凝胶电泳是一种以高分子水凝胶为支持介质的电泳技术,广泛应用于分子生物学、遗传学与生物化学。与其他电泳技术相比,最大的优势在于作为支持介质的高分子凝胶不仅能够防止对流、减小扩散,而且它们是多孔介质,具有分子筛效应。凝胶电泳是生物学实验的常用的分离纯化技术,在质谱、聚合酶链式反应和免疫印迹等检测之前提纯样品。传统的凝胶支持介质性能单一,往往只能分离分子量在30~250 kDa的蛋白,这极大的限制了凝胶电泳的生物学应用。因此,设计合成方法简单,分离性能优异的新型复合凝胶对凝胶电泳的生物学应用具有重要的理论和现实意义。本文以以聚丙烯酰胺凝胶电泳为研究背景,以凝胶电泳用分离介质材料的开发为切入点,通过一步共聚法制备出多种新型结构的复合凝胶材料并应用于生物样品的分离纯化。本文具体研究内容如下:(1)通过化学共聚的方法,在一个狭小的玻璃板空间中(1.0×70×100 mm~3)制备了多共价交联的聚(丙烯酰胺-丙烯酸)复合凝胶,并通过凝胶电泳和质谱研究复合凝胶的分离效率,扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、频率扫描、热重分析(TGA)和示差扫描量热法(DSC)等表征方法确认其组成。研究结果表明,丙烯酸与丙烯酰胺共聚制得的聚(丙烯酰胺-丙烯酸)复合凝胶的孔径比传统的聚丙烯酰胺凝胶的孔径要小,丙烯酸的引入,使得复合凝胶在交联度增加的情况下,机械性能没有明显变化。凝胶电泳结果表明,丙烯酰胺在与丙烯酸共聚后得到的复合凝胶具有比传统聚丙烯酰胺凝胶更高的分离能力,说明丙烯酰胺与丙烯酸存在多种交联方式。同时,聚(丙烯酰胺-丙烯酸)复合凝胶新的网络结构在分离分子量大于250 kDa的大分子蛋白具有明显的优势,成功分离出人体唾液中的大分子量蛋白:DMBT1(268 kDa),DESP(334 kDa),MUC5B(611 kDa)。在实验数据的基础上,对其形成机理进行了探讨,提出了具有多种共价交联方式的复合凝胶结构模型。(2)通过共聚的方法,在一个狭小的玻璃板空间中(1.0×70×100 mm~3)制备了离子交联和共价交联的聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸)复合凝胶,并通过凝胶电泳和质谱研究复合凝胶的分离效率,SEM、FTIR、频率扫描、TGA和DSC等表征方法确认其组成。研究结果表明,丙烯酰胺、丙烯酸与氯化钙共聚制得的聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸)复合凝胶的孔径不但比传统的聚丙烯酰胺凝胶的孔径要小,而且要规整,说明钙离子的引入使得复合凝胶的交联度有所增加,离子交联与共价交联共同作用使得凝胶网络更规整。凝胶电泳结果表明,对于分子量小于30 kDa的小分子模式蛋白,聚丙烯酰凝胶和聚(丙烯酰胺-丙烯酸)复合凝胶的分离效果较差,而聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸)复合凝胶则具有较好的分离效果。同时成功的分离出人体唾液中的小分子量蛋白:IGLL5(23.4 kDa),ZG16B(22.7 kDa),LCN1(19.4 kDa),LC1L1(18 kDa),PIP(16.8 kDa),IGKC(11.8 kDa)和LAC2(11.5 kDa)。在实验数据的基础上,对其形成机理进行了探讨,提出了具有双交联(离子交联和共价交联)的复合凝胶结构模型。(3)聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸)复合凝胶成功的快速分离了抗菌肽样品,而且完全兼容现有的仪器和试剂,这具有很好的应用前景。