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免疫印迹技术(Western Blotting)常见问题及解决方案

更新时间:2025-10-09      点击次数:71
免疫印迹技术(Western Blotting)常见问题及解决方案
免疫印迹实验(Western Blotting)虽原理明确,但涉及多步骤操作(样品制备、电泳、转膜、免疫反应、信号检测),任何环节的参数偏差或试剂问题都可能导致实验失败。本文聚焦实验中最常见的条带异常、背景干扰、信号缺失、定量不准四大类问题,结合分子生物学机制分析成因,提供可落地的解决方案,并关联罗氏试剂的技术优势与上海易汇生物的供应服务,帮助科研人员快速排查问题,提升实验成功率。
一、条带异常类问题:从 “条带形态" 定位实验漏洞
条带异常是免疫印迹实验中最直观的问题,主要表现为 “无目标条带、条带模糊、条带偏移、多一条 / 少一条带",需从 “蛋白质分离 - 结合 - 检测" 全流程追溯成因。
(一)问题 1:无目标条带(检测不到条带)
可能成因
  1. 样品制备环节:蛋白质未提取或降解(未加蛋白酶抑制剂)、样品上样量不足(低于检测下限,如目标蛋白含量<1 pg);

  1. 电泳环节:凝胶浓度不匹配(如检测 20 kDa 小蛋白用 10% 凝胶,蛋白跑出色谱胶)、电泳时间过长(蛋白迁移至凝胶外);

  1. 转膜环节:转膜方向反了(蛋白未转移到膜上,仍留在凝胶中)、转膜效率低(如 PVDF 膜未用甲醇激活,无法吸附蛋白);

  1. 免疫反应环节:一抗与目标蛋白不匹配(如用兔抗小鼠蛋白抗体检测人源样本)、一抗浓度过低(如 1:10000 稀释导致结合不足)、抗体失效(反复冻融或过期);

  1. 信号检测环节:ECL 底物过期(发光效率下降)、成像时间过短(未捕获到弱信号)。

解决方案
  1. 样品制备排查

  • 用 BCA 法(如罗氏 BCA Protein Assay Kit)检测蛋白质浓度,确保上样量≥20 μg(或目标蛋白含量≥1 pg);

  • 提取时添加新鲜的蛋白酶抑制剂(如罗氏 Complete™ Protease Inhibitor Cocktail,含 6 种抑制剂,可抑制丝氨酸 / 半胱氨酸蛋白酶等),避免蛋白质降解;

  1. 电泳与转膜验证

  • 根据目标蛋白分子量选择凝胶浓度(参考:10-50 kDa 用 15% 凝胶,50-100 kDa 用 10% 凝胶,100-200 kDa 用 8% 凝胶),电泳后用考马斯亮蓝染色凝胶,确认蛋白已进入凝胶且未跑穿;

  • 转膜前用甲醇浸泡 PVDF 膜 10 秒(激活羟基),转膜后用丽春红 S 染色膜,观察是否有蛋白质条带(若有则证明转膜成功,无则检查转膜方向或缓冲液);

  1. 免疫反应优化

  • 核对一抗说明书,确认种属匹配(如检测人 EGFR 需用抗人 EGFR 抗体,而非抗小鼠 EGFR),优先选择经过验证的单克隆抗体(如罗氏 Anti-EGFR Monoclonal Antibody,经 WB 验证,特异性>99%);

  • 调整一抗浓度(推荐起始浓度 1:1000-1:5000),4℃孵育过夜(延长结合时间),洗膜时用 TBST 缓冲液(含 0.1% Tween-20)充分洗涤(3 次 ×15 分钟),避免未结合抗体残留;

  1. 信号检测保障

  • 使用新鲜的 ECL 底物(如罗氏 Lumi-Light™ Plus Substrate,发光时间长达 8 小时),先进行 5 分钟预曝光,若信号弱则延长至 10-30 分钟,或使用高灵敏度成像仪(如罗氏 ChemiDoc™ MP Imaging System,检测下限达 0.1 pg)。

