最近，"佛山电翰"因酷似某位明星的外貌以及夸张用力的拧螺丝动作而迅速走红。他的招牌甩手动作也开始在网上迅速传播——魔性的萨克斯音乐结合整齐划一的动作，各行各业的网友们纷纷效仿，掀起了一股模仿热潮。
身在实验室的各位小伙伴有没有被小小的“电撼”到？如果没有，那么接下来介绍的内容肯定会“电”到你——因为它真的带电，它就是大家日复一日都在做的电泳实验。
电泳仪可以说是实验室最常见的设备。但你知道，在1930年代，建造和维护一台电泳装置的成本约为11,000美元，大致相当于今天的25万美元（我嘞个豆，比笔者实验室的大部分仪器都贵），那时只有世界上最引人注目、资金雄厚的实验室才能拥有这样一台尊贵的电泳设备。
那这一路走来，电泳仪为何“家道中落”，沦落至这般“田地”？命运的齿轮究竟是何时开始缓缓转动的？
电泳，指的是带电颗粒在电场作用下，向着与其电性相反的电极移动的现象。利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。
故事的开头不是突破，而是失败
第一台电泳装置的诞生并不是“开挂”般的一帆风顺，而是经历了一番坎坷的历程。
与那些爽文中男主顿悟的情节不同，这个故事充满了挫折与放弃。甚至连研究者自己都一度放弃了这个课题，好在最后是终于“修成正果”，成功地造出了能够电泳的无上“法器”。
这项技术的意义已经远远超越了当初设想的蛋白质分离的范畴，它不仅在生物学领域产生了深远的影响，还推动了从癌症研究到刑事司法，以及生态健康等各个领域的创新发展。
1930年，瑞典化学家 Arne Tiselius 成功通过了他的博士论文的答辩，他的论文题目是“研究蛋白质电泳的移动边界方法”，论文探讨了一种通过电流分离蛋白质的技术，这也是早期电泳技术的雏形。
但是理想很美好，现实很残酷，他的分离并没有产生明显的条带，以至于当他看到他早期做的电泳实验的照片时，坦言道“几乎是身体上的痛苦”。
沮丧之余，他决定放弃这个课题，转而研究火山矿物沸石。
你还别说，在新的领域内确实发表了不少成果——Tiselius在1931年至1935年期间发表了多篇关于沸石中的扩散和吸附现象的论文，按照这个剧情发展下去，Tiselius可能会成为一名化学领域中的“大牛”。
但是这时“命运的齿轮已经开始悄悄转动”——由于Tiselius在沸石上的出色成果，成功获得了洛克菲勒基金的资助，在资助下可以前往普林斯顿大学进行为期一年的访问交流。
在访问期间，Tiselius的朋友和同事已经不止一次谈到他们迫切需要一种可靠的蛋白质分离方法，同时还不断地“游说”Tiselius，希望他再看一眼那篇“给他带来痛苦”的论文。
Arne Wilhelm Kaurin Tiselius 1902 – 1971，瑞典生物化学家，“因其对电泳和吸附分析的研究，特别是关于血清蛋白复杂性质的发现”而于1948年获得诺贝尔化学奖。
“上了贼船”的Tiselius 最终于1937年使用手工研磨的石英U形管建造了世界上第一台电泳装置。U形的管子中充满了样品和缓冲液，Tiselius通过将施加电荷到设备的两端来产生电场。
他的这个装置成功地分离了血清蛋白质，除了已知的血清白蛋白以外，至少还有3种未知的蛋白质——他将其命名为α、β 和 γ。
瑞典生物化学家 Arne Tiselius在乌普萨拉大学演示电泳仪的使用。
这是第一次实现了血清中蛋白质如此明显的分离，这标志着一个崭新的分离时代的曙光。
令人颇感意外的是，这篇极具开创性的论文最初遭到了生物化学领域的一家知名杂志的拒稿，理由是“过于侧重物理”，好在最终它被Transactions of the Faraday Society接收了。
这一成果的出现，无疑代表着生命科学领域的一个重大转折点，同时，也是生物学研究方式变革的开端，Tiselius的电泳仪开启了分子生物学激动人心的崭新时代。
Arne Tiselius关于电泳的开创性论文
马铃薯是如何彻底改变电泳的
1953年，Rosalind Franklin和Maurice Wilkins利用X射线发现了DNA具有双螺旋结构，从而开启了波澜壮阔的分子生物学时代。
而在接下来的1954年，同样见证了一位诺贝尔奖得主的重大突破，他的独特想象力推动了核酸研究和分离技术的快速发展。
1954年，一位名叫奥利弗·史密斯 (Oliver Smithies，因在“基因打靶”技术上的杰出贡献获得了2007年诺贝尔生理或医学奖) 的博士后正试图使用实验室最先进的 Tiselius 仪器寻找胰岛素前体。
他的运气貌似不太好——当时的电泳是在浸泡在缓冲液中的滤纸进行，然后涂抹样品并使其迁移，这种电泳方式经常会导致条带模糊和令人沮丧的不明确结果。
直到有一天，这个“沮丧”的年轻人注意到他父亲衬衫领子上沾的热粘液体在静置时会变成凝胶。这个不起眼的细节激发了他的灵感。
于是这位博士后开始“格局打开”，他能不能创造出类似的东西呢？也许通过利用这样子的凝胶，蛋白质就能在其中迁移而不会产生拖尾现象。
说干就干，就这样，以浓缩淀粉制备而成的凝胶电泳就被发明了。凝胶电泳的“命运的齿轮”也因为一块马铃薯而开始缓缓转动了。
1959年Raymond 和Weintraub 利用人工合成的凝胶作为支持介质，创建了聚丙烯酰胺凝胶电泳（polyacrylamide gel electrophoresis，简称PAGE），极大地提高了电泳技术的分辨率，开创了近代电泳的新时代。
