当您想到电场时，您可能会想到——通过为从家用电器到手机等各种设备提供动力，使现代生活成为可能的东西。研究人员一直在研究电的原理自1600年代以来。本杰明·富兰克林因风筝实验而闻名，证明闪电确实是带电的。
电还使生物学取得了重大进展。一种技术称为电泳让科学家能够分析生命分子——和蛋白质——通过它们的电荷来分离它们。电泳不仅在高中生物学中广泛教授，而且也是许多临床和研究实验室的主力，包括我的。
我是一个生物医学工程教授他从事微型电泳系统的工作。我和我的学生一起开发了这些设备的便携式版本，可以快速检测病原体并帮助研究人员对抗它们。
什么是电泳？
研究人员发现电泳在19世纪通过对粘土颗粒施加电压并观察它们如何迁移穿过沙层。经过 20 世纪的进一步发展，电泳已成为实验室的标准。
要了解电泳的工作原理，我们首先需要解释一下电场。这些是带电粒子（例如质子和电子）相互施加的看不见的力。例如，带正电荷的粒子会被带负电荷的粒子吸引。 “异性相吸”法则在这里适用。分子也可以带电荷；是积极的还是消极的取决于类型弥补了这一点。
凝胶电泳 - YouTube
在电泳中，连接到电源的两个电极之间产生电场。一个电极带正电荷，另一个电极带负电荷。它们被放置在一个装满水和一点点盐的容器的两侧，盐可以导电。
当带电分子如DNA和当水中存在粒子时，电极之间会产生力场，将带电粒子推向带相反电荷的电极。这个过程称为电泳迁移。
有关的：
研究人员喜欢电泳，因为它快速且灵活。电泳可以帮助分析从分子到微生物的不同类型的颗粒。此外，可以用纸、凝胶和细管等材料进行电泳。
1972年，物理学家斯坦尼斯拉夫·杜欣和他的同事观察到另一种类型的电泳迁移，称为非线性电泳它不仅可以通过颗粒的电荷来分离颗粒，还可以通过颗粒的大小和形状来分离颗粒。
电场和病原体
电泳的进一步进步使其成为对抗病原体的有用工具。特别是，微流体革命使小型实验室使研究人员能够快速检测病原体。
1999 年，研究人员发现这些微型电泳系统还可以分离完整的病原体通过它们的电荷差异。他们将几种细菌的混合物放入非常薄的玻璃毛细管中，然后将其暴露在电场中。一些由于它们具有不同的电荷，它们比其他设备更快地离开设备，从而可以按类型分离微生物。测量细菌的迁移速度使科学家能够通过不到 20 分钟的过程识别样本中存在的每种细菌。
微流体技术进一步改进了这一过程。微流体装置足够小，可以放在手掌中。它们的微型尺寸使它们能够比传统实验室设备更快地进行分析，因为颗粒不需要穿过设备那么远才能进行分析。这意味着研究人员正在寻找的分子或病原体更容易被检测到，并且在分析过程中丢失的可能性更小。
例如，使用传统电泳系统分析的样品需要穿过约 11 至 31 英寸（30 至 80 厘米）长的毛细管。这些可能需要 40 到 50 分钟来处理，并且不可携带。相比之下，分析的样品微型电泳系统迁移通过长度仅为 0.4 至 2 英寸（1 至 5 厘米）的微通道。这意味着小型便携式设备的分析时间约为两到三分钟。
非线性电泳使研究人员能够根据病原体的大小和形状分离和检测病原体，从而实现更强大的设备。我和我的实验室同事证明，将非线性电泳与微流体相结合不仅可以分离不同类型的细菌细胞但是也活的和死的细菌细胞。
医学中的微型电泳系统
微流体电泳具有跨行业应用的潜力。主要是，这些小型系统可以取代传统的分析方法更快的结果、更大的便利性和更低的成本。
例如，当测试抗生素的功效，这些微型设备可以帮助研究人员快速判断病原体在治疗后是否死亡。它还可以通过快速区分正常细菌和抗生素耐药细菌来帮助医生决定哪种药物最适合患者。
我的实验室还致力于开发用于纯化的微电泳系统噬菌体病毒可以用来治疗细菌感染。
随着进一步发展，电场和微流体的力量可以加快研究人员检测和对抗病原体的速度。