(二)问题 2:条带模糊(条带无清晰边缘,呈 “拖尾" 或 “弥散状")
可能成因
  1. 样品制备:蛋白质未充分变性(如 SDS 上样缓冲液未加 β- 巯基乙醇,或加热时间不足)、样品中含大量杂质(如盐浓度过高,导致电泳时蛋白迁移不均);

  1. 电泳环节:凝胶聚合不均(APS 或 TEMED 添加量不足,导致凝胶孔径不一致)、电泳缓冲液反复使用(离子浓度下降,导电性减弱);

  1. 转膜环节:转膜电流过大(膜发热导致蛋白扩散)、凝胶与膜之间有气泡(局部转膜不,条带断裂)。

解决方案
  1. 样品处理优化

  • 确保上样缓冲液中 β- 巯基乙醇终浓度为 5%,95℃加热 10 分钟(而非 5 分钟),使蛋白质变性(线性化);

  • 若样品盐浓度高(如从高盐缓冲液中提取),用透析袋(截留分子量 3 kDa)透析 24 小时(换液 3 次),或使用脱盐柱(如罗氏 HiTrap™ Desalting Columns)去除盐分;

  1. 电泳条件控制

  • 使用新鲜配制的电泳缓冲液(Tris - 甘氨酸 - SDS 缓冲液,pH 8.3),避免反复使用(建议使用次数≤3 次);

  • 选择预制胶(如罗氏 ExcelGel™ SDS 预制胶,工厂标准化生产,孔径均匀性 CV 值<5%),避免手动制胶导致的聚合不均;

  1. 转膜操作规范

  • 采用恒压转膜(而非恒流),根据膜面积调整电压(如 7 cm×8 cm 膜用 25 V 转膜 30 分钟),转膜时在冰浴中进行(避免膜发热);

  • 铺膜时用玻璃棒轻轻滚动,排除凝胶与膜之间的气泡(可在膜上滴加少量转膜缓冲液,帮助气泡排出)。

(三)问题 3:条带偏移(目标条带分子量与预期不符)
可能成因
  1. 蛋白质修饰影响:目标蛋白存在翻译后修饰(如磷酸化、糖基化、泛素化),导致分子量增大(如未磷酸化的 ERK 分子量约 42 kDa,磷酸化后因电荷变化,迁移速度减慢,条带偏移至 45 kDa 左右);

  1. 电泳参数偏差:凝胶浓度错误(如检测 40 kDa 蛋白用 15% 凝胶,而非 10%,导致蛋白迁移过快,条带分子量偏小)、电泳电压过高(迁移速度加快,条带位置偏上);

  1. 样品降解:蛋白质部分降解(如提取后未及时检测,导致 C 端或 N 端片段断裂),出现 “小分子量杂带",误判为目标条带。

解决方案
  1. 修饰验证

  • 若怀疑磷酸化修饰,可同时检测磷酸化与非磷酸化形式(如用罗氏 Anti-p-ERK 与 Anti-ERK 抗体,前者条带偏移,后者为标准分子量);

  • 若为糖基化修饰,用糖苷酶(如 PNGase F)处理样品(37℃孵育 1 小时),去除糖链后再电泳,观察条带是否恢复至预期分子量;

  1. 电泳参数校准

  • 严格按照目标蛋白分子量选择凝胶浓度(参考表 1),并使用蛋白分子量标准品(如罗氏 Precision Plus Protein™ Standards,含 10 种蛋白,分子量 10-250 kDa),每次实验均上样标准品,校准条带位置;

  • 控制电泳电压(浓缩胶 80 V,分离胶 120 V),避免电压过高(如 150 V)导致迁移速度异常;

  1. 降解防控

  • 蛋白质提取后立即进行电泳(或 - 80℃分装保存,避免反复冻融),若需长期保存,添加蛋白酶抑制剂(如罗氏 Complete™ Mini EDTA-free,适合金属蛋白酶抑制)。