在此后的三十多年里，聚丙烯酰胺凝胶电泳一直是生物化学和分子生物学中对蛋白质、多肽、核酸等生物大分子最普遍的分析鉴定技术，具有极高的分辨率。
1969年Beber 和 Osborn使用SDS电泳改进了蛋白质分离，从而诞生了SDS-PAGE（sodium dodecyl sulfate - polyacrylamide gel electrophoresis）。
这项技术可以根据蛋白质的分子量分离样本中的蛋白质，进一步丰富了电泳的应用领域。
1971 年，Laemmli 改进了 SDS 电泳，引入了作为不连续凝胶的浓缩胶。利用这一点，我们发现了噬菌体T4中的未知蛋白质。
1983年，毛细管电泳技术诞生，它在10至100微米的毛细管中进行。它使分析化学得以从微升水平进入纳升水平，
并使单细胞分析，乃至单分子分析成为可能。
Bio-Rad 生产的蛋白质电泳设备和电源
起初的电泳技术还很幼稚，分辨率也存在局限，但经过这几十年的发展，衍生出的不同的电泳技术有着不同的应用，电泳在生物学领域的重要性也越发凸显。
电泳-不止于蛋白质
电泳技术最初的设计目的是为了分离带电粒子，但不仅仅是蛋白质，核酸也具有自身的“电荷”属性。
具体来说，DNA片段带有负电荷，因此它们会在电场中向正极移动。由于所有DNA片段的单位质量电荷量相同，因此较小的片段通过凝胶的速度会比大片段更快。
在电泳技术尚未应用于核酸分离的年代，科学家们主要依赖离心技术根据沉降速度对核酸进行分离。
然而，离心分离不仅耗费大量的时间和样品，更重要的是，在那个年代，很少有实验室能够拥有像样的高速离心机。
从20世纪60年代开始，电泳被成功用于分离DNA和RNA 样品。
最初，琼脂（一种天然的海藻多糖）被用作电泳分离介质，而现今实验室用于分析DNA的琼脂糖凝胶电泳是由 Stellan Hjertén在Tiselius实验室工作时开发的。
在20世纪70年代到90年代期间，卧式槽、溴化乙锭凝胶和脉冲场电泳不断推动电泳技术在核酸领域的发展。
卧式槽让电泳仪变得更加小巧便宜；溴化乙锭凝胶使得DNA的分离变得可视化；1983年，脉冲场电泳技术问世，它可以用于分离大小为12 Mb 的大分子核酸。
这些技术的出现，不断地拓宽了电泳在核酸分析领域的应用范围。
实验室常用的按大小分离DNA片段的电泳设备。凝胶放置于充满缓冲液的槽内。DNA样本被放置在凝胶一端的孔中，电流穿过凝胶。带负电的DNA向正极移动。
“简单的事情重复做，重复的事情用心做，用心的事情坚持做。”佛山电翰的这一番话，无疑，道出了他爆红的真谛。我们每个人其实都是那个在实验台前不断重复动作的“实验室电翰”。
在日复一日的制胶、跑胶、看胶中，我们或许会发现，一件看似简单的事情，一旦反复去做，就变得不再简单。而当我们用心去对待这些重复的事情，并坚持下去，我们就有可能跑出最理想、最独特、最亮的那条电泳条带。
上下滑动阅读更多内容
参考文献：
[1]https://baike.baidu.com/item/电泳/476520
[2]https://www.yourgenome.org/facts/what-is-gel-electrophoresis/
[3]https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_electrophoresis
[4]Suárez-Díaz E. The Electrophoretic Revolution in the 1960s: Historical Epistemology Meets the Global History of Science and Technology. Ber Wiss. 2022 Sep;45(3):332-343. doi: 10.1002/bewi.202200024. PMID: 36086839; PMCID: PMC9544742.
[5]https://blog.edvotek.com/2021/05/06/five-things-we-learned-about-electrophoresis/
[6]https://www.thermofisher.cn/blog/life-in-the-lab/get-your-head-in-the-cloud-power-snap-plus/
[7]https://www.lindau-nobel.org/oliver-smithies-how-potatoes-revolutionised-electrophoresis/
[8]https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1948/tiselius/biographical/
[9]https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2003/an/b307798p
[10]https://academic.oup.com/labmed/article/40/10/627/2504812
[11]https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/1937/tf/tf9373300524/unauth
-----
作者/未央
审核/懂个皮
编辑/麦璇风
关注狗头造物，阅读有趣科普，【iSynBio造物】
,
