凝膠電泳的物理基礎是帶電粒子在電場中的遷移——遷移率 μ = qE/f，其中 q 為淨電荷、E 為電場強度、f 為摩擦係數。DNA 因為磷酸骨架的均勻負電荷，在自由溶液中的遷移率與大小無關（free-draining coil）——需要凝膠基質的 molecular sieving 效應才能依大小分離。
Ogston Sieving vs Reptation
- Ogston model（小 DNA）：DNA gyration radius < 凝膠孔隙 → 以球體穿過孔隙的機率依大小指數下降
- Reptation model（大 DNA，de Gennes 1971）：DNA 像蛇在管道中蜿蜒 → 遷移率 ∝ 1/N。超過一定大小（~20 kb in agarose），所有 DNA 以相同速率遷移 → 傳統電泳失去解析力 → 需 PFGE
SDS-PAGE 的物理化學
SDS 以 ~1.4 g SDS/g protein 結合蛋白質，賦予均勻的負電荷密度。log(MW) 與遷移距離呈線性關係（在 resolving gel 的有效範圍內）。Laemmli 系統的 stacking gel（pH 6.8，大孔隙）利用 Kohlrausch regulating function（leading ion Cl⁻ 和 trailing ion glycine 之間的界面）將所有蛋白質壓縮成薄帶，進入 resolving gel（pH 8.8，小孔隙）後依分子量分離。
Western Blot 的延伸
SDS-PAGE 分離後 → 電轉至 PVDF/NC 膜 → 一級抗體辨識靶蛋白 → 二級抗體（HRP/AP conjugate）→ 化學發光/螢光偵測。定量 Western（LI-COR 近紅外螢光）和 capillary Western（Wes/Jess 系統）正在取代傳統膜式 blot 以提高再現性和通量。Simple Western 的自動化和小樣品量優勢使其在藥物開發 QC 中被廣泛採用。
現代替代與互補技術
- Bioanalyzer/TapeStation：微流體晶片電泳取代 agarose gel，提供數字化的 DNA/RNA 大小和濃度分析。RIN（RNA integrity number）已成為 RNA-seq 品質控制的標準指標
- Fragment Analyzer：高通量毛細管電泳，NGS library QC 的首選
- Mass photometry：無標記、單分子蛋白質質量測定，不需電泳即可測定 native complex MW
文獻參考：Laemmli, U.K. (1970). Nature, 227, 680-685. / Schwartz, D.C. & Cantor, C.R. (1984). Cell, 37, 67-75 (PFGE). / de Gennes, P.G. (1971). J Chem Phys, 55, 572-579.