目标蛋白分子量(kDa)
推荐凝胶浓度(%)
电泳时间(分离胶,120 V)
10-50
15
40-50 分钟
50-100
10
60-70 分钟
100-200
8
80-90 分钟
二、背景干扰类问题:从 “信号背景比" 优化实验条件
背景干扰表现为 “膜整体发光(高背景)、条带周围有光晕(局部背景)、出现非特异性杂带",核心原因是 “非特异性结合" 或 “试剂污染",需通过封闭、洗膜、抗体选择等环节优化。
(一)问题 1:膜整体发光(高背景,无法分辨目标条带)
可能成因
  1. 封闭不充分:封闭液选择错误(如检测磷酸化蛋白用脱脂牛奶,牛奶中内源性磷酸酶与抗体交叉反应)、封闭时间过短(如室温孵育 30 分钟,覆盖非特异性位点);

  1. 抗体非特异性结合:一抗浓度过高(如 1:500 稀释,导致非特异性结合增多)、二抗与膜或封闭液成分交叉反应(如用羊抗兔二抗检测兔源封闭蛋白);

  1. 试剂污染:ECL 底物污染(如混入杂质,导致非特异性发光)、膜被荧光物质污染(如戴手套接触膜,手套上的荧光剂残留)。

解决方案
  1. 封闭条件优化

  • 根据检测目标选择封闭液(参考表 2),如检测磷酸化蛋白或生物素标记抗体,优先用 3% BSA(如罗氏 Albumin from Bovine Serum,无内源性磷酸酶与生物素),避免用脱脂牛奶;

  • 延长封闭时间(室温 2 小时或 4℃过夜),封闭过程中持续摇床振荡(50 rpm),确保封闭液均匀覆盖膜表面;

  1. 抗体浓度调整

  • 降低一抗浓度(如从 1:500 调整为 1:2000),并进行梯度稀释实验(1:1000、1:2000、1:5000),选择 “条带清晰且背景低" 的最佳浓度;

  • 选择交叉反应率低的二抗(如罗氏 HRP-Conjugated Goat Anti-Rabbit IgG,经亲和纯化,与小鼠 IgG 交叉反应率<0.5%),二抗浓度控制在 1:5000-1:10000;

  1. 污染防控

  • 使用新鲜开封的 ECL 底物,避免反复使用(单次使用后丢弃剩余底物);

  • 操作时戴无粉手套,避免用手直接接触膜(可使用镊子夹取膜边缘),膜的存放环境避免荧光灯直射(防止荧光物质激发)。

检测目标
推荐封闭液
避免使用的封闭液
原因分析
普通蛋白质(非修饰)
5% 脱脂牛奶
-
成本低,封闭效果好
磷酸化蛋白
3% BSA
脱脂牛奶
牛奶含内源性磷酸酶,干扰信号
生物素标记抗体
3% BSA
脱脂牛奶
牛奶含内源性生物素,交叉反应
低丰度蛋白质
5% 脱脂牛奶 + 0.1% Tween-20
纯 BSA
添加 Tween-20 增强封闭效果
(二)问题 2:非特异性杂带(除目标条带外,出现额外条带)
可能成因
  1. 抗体特异性差:一抗为多克隆抗体(识别多个表位,与同源蛋白交叉反应)、一抗与样品中其他蛋白有同源序列(如检测 EGFR 时,与 ERBB2 蛋白交叉反应);

  1. 蛋白降解或聚合:样品中目标蛋白部分降解(产生小分子量片段,形成杂带)、蛋白质聚合(如加热不充分,形成二聚体 / 三聚体,出现大分子量杂带);

