色、烘干過程集中在同一臺儀器中進行，電泳后的膠片經(jīng)過高分辨率的掃描儀和專業(yè)分析軟件，自動分析電泳結果。

該電泳儀的核心技術在于獨特的“一次性加樣梳”技術，具有國際專利號;它通過微孔滲透方法，實現(xiàn)自動加樣，不僅加樣量少(如:血清蛋白只需10 μL標本)，而且能夠均勻、精確地加到瓊脂糖凝膠片上，避免樣品間交叉污染。另外，瓊脂糖凝膠片具有多孔性和選擇性的優(yōu)勢，使得電泳產(chǎn)生的區(qū)帶非常清晰。

該儀器所設計的檢測項目很豐富，如:血清蛋白電泳、免疫固定電泳、脂蛋白+Lp(a)電泳、堿性和酸性血紅蛋白電泳、糖化血紅蛋白A1c電泳、LDL/HDL－CHOL.CK.ALP同功酶電泳、腦脊液電泳、LDH電泳、尿蛋白電泳、本周氏蛋白電泳、高分辨率電泳等。但由于眾所周知的原因，臨床應用認知程度并不如其它生化項目，所以目前開展的項目主要是血清蛋白電泳為主。

儀器組成和結構，如圖1所示。

圖1:HYDRASYS LC電泳儀的組成1:電泳艙模塊;2:液晶顯示屏;3:染色艙模塊4:操作面板;5:膠片固定架;6:試劑閥門模塊

圖2:HYDRASYS LC電泳儀的結構1:電泳艙模塊;2:液晶顯示屏;3:染色艙模塊4:操作面板;5:染色艙及散熱風扇;6:電源盒7:試劑泵和電磁閥;8:電磁鎖;9:控制電路板

3 西比亞電泳儀的操作使用、日常維護與故障預防措施

首先，制訂規(guī)范的操作流程，實施有效的質(zhì)量控制，才能確保檢測的準確性。

Hydrasys LC型號自動電泳分析的操作步驟:

第一步、人工點樣。手工對點樣梳的小孔進行標本點樣，每孔加10 μL血清，然后將點樣梳插入保護支架，放入濕化盒中待用。

第二步、儀器完成電泳。開機選定電泳程序，打開電泳艙蓋，升起“電極/點樣支架”，在支架上安裝緩沖條，選擇“Protein”程序項;取出瓊脂糖凝膠片，用附帶的濾紙輕輕吸取凝膠表面多余的液體并隨即移去濾紙;在電泳框的下1/3處加少量蒸餾水，將膠片放置在電泳框中，放下“電極/點樣支架”;從加濕盒中取出點樣梳，掰掉保護支架，將點樣梳插入“電極/點樣支架”相對應的位置;關閉電泳艙蓋，按左側鍵盤的啟動鍵，開始電泳，儀器將自動完成電泳和烘干膠片過程。

第三步、儀器完成染色。電泳完成后，把干燥的膠片從電泳艙中取出，同時丟棄海綿緩沖條;把膠片固定在膠片架上，放入染色艙;選擇染色程序，按右側鍵盤的啟動鍵鍵，開始染色，儀器將自動完成染色、脫色、烘干膠片過程。

第四步、掃描瓊脂糖凝膠片，分析結果。染色完成后，把膠片從染色艙中取出，放到掃描儀上;開啟計算機，在軟件控制下，自動掃描膠片并分析結果，形成診斷結果，審核內(nèi)容無誤后，打印診斷報告。

其次，為了有效地預防和減少儀器故障，必須根據(jù)實際的使用情況和技術手冊的建議，采取恰當?shù)募夹g維護和定期檢修措施。下面，根據(jù)我院使用HYDRASYS LC電泳儀的情況，講解日常維護內(nèi)容和故障預防措施:

(1)儀器的安裝對空間的要求。由于儀器在運行過程中會產(chǎn)生很多熱量，通過多個風扇實現(xiàn)散熱，所以儀器周圍必須具備足夠的空間，一般選擇相距墻壁和其它物品的尺寸要求50cm左右，這個距離也方便日常的檢修工作。

(2)對于電泳艙模塊的維護內(nèi)容。在秋冬干燥季節(jié)時，對電泳艙底部的發(fā)熱元件進行涂覆導熱硅脂，確保恒溫條件，一般可以選擇常用的CPU導熱硅脂;在春夏潮濕季節(jié)時，對電泳艙底部的冷卻元件進行擦拭干燥，避免形成濃濃的水霧。

(3)對于“電極/點樣起落架”的維護內(nèi)容。首先是避免變形，然后是確保在關機、電極無高壓的狀態(tài)下，進行維護工作;如果電極端接觸不良，可以先用蒸餾水浸泡、再用棉紗輕輕擦拭干凈。

(4)對于染色艙模塊的維護內(nèi)容。盡管染色艙的內(nèi)壁涂有“特富龍”防粘材料，但是定期手工清洗內(nèi)壁，用棉簽擦拭艙內(nèi)壁，不僅能夠預防殘余的染色液在干燥后堵塞管路，而且保持儀器干凈整潔。

我院從2002年購買使用該型號的儀器以來，多年都維持可靠的使用狀態(tài)，所以，只要做好上述的維護工作，該型號電泳分析儀可以很穩(wěn)定地運行。

總結:電泳技術在醫(yī)學領域有著廣泛的應用前景，掌握這種技術，有針對性地學習相關理論和專業(yè)技術，如:分子診斷與治療的發(fā)展，才能把這項工作做得更好。

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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