1.合成

       聚丙烯酰胺凝胶是由丙烯酰胺单体(Acrylamide，简称Acr)和交联剂N¹，N¹-甲叉双丙烯酰胺(N，N-methylene bisacrylamide,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，形成三维网状结构的凝胶(图4)。参与反应的催化剂有二种成分。一是引发剂，它提供原始自由基，通过自由基传递，使丙烯酰胺成为自由基，发动聚合反应；二是加速剂，它加快引发剂释放自由基速度。表2是常用引发剂与加速剂的搭配。过硫酸铵和核黄素分别引发二种不同类型的反应。

表2     聚合反应催化剂的搭配

TEMED，N，N，N¹，N¹-tetramethy1ethylenediamine N,N,N¹N¹-四甲基乙二胺；

DMAPN，3-dimethylaminpropionitrile,3-二甲基氨丙腈

       化学聚合：过硫酸铵在TEMED或DMAPN的催化下形成氧自由基，进而使单体形成自由基，引发聚合反应。聚丙烯酰胺凝胺的分离胶(小孔胶)，就是通过这种化学聚合而合成的。

       光聚合：核黄素在光下形成无色基，后者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。此法比上法制得凝胶的胶孔大，因此常作电泳中的浓缩胶。

以上的聚合反应，受许多因素的影响。

(1)大气氧能淬灭自由基，终止聚合反应，所以反应液应当与空气隔绝。

(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)某些化学物质可以减慢反应速度，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。

因此在设计电泳器和制备凝胶时，要注意这些因素的影响。

图4   丙烯酰胺，N’,N’-甲叉双丙烯酰胺和聚丙烯酰胺的化学结构式

2．凝胶浓度和交联度与孔径大小的关系

       为了使样品分离得快，操作方便，便于记录结果和保存样本，要求凝胶有一定的物理性质，合适的筛孔，一定的机械强度，良好的透明度。这些性质很大程度上是由凝胶浓度和交联度所决定的。

       100ml凝胶溶液中含有的单体和交联剂总克数称为凝胶浓度，记号为T。                                            

                                 T(%)＝［Acr(g)+Bis(g)］/ V(ml) ×100%                                                    

凝胶溶液中，交联剂占单体加交联剂总量的百分数为交联度，记号为C。

                               C(%)＝ Bis /(Acr+Bis)×100%

凝胶浓度能够在3%～30%中变化，浓度过高时，凝胶硬而脆，容易破碎；浓度太小，凝胶稀软，不易操作。凝胶浓度主要影响筛孔的大小。实验表明，筛孔的平均直径和凝胶浓度的平方根成反比。

P＝kd/T^1/2

       P.网孔的平均直径； T.多聚体浓度；d.多聚体分子直径(5A) K.常数，假如多聚体链结构近似直角交联的，则K为1.5

例如：

       T＝5%时 P＝1.5×5A/5%^1/2 ≈33.5A

       T＝7%时 P＝1.5×5A/7%^1/2 ≈28.3A

       交联度C反映凝胶结构中甲撑桥的密度。交联过高，凝胶是不透明的，并且缺乏弹性；交联过低，呈糜糊状。交联度可以决定筛孔的最大直径。

       在实验中观察到，要获得透明而有合适机械强度的凝胶，单体用量高时，交联量应减少，单体用量低时，交联剂量应增大。下式是一个要求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)

       凝胶浓度与被分离物的分子量大小关系。大致可用表3表示。

                                                  表3       分子量范围与凝胶浓度的关系

         最常用的凝胶，T＝7%～7.5%，C＝2%～3%，Davis标准凝胶的组成是，T＝7.2%，C＝2.6%。用此浓度的凝胶分离生物体内的蛋白质能得到较好的结果。当分析一个未知样品时，常常可先用7.2%的标准凝胶或用4%～10%的凝胶梯度来试测，而后选用适宜的胶浓度。

       用于研究大分子核酸的凝胶多为大孔径凝胶，太软，不易操作，最好加入0.5%琼脂糖。在3%凝胶中加入20%蔗糖，也可增加机械强度而又不影响孔径大小。

       3.聚丙烯酰胺凝胶的性能

       制作良好的聚丙烯酰胺凝胶与其他凝胶相比有如下优点：

       (1)聚丙烯酰胺凝胶是人工合成三维网状结构的凝胶，具有分子筛作用，其筛孔的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，因而吸附少，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。

       由于其具有上述特点，特别适合做区带电泳的支持物，用于酶带的分离以及进行分子量的测定。