  1. 转膜污染:转膜时凝胶中的蛋白转移到膜的非预期区域(如相邻泳道的蛋白扩散,形成横向杂带)。

解决方案
  1. 抗体选择优化

  • 优先使用单克隆抗体(如罗氏 Anti-KRAS Monoclonal Antibody,仅识别 KRAS 蛋白的特定表位,交叉反应率<0.1%),避免使用多克隆抗体;

  • 查阅抗体说明书,确认是否有 WB 验证数据(如是否标注 “仅在 42 kDa 处出现单一条带"),选择经过同行评审的抗体;

  1. 样品处理改进

  • 提取后立即添加蛋白酶抑制剂(如罗氏 Complete™ Protease Inhibitor Cocktail),并在 - 80℃分装(避免反复冻融导致降解);

  • 确保上样缓冲液中 SDS 浓度为 2%,95℃加热 10 分钟,使蛋白质解聚(避免二聚体形成);

  1. 转膜与电泳控制

  • 上样时避免样品溢出(每个泳道上样量不超过泳道体积的 80%),电泳时使用新鲜缓冲液,避免蛋白扩散;

  • 转膜后用丽春红 S 染色,确认相邻泳道无蛋白交叉污染,若有则增加泳道间距或降低上样量。

三、信号与定量类问题:从 “数据可靠性" 提升实验重复性
信号与定量问题直接影响实验结论的可靠性,主要表现为 “信号弱、信号不稳定、定量结果重复性差",需从试剂质量、操作标准化、仪器校准等方面解决。
(一)问题 1:信号弱(目标条带亮度低,难以定量)
可能成因
  1. 目标蛋白丰度低:样品中目标蛋白含量低于检测下限(如<0.1 pg)、样品上样量不足(如仅上样 5 μg 蛋白);

  1. 抗体亲和力低:一抗与目标蛋白的亲和力常数(KD)过大(如>10⁻⁹ mol/L,结合能力弱)、二抗偶联效率低(如酶与抗体的偶联比例 DOL<1,信号放大不足);

  1. 检测系统灵敏度低:ECL 底物发光效率低(如普通底物,而非增强型)、成像仪检测限高(如无法捕获皮克级信号)。

解决方案
  1. 样品富集与上样优化

  • 若目标蛋白丰度低(如血清中的细胞因子),使用免疫沉淀(IP)富集(如罗氏 Protein G Sepharose™ 4 Fast Flow,特异性结合抗体 - 抗原复合物),富集后再进行 WB 实验;

  • 增加上样量(如从 10 μg 增至 30 μg),但需注意避免过载(导致条带饱和,影响定量);

  1. 抗体与底物选择

  • 选择高亲和力一抗(如罗氏 Anti-p53 Antibody,KD=10⁻¹² mol/L,结合能力是普通抗体的 1000 倍),二抗选择高偶联效率的产品(如罗氏 HRP-Conjugated 二抗,DOL=2-3);

  • 使用增强型 ECL 底物(如罗氏 Lumi-Light™ Plus Substrate,发光强度是普通底物的 5 倍),延长曝光时间(如从 1 分钟增至 10 分钟);

  1. 检测仪器升级

  • 使用高灵敏度成像仪(如罗氏 ChemiDoc™ MP Imaging System,配备高分辨率 CCD 相机,检测下限达 0.1 pg),避免使用 X 光片(曝光时间固定,难以捕捉弱信号)。

(二)问题 2:定量结果重复性差(多次实验的灰度值 CV>15%)
可能成因
  1. 操作不标准化:上样量不一致(如手动加样时,每孔体积偏差>1 μL)、孵育时间 / 温度波动(如一次 4℃过夜,一次室温 2 小时);

  1. 试剂批次差异:不同批次的一抗亲和力不同(如多克隆抗体制备过程中,批次间特异性差异)、ECL 底物发光效率波动(如不同批次的底物活性差异);

  1. 仪器未校准:成像仪的灰度值检测未校准(如每次实验的曝光参数不同,导致灰度值无法比较)、分析软件参数设置不一致(如阈值选择不同)。



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