凝膠電泳是一種根據分子的大小和電荷對大分子（DNA、RNA和蛋白質）及其片段進行分離和分析的方法。它在臨床化學中用于按電荷或大小分離蛋白質（IEF瓊脂糖，基本上與大小無關），在生物化學和分子生物學中用于按長度分離DNA和RNA片段的混合群體，以估計DNA和RNA片段的大小或通過電荷分離蛋白質。

通過施加電場使帶負電荷的分子穿過瓊脂糖或其他物質的基質，從而分離核酸分子。較短的分子比較長的分子移動更快并且遷移得更遠，因為較短的分子更容易通過凝膠的孔遷移。這種現象稱為篩分。瓊脂糖中的電荷將蛋白質分開，因為凝膠的孔太小，無法篩分蛋白質。凝膠電泳也可用于分離納米顆粒。

凝膠電泳在電泳過程中將凝膠用作反對流介質或篩分介質，即帶電粒子在電流中的移動。凝膠抑制了施加電場引起的熱對流，還可以充當篩分介質，阻止分子通過。凝膠也可以簡單地用于維持最終分離，從而可以應用電泳后染色。DNA凝膠電泳通常用于分析目的，通常是在通過聚合酶鏈反應（PCR）擴增DNA后進行的，但在使用其他方法（如質譜法、RFLP、PCR、克隆）之前，可以用作制備技術，DNA測序或Southern印跡進一步鑒定。

最通常使用的凝膠類型是瓊脂糖和聚丙烯酰胺凝膠。每種類型的凝膠都非常適合不同類型和大小的分析物。聚丙烯酰胺凝膠通常用于蛋白質，對小片段DNA（5-500 bp）具有很高的分辨能力。另一方面，瓊脂糖凝膠對DNA的分辨力較低，但分離范圍較大，因此通常用于大小為50–20,000 bp的DNA片段，但脈沖場的分辨率可能超過6 Mb凝膠電泳（PFGE）。聚丙烯酰胺凝膠以垂直構型運行，而瓊脂糖凝膠通常以潛艇模式水平運行。它們的澆鑄方法也不同，因為瓊脂糖會熱定形，而聚丙烯酰胺會在化學聚合反應中形成。

瓊脂糖凝膠由從海藻中提取的天然多糖?聚合物制成。與其他基質相比，瓊脂糖凝膠易于澆鑄和處理，因為凝膠的凝結是物理的而不是化學的變化。樣品也很容易回收。實驗完成后，可以將所得凝膠保存在冰箱的塑料袋中。

瓊脂糖凝膠的孔徑不均一，但是對于電泳大于200 kDa的蛋白質來說是最佳選擇。瓊脂糖凝膠電泳還可用于分離從50個堿基對到幾個兆堿基（百萬個堿基）的DNA片段，其中xxx的片段需要專門的儀器。凝膠中瓊脂糖的百分比會影響不同長度的DNA條帶之間的距離，而更高的百分比則需要更長的運行時間，有時甚至是幾天。相反，應使用脈沖場電泳（PFE）或場反向電泳運行高百分比的瓊脂糖凝膠。

“大多數瓊脂糖凝膠是用溶解在電泳緩沖液中的瓊脂糖的0.7％（好的分離或分離大的5-10kb DNA片段）和2％（好的分離度為0.2-1kb的小片段）制備的。最多可使用3％的瓊脂糖凝膠。分離非常小的碎片，但在這種情況下，更適合使用垂直聚丙烯酰胺凝膠；低百分比的凝膠非常弱，當您提起它們時可能會破裂；高百分比的凝膠通常會變脆并且不能均勻固定；通常1％的凝膠許多應用程序。”

由于聚丙烯酰胺凝膠提供的均勻孔徑，聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE）可用于分離大小為5至2,000 kDa的蛋白質。通過調節用于產生凝膠的丙烯酰胺和雙丙烯酰胺粉末的濃度來控制孔徑。制作這種類型的凝膠時必須小心，因為丙烯酰胺是一種有效的神經毒素，呈液態和粉狀。

傳統的DNA測序技術（例如Maxam-Gilbert或Sanger方法）使用聚丙烯酰胺凝膠分離長度相差一個堿基對的DNA片段，從而可以讀取序列。現在，除特別小的DNA片段外，大多數現代DNA分離方法都使用瓊脂糖凝膠。目前，它最常用于免疫學和蛋白質分析領域，通常用于將不同的蛋白質或同一蛋白質的同工型分離成單獨的條帶。可以將它們轉移到硝酸纖維素膜或PVDF膜上，以用抗體和相應的標記物（例如在Western blot中）進行探測。

通常，分辨凝膠以6％、8％、10％、12％或15％制成。將堆積的凝膠（5％）倒在分離的凝膠上，并插入凝膠梳（形成孔并定義將放置蛋白質，樣品緩沖液和梯子的泳道）。選擇的百分比取決于人們希望鑒定或探測的蛋白質的大小。已知重量越小，應使用的百分比越高。凝膠緩沖系統的變化可以幫助進一步分離非常小的蛋白質。

凝膠電泳中的緩沖液用于提供載有電流的離子，并將pH保持在相對恒定的值。這些緩沖液中含有大量離子，這是電流通過它們所必需的。諸如蒸餾水或苯之類的離子幾乎不含離子，這對于電泳而言并不理想。有許多用于電泳的緩沖液。對于核酸Tris /乙酸鹽/ EDTA（TAE）、Tris /硼酸鹽/ EDTA（TBE），最常見。已經提出了許多其他緩沖劑，例如硼酸鋰，基于Pubmed引用（LB）、等電組氨酸、pK匹配的商品緩沖液等很少使用；在大多數情況下，據稱原理是較低的電流（較少的熱量）匹配的離子遷移率，從而導致更長的緩沖壽命。硼酸鹽有問題；硼酸鹽可以聚合順式二醇，或與順式二醇相互作用，例如在RNA中發現的那些。TAE的緩沖能力最低，但對較大的DNA提供最佳分辨率。這意味著更低的電壓和更多的時間，但是更好的產品。LB相對較新，無法解析大于5 kbp的片段。但是，由于其低電導率，可以使用更高的電壓（最高35 V / cm），這意味著可以縮短常規電泳的分析時間。

大多數SDS-PAGE蛋白分離是使用“不連續”（或DISC）緩沖系統進行的，該系統顯著增強了凝膠中條帶的清晰度。在不連續凝膠系統中進行電泳的過程中，在電泳的早期會形成離子梯度，這會導致所有蛋白質在稱為等速電泳的過程中集中在一條清晰的條帶上。在凝膠的下部“分離”區域中按大小分離蛋白質。分離凝膠的孔徑通常要小得多，這會導致篩分效應，該效應現在決定了蛋白質的電泳遷移率。

電泳完成后，可以對凝膠中的分子進行染色以使其可見。可以使用溴化乙錠對DNA進行可視化，當插入到DNA中時，可以在紫外光下發出熒光，而使用銀染或考馬斯亮藍染料可以對蛋白質進行可視化。也可以使用其他方法來可視化凝膠上混合物成分的分離。如果要分離的分子具有放射性，例如在DNA測序凝膠中，則可以記錄凝膠的放射自顯影照片。?照片可以采取凝膠，經常使用Gel Doc系統。