Выбор сред для ионообменной хроматографии

Процесс разделения и очистки биомакромолекул методом ионообменной хроматографии в основном осуществляется с использованием свойств диссоциации различных молекул, суммарного заряда ионов и электрической разницы распределения поверхностного заряда. Он стал одним из наиболее часто используемых методов очистки для разделения и очистки биохимических веществ, белков, пептидов и других веществ.

При разделении и очистке колонна должна иметь высокую загрузочную способность, простоту эксплуатации и длительный срок службы. Разделительная среда является наиболее важным фактором. Поэтому выбор разделительной среды особенно важен.
 

1. Выбор сорта:

Подходящую среду для ионообменной хроматографии следует выбирать в зависимости от типа заряда, размера молекулы, физико-химических свойств и микроокружения целевого продукта, подлежащего разделению и очистке. Для неорганических малых молекул выбор среды для разделения относительно прост, но для биомакромолекул необходимо учитывать больше факторов.

Биомакромолекулы, такие как белки, состоят из множества аминокислот, которые проявляют разные электрические свойства при разных условиях pH, а биомакромолекулы предъявляют особые требования к наиболее подходящему pH среды. Поэтому необходимо сначала понять целевой белок и т. д. Электрическая точка и соответствующее микроокружение в соответствии с этими условиями выбирают подходящий вид ионообменника.

Выбор катионита или анионита зависит главным образом от заряда разделяемого материала при его стабильном pH. Если он заряжен положительно, выбран катионит; если он заряжен отрицательно, выбирается анионит. Например, изоэлектрическая точка разделяемого белка равна 4, а диапазон стабильного pH — 6–9. Поскольку белок в это время заряжен отрицательно, для разделения следует выбрать анионит.
 

2. Выбор скелета: 

Соответствующий матричный (матричный) ионообменник следует выбирать в зависимости от выхода целевого продукта, требуемой чистоты и экономической ценности.

Полистироловая ионообменная смола общего назначения имеет характеристики стабильной структуры, низкую цену, высокую общую обменную емкость и подходит для процесса экстракции и разделения общих биохимических продуктов, таких как антибиотики, органические кислоты, животные или растительные ресурсы. Для некоторых продуктов генной инженерии с высокой добавленной стоимостью, требующих высокого разрешения и высокой чистоты продукта, все еще необходимы среды для биохимического разделения на основе целлюлозы, декстрана и агарозы.

Целлюлозные ионообменники относительно недороги, но имеют низкое разрешение и стабильность и подходят для первоначального разделения и массового приготовления. Разрешение и цена декстран-ионообменника умеренные, но внешнее влияние велико, и объем может сильно меняться при изменении ионной силы и pH, влияя на разрешение. Агарозные ионообменники обладают хорошей механической стабильностью и высоким разрешением, но стоят дороже.

Идеальная разделительная среда должна не только легко адсорбироваться, но и легко элюироваться. Если целевой продукт не чувствителен к изменениям ионной силы и pH, можно рассмотреть возможность использования сильной среды с сильным зарядом или сильной щелочности с высокой плотностью заряда. Если эти факторы чувствительны, следует использовать слабые или слабощелочные слабые среды. Если макромолекулярное вещество адсорбируется, комбинация получается относительно прочной, и ее часто трудно элюировать. Если для денатурации макромолекул используются суровые условия, следует выбирать среду с низкой плотностью функциональных групп.

Сильнокислая или сильнощелочная среда с широким диапазоном pH. Его часто используют для разделения небольших молекул или разделения при экстремальных значениях pH. Однако из-за своих сильных электрических свойств он иногда легко денатурирует или теряет живые чувствительные биомолекулы. Слабокислые или слабощелочные слабые среды обладают широким диапазоном селективности и нелегко инактивируют белки. Поэтому они обычно подходят для разделения макромолекул, таких как белки, но диапазон их pH узок.
 

3. Выбор размера частиц:

Размер разделительной среды оказывает существенное влияние на разрешение и скорость потока колонки ионообменной хроматографии. Обычно разделяющая среда имеет небольшой размер частиц и высокое разрешение, но равновесный ион имеет длительное время равновесия и медленную скорость потока; когда размер частиц велик, колонка имеет относительно высокую скорость потока и небольшой перепад давления, но разрешение низкое и загрузка мала. Следовательно, среда для разделения крупных частиц подходит для крупномасштабного препаративного разделения, которое не требует разделения, а среда для разделения мелких частиц подходит для тонкого разделения, требующего высокого разрешения или стадии очистки продукта.