常見的幾類層析填料材質(zhì)以及它們的優(yōu)勢和局限

在生物制藥下游純化過程中，層析技術(shù)是獲得高純度樣品的核心手段，而層析填料就是實(shí)現(xiàn)高效分離的“核心武器”。

不同層析填料的選擇，直接決定了藥物分離純化的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

層析填料作為生物分子純化的主要幫手，粒徑多在微米尺度，主要由基質(zhì)和官能團(tuán)組成，在下游純化中，其分離性能取決于它們的理化性質(zhì)。

理想的層析填料應(yīng)該在各個(gè)需求方面都有著良好的性能，但不同材質(zhì)類型的層析填料，往往都有著自己的優(yōu)缺點(diǎn)，因此選擇合適的層析填料，往往最終會(huì)影響我們純化工藝過程及純化結(jié)果。

今天，我們就來盤點(diǎn)一下常見的幾類層析填料材質(zhì)，以及它們的優(yōu)勢和局限。
 

層析填料通常由基質(zhì)和官能團(tuán)兩部分組成，理解這些構(gòu)成要素及其影響，是選擇合適填料的第一步。

Table1 總結(jié)了層析填料不同性質(zhì)，在應(yīng)用中產(chǎn)生的作用。

Table 1. 層析填料不同性質(zhì)在應(yīng)用中產(chǎn)生的作用

在下游純化層析分離填料中，根據(jù)基質(zhì)不同分類，主要分三種類型：

天然來源材料基質(zhì) 

以瓊脂糖、葡聚糖為代表的改性碳水高分子層析介質(zhì)，亦有部分用戶習(xí)慣稱之為“軟膠”。

• 優(yōu)點(diǎn)：

○ 親水性好，生物相容性強(qiáng)。

○ 生物大分子純化中應(yīng)用最廣：適合抗體、重組蛋白、疫苗等大分子純化。

• 不足：

基質(zhì)相對聚合物較軟，可耐受壓力較聚合物材質(zhì)低。

• 發(fā)展：

以博格隆為代表的企業(yè)已開發(fā)并大規(guī)模應(yīng)用高剛性瓊脂糖填料，耐壓可達(dá) 5 bar，可滿足大部分產(chǎn)業(yè)化需求。

有機(jī)聚合物基質(zhì)

以交聯(lián)聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯為代表的合成高分子聚合物色譜填料和層析介質(zhì)。但是由于其骨架結(jié)構(gòu)疏水性很強(qiáng)，比如：苯乙烯-二乙烯苯的共聚物，對蛋白質(zhì)等生物大分子有很強(qiáng)的非特異性吸附，除了直接用于反相模式的分離生物物質(zhì)外，在應(yīng)用其他分離模式時(shí)一般需要對其表面進(jìn)行改性。

• 優(yōu)點(diǎn)：

○ 可耐受高壓，大孔徑填料流通性好。適合高粘度高雜質(zhì)的料液中目的物捕獲、下游純化中的精純步驟等。

○ 比表面積較大的產(chǎn)品具有較好的結(jié)合載量。

• 不足：

○ 骨架疏水性強(qiáng)，易產(chǎn)生非特異性吸附。

○ 需要表面改性后才能適用于更多模式。

• 應(yīng)用：

常用于高負(fù)荷捕獲、精純步驟或反相分離。

無機(jī)基質(zhì)

以硅膠為代表，其剛性大、不耐酸堿，多用于制備正反向?qū)游鼋橘|(zhì)，在小分子化合物提取分離，特別是多肽、植物提取行業(yè)廣泛應(yīng)用，也多用于分析型色譜柱介質(zhì)的制備。

因具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、耐溶劑性、可控的比表面積和孔徑大小、不溶脹和不可壓縮性以及表面富含易于鍵合或改性的硅羥基等優(yōu)點(diǎn)，使得硅膠成為應(yīng)用歷史最悠久、最廣泛的高效液相分析色譜填料之一，是實(shí)驗(yàn)室分析色譜及小分子工業(yè)分離純化主要介質(zhì)。

但硅膠在酸堿條件下不穩(wěn)定的缺點(diǎn)使其不適合用于在堿性條件下分離，因此硅膠很少用于生物大分子的分離純化。

• 優(yōu)點(diǎn)：

○ 剛性大、孔徑均一，分辨率高。

○ 耐有機(jī)溶劑，適合高效液相層析。

• 不足：

○ 在堿性條件下不穩(wěn)定，壽命有限。

○ 不適合生物大分子的分離。

• 應(yīng)用：

廣泛用于小分子、多肽、植物提取和 HPLC 分析。
 

• 大分子分離（抗體、疫苗、質(zhì)粒等） → 優(yōu)先選擇瓊脂糖基質(zhì)。

• 高強(qiáng)度、高通量場景 → 聚合物基質(zhì)更具優(yōu)勢。

• 分析與小分子分離 → 硅膠基質(zhì)仍是首選。
 

層析填料的材質(zhì)，就像純化工藝的“地基”，決定了工藝能“走多遠(yuǎn)、走得多穩(wěn)”。

• 瓊脂糖基質(zhì)：生物相容性好，是大分子純化的主力軍。

• 聚合物基質(zhì)：機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)耐受性強(qiáng)，適合高通量和高負(fù)荷工藝。

• 硅膠基質(zhì)：孔徑均一、分辨率高，是小分子與分析層析的經(jīng)典選擇。

理解不同材質(zhì)的特點(diǎn)，才能在純化工藝開發(fā)時(shí)“因材施用”，讓分離更加高效穩(wěn)健。
 

參考文獻(xiàn)

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