自由流电泳技术(Free-Flow Electrophoresis,FFE)作为生物分离分析技术的重要分支,可广泛用于:核酸、蛋白质、细胞器、细胞、微生物复合体等复杂样品的分离、提纯、制备,以及生物医学检测等领域。近年来基因、蛋白质组学研究方兴未艾,生物分离要求大样本、高通量、批处理,因此生物科研等领域对制备型自由流电泳产品的需求越来多、要求也大幅提高。可是,目前该类产品存在一些明显的不足,如:冷却效果不理想、装配不方便、排气繁琐、成本昂贵等,很大程度上阻碍了其应用和推广。本文的工作包括:首先针对上述问题,开发了新型制备型自由流电泳装置,该装置主要解决了如下问题:1)散热不理想,该装置的散热系统采用了高导热陶瓷板和半导体制冷技术相结合,替代了传统的有机玻璃板和循环冷却水组合的散热形式;2)装配繁琐,以及分离腔漏水问题,该装置采用分离腔上下紧固结构整体成型的设计方案,替代了传统的多梁式结构方法;3)排气困难,该装置采用简易的充气泵排气法替代了传统的采用多角度旋转结构支撑分离腔改变角度进行排气的方法;4)成本昂贵,采用多出口气压腔替代昂贵的多通道蠕动泵。经过上述改进之后,对该装置进行了水力环境、热力环境等方面的性能测试,验证了该装置的性能相比之前的装置有明显提高。而且,长达8小时的酸性品红(5mg/ml,10μl/min)分离实验,充分证明了该装置的可靠性和稳定性。同时,基于对影响分离腔内焦耳热产生的因素(分离电压,缓冲液浓度、流速)的实验研究,提出了获得自由流电泳分离实验条件的优化方法。然后,三种染料(氨基黑、苏木色精、反应红)混合的样品、三种蛋白质(牛血清白蛋白、细胞色素C、肌红蛋白)的混合样品、三种细胞(大肠杆菌、嗜热链球菌、酿酒酵母细胞)的混合样品都在该装置上得到成功的分离,而且分离的效果明显优于之前装置的分离结果。最后,基于多物理仿真软件(COMSOL Multiphysics)建立了该装置的散热模型,可用于研究和探讨优化该装置散热的途径;建立了自由流电泳的分离模型,同时耦合了电场、温度场、流场,可用于研究和优化自由流电泳的实验条件。