Kaksiulotteinen (2D) geelielektroforeesi on menetelmä, jota tutkijat käyttävät purkamaan ja analysoimaan proteiiniseoksia erottamalla ensin proteiininauhat kahta eri akselia pitkin. Se on tekniikka, jota käytetään useimmiten käsiteltäessä monimutkaisia tai paksuja proteiiniseoksia, joissa on usein päällekkäisiä proteiinikokoja. 2D-geelielektroforeesi eroaa yksiulotteisesta geelelektroforeesista, koska ensimmäisessä menetelmässä proteiinit erotetaan kahden eri proteiiniominaisuuden perusteella, kun taas yksiulotteinen geelelektroforeesi erottaa proteiinit yleensä yhden ominaisuuden, kuten proteiinin koon, perusteella.
Geelielektroforeesia käytetään usein tutkimuksessa molekyylien erottamiseksi hyödyntämällä sitä tosiasiaa, että monilla biologisilla molekyyleillä, kuten DNA: lla, on sähkövaraus. Tätä tosiasiaa voidaan käyttää tutkijoiden eduksi, koska varautuneet molekyylit voidaan erottaa koon mukaan huokoisen substraatin, kuten agaroosin, läpi käyttämällä jännitegradienttia huokoisen, ionisen geelin poikki. Ajan myötä molekyylit kulkevat tämän geelin läpi kohti varausta, joka on vastakkainen molekyylin luonnolliselle varaukselle. Pienet ja voimakkaasti varautuneet molekyylit liikkuvat nopeammin kuin suuret molekyylit tai heikosti varautuneet proteiinit. 2D -geelielektroforeesissa, kun proteiinit on erotettu yhden ominaisuuden avulla, joka luo kaltevuuden, geeli voidaan sitten kääntää sivulle erottaakseen aiemmin syntyneet nauhat toisen ominaisuuden perusteella.
2D -geelielektroforeesissa käytetään usein proteiinien molekyylivarauksia yhtenä ominaisuutena, jolla proteiiniaggregaatit voidaan erottaa yksikomponenttisiksi proteiineiksi. Proteiinimassa on toinen yleinen ominaisuus, jota käytetään proteiinien erottamiseen 2D -geelielektroforeesissa. Kun proteiinit on ajettu geelillä yhden kaistan läpi yksiulotteisessa geelielektroforeesissa, kyseinen geeli voidaan sitten kehrätä sentrifugissa vetämällä raskaammat proteiinit alas nopeammin kuin pienemmät, vähemmän massiiviset proteiinit. Vedon suunta on kohtisuorassa siihen suuntaan, johon proteiinit vedettiin geelin läpi, koska jännitegradientin kautta tapahtuva sähkövaraus vetää puoleensa.
Elektroforeesilla on monia käyttötarkoituksia molekyylitutkimuksissa, mukaan lukien proteiinien erottaminen syntetisoitujen ominaisuuksien perusteella, kuten proteiinitunniste. Tyypilliseen massaan perustuvaa proteiinien erottamista käytetään myös silloin, kun proteiinit on merkitty muihin molekyyleihin. Tätä tekniikkaa voidaan käyttää näiden proteiinikompleksien kanssa, koska merkityt proteiinit putoavat helpommin geelin läpi kuin merkitsemättömät proteiinit.
Vaikka monet laboratorioiden erotusgeelit on valmistettu agaroosista, proteiinien erottaminen 2D -geelielektroforeesilla on parasta tehdä polyakryyliamidigeeleillä. Tämäntyyppisiä geelejä käytetään Western Blot -menetelmissä ja muissa proteiinikokoihin perustuvissa määrityksissä. Agaroosia käytetään useammin DNA -segmenttien erottamiseen.