離子交換色譜：原理、步驟和應用

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介紹

離子交換色譜是一種分離和純化蛋白質、肽、核酸和其他帶電生物分子強有力的技術，其原理是基於這些分子的淨電荷。

該技術涉及使用固定相，固定相由具有固定電荷基團的樹脂組成，這些基團根據目標分子的電荷特性與之結合。離子交換色譜的原理基於生物分子對樹脂上電荷基團的不同親和力，這使得能夠從複雜的生物分子混合物中選擇性分離目標分子。

以下內容詳細闡述了離子交換色譜的原理、步驟和應用。

離子交換色譜的原理

離子交換色譜的原理基於帶電生物分子與樹脂上電荷基團之間的靜電相互作用。

固定相由具有固定電荷基團的樹脂組成，這些基團帶正電或負電。當將帶電生物分子的混合物透過樹脂時，與固定相電荷相反的分子會被吸引並結合到樹脂上，而與固定相電荷相同的分子會被排斥並透過柱子而不結合。

然後可以透過改變洗脫緩衝液的離子強度或pH值將結合的分子從柱上洗脫下來，這會破壞樹脂上電荷基團與結合的生物分子之間的靜電相互作用。

離子交換色譜的兩種型別是：

• 陰離子交換色譜和

• 陽離子交換色譜。

陰離子交換色譜使用帶正電的樹脂來結合帶負電的生物分子。

陽離子交換色譜使用帶負電的樹脂來結合帶正電的生物分子。樹脂和緩衝條件的選擇取決於目標生物分子的電荷特性。

離子交換色譜的步驟

離子交換色譜涉及以下幾個步驟：

裝柱

離子交換色譜的第一步是裝柱，這涉及將樹脂裝入色譜柱中。樹脂通常使用適當緩衝液中的樹脂珠漿裝入預平衡的柱中。

然後用緩衝液洗滌色譜柱以去除任何未結合的樹脂珠並使色譜柱與所需的緩衝條件平衡。

樣品上樣

色譜柱平衡後，將含有目標生物分子的樣品載入到色譜柱上。樣品通常以低流速施加，以確保樣品在樹脂床上均勻分佈。

樣品在與平衡緩衝液匹配的緩衝液中載入到色譜柱上，這確保了目標生物分子在整個載入過程中保持穩定狀態。

洗滌

樣品載入到色譜柱上後，用緩衝液洗滌色譜柱以去除任何未結合的生物分子並減少非特異性結合。

洗滌步驟通常涉及使用高鹽濃度緩衝液，該緩衝液破壞生物分子與樹脂之間的非特異性相互作用。然後將緩衝液切換回平衡緩衝液，以確保目標生物分子保持結合在樹脂上。

洗脫

離子交換色譜的最後一步是洗脫，這涉及將結合的生物分子從樹脂上釋放出來。洗脫通常是透過改變洗脫緩衝液的離子強度或pH值來實現的，這會破壞樹脂上電荷基團與結合的生物分子之間的靜電相互作用。

必須仔細最佳化洗脫條件，以確保目標生物分子以高純度和高產率從柱上洗脫下來。

離子交換色譜的應用

離子交換色譜的一些最常見應用包括：

蛋白質純化

許多蛋白質在生理pH值下具有淨電荷，這使得它們能夠透過離子交換色譜分離。陰離子交換色譜常用於純化帶正電荷的蛋白質，而陽離子交換色譜常用於純化帶負電荷的蛋白質。該技術可用於從複雜的混合物（例如其他蛋白質、核酸和脂類）中分離目標蛋白質和其他汙染物。

肽純化

離子交換色譜也常用於肽的純化。由於肽的尺寸較小且雜質混合物更為複雜，因此通常比蛋白質更難純化。離子交換色譜可用於根據其淨電荷分離目標肽和其他汙染物。

核酸純化

離子交換色譜可用於純化核酸，例如DNA和RNA。該技術依賴於核酸的電荷特性，以將其從複雜混合物中的其他汙染物中分離出來。陰離子交換色譜常用於純化DNA，而陽離子交換色譜常用於純化RNA。

疫苗生產

離子交換色譜廣泛應用於疫苗生產。該技術可用於從細胞培養上清液中純化病毒顆粒，例如流感病毒、麻疹病毒和腺病毒。該技術也可用於純化用作疫苗抗原的重組蛋白，例如人乳頭瘤病毒病毒樣顆粒。

質量控制

離子交換色譜是生物製藥行業質量控制的重要工具。該技術可用於分析蛋白質和肽類藥物（例如單克隆抗體和胰島素）的純度和特性。

離子交換色譜也可用於分析這些藥物的電荷異質性，這會影響其生物活性和藥代動力學。

結論

離子交換色譜是一種分離和純化基於其淨電荷的生物分子的強有力技術。該技術依賴於樹脂上電荷基團與樣品中帶電生物分子之間的靜電相互作用。

離子交換色譜在生物製藥行業具有廣泛的應用，包括蛋白質和肽純化、核酸純化、疫苗生產和質量控制。

該技術通常與其他色譜技術結合使用，以實現更高的純度並提供目標生物分子的全面表徵。