當我們需要分離沙子和礫石的混合物。 最簡單的方法是什么？ 只需將混合物通過篩子，篩子只允許沙粒通過，同時保留大尺寸的碎石屑。

想象你有不同大小的 DNA 片段的混合物。 我們怎樣才能把它們分開呢？

我們可以通過應用我們用于分離沙子和礫石混合物的相同原理來做到這一點——當然要進行一些修改。

圖 1. 比較砂礫混合物的分離與不同分子量 DNA 片段混合物的分離。

電流在凝膠電泳中的作用

移動 DNA 的力是電場。

如下圖 2 所示，DNA 是一種帶負電荷的分子，因為它的糖-磷酸主鏈上有磷酸基團。 當暴露在電場中時，DNA 會向正極遷移。

圖 2. 突出顯示其負電荷的 DNA 結構。

瓊脂糖凝膠在凝膠電泳中的作用

由瓊脂糖組成的凝膠類似于我們將沙粒與較大的礫石碎片分離的篩子示例。

瓊脂糖與水混合、加熱，然后冷卻至室溫時，形成三維凝膠。 雖然在我們看來是固體，但在微觀層面上，這種凝膠是一種網狀結構。

圖3：瓊脂糖網眼結構

該網眼使瓊脂糖凝膠像分子篩一樣。

這里的孔徑范圍在納米級，只允許分子，如 DNA通過。

當 DNA 片段在電場的影響下通過瓊脂糖凝膠時，片段會通過凝膠向正電極遷移。 由于凝膠基質的分子篩作用，較小尺寸的 DNA 片段能夠在給定時間內進一步向正電極遷移。 較大的 DNA 片段不能輕易穿過網格，因此在給定的時間內遷移速度較慢。 這最終導致對混合物中的 DNA 分子進行基于大小的分類。

決定 DNA 在凝膠中遷移多快/多遠的因素

影響瓊脂糖凝膠中片段遷移率的兩個主要因素是 a) 施加電壓的大小，和 b) DNA 分子的大小。

如下圖 4 所示，DNA 片段越大，其在凝膠中的遷移距離越短。

圖 4：瓊脂糖凝膠電泳中基于大小的 DNA 分離。

凝膠濃度的重要性

凝膠中瓊脂糖的濃度決定了所得凝膠網的平均孔徑。瓊脂糖百分比濃度越高，基質的平均孔徑越小。

因此，DNA遷移與瓊脂糖百分比呈負相關。DNA分子通過小孔比通過直徑相對較大的孔向最終目的地遷移所需的時間更長。正極如下圖所示（圖5）。

圖5.凝膠中DNA遷移與瓊脂糖濃度的負相關。