【珐成浩鑫杯】离子交换层析纯化技术二、三、四

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      什么是离子交换层析纯化？讲离子交换层析纯化，不得不先了解一下什么是纯化，所谓生物制品纯化简单一点说就是去除我们不需要的杂质，保留我们需要的成分，以流感疫苗为例，对流感疫苗而言纯化就是保留流感病毒，去除卵清蛋白的过程。一般而言，纯化都包括两个基本阶段：粗纯（初级分离）和精纯（精制纯化）。粗纯阶段的主要任务是分离细胞和培养液，破碎细胞释放产物(如果产物在细胞内)，浓缩产物和去除大部分杂质等，这一阶段可选用的分离方法包括细胞破碎技术、离心沉降、盐析和超滤浓缩技术等；精纯纯化阶段则选用各种具有高分辨率的技术，以使目的蛋白和少量干扰杂质尽可能分开，达到所需的质量标准，超速离心技术和各种层析技术成为当前达到此目的的主要方法，生物制品纯化工艺，一般采用粗纯技术与精纯技术配合使用。本文主要介绍精制纯化的一种技术-离子交换层析纯化技术。

     离子交换层析纯化（ion-exchange chromatography）是利用离子交换剂为固定相，依据溶质与离子交换剂之间的静电相互作用力的差别，进行溶质分离的一种层析技术。它广泛应用于蛋白质、多肽、核酸、寡聚核苷酸和其他带电荷的生物分子的分离纯化。

     离子交换层析纯化（ion-exchange chromatography）有哪些特点？

     离子交换层析纯化技术是一种精制纯化技术，一般用于精制纯化，往往与其他粗纯化技术配合使用，在精纯化应用中，具有操作简化、效率高、节约能源及降低成本方面，显示出越来越强的优势；该技术应用范围广，便于标准化的实施。在众多层析法中,离子交换层析可能成为最有效的，从低浓度培养液中高效分离目的有效成分的纯化方法。传统的离心、过滤和沉淀技术更多只是作为整个疫苗分离纯化工艺的起始步骤，用于初步分离过程，层析技术与沉淀、离心等传统分离技术的结合已逐渐成为疫苗分离纯化的主流。

离子交换层析纯化是如何完成的？

大多数离子交换层析纯化通过以下步骤完成生物制品的精制纯化：

表面扩散,需要去除的离子向交换介质颗粒表面扩散；

内部扩散，需要去除的离子在交换介质颗粒内部向带电部分扩散；

两相交换平衡，需要去除的离子与带静电交换介质颗粒交换平衡；

向外表面扩散，需要去除的被交换离子通过交换介质，由交换介质内部扩散到交换介质表面；

向外扩散，扩散到交换介质表面的需要去除的被交换离子，脱离交换介质，扩散到周围溶液中。从而完成生物制品的精制纯化。

离子交换层析纯化常用的交换介质有哪些？

离子交换纤维素，离子交换纤维素又分为阳离子离子交换纤维素和阴离子交换纤维素。其中阳离子离子交换纤维素包括：强酸性阳离子离子交换纤维素、弱酸性阳离子离子交换纤维素；阴离子离子交换纤维素包括：强碱性阴离子离子交换纤维素、弱碱性阴离子离子交换纤维素。

离子交换凝胶，这种交换介质采用的不是纤维素而是葡聚糖或聚丙烯酰胺微粒。

离子交换介质，如交联聚苯乙烯、酚醛树脂、琼脂糖等。

离子交换层析纯化应用中常见问题有哪些？

离子交换层析纯化应用中常见问题有：层析柱流速低、需去除杂质不予交换介质结合或结合力弱、有效成分收率低、验证过程重复性差等。

针对上述问题可采取什么处理措施？

层析柱流速低，可能是层析柱中有气泡、层析柱介质顶部有沉淀物、层析柱介质太密实、空隙被堵塞等。针对气泡，可增加柱压或低温存放后升温，清除气泡；针对层析柱介质顶部有沉淀物可更换顶部介质或层析是添加阻垢剂；针对层析柱介质太密实可重新装柱、空隙被堵塞可再生介或更换介质。

需去除杂质不予交换介质结合或结合力弱，可能是初始上样缓冲液离子强度太高或选定的PH值有误、柱未经平衡、柱子被清洁剂或附加吸附物吸附。针对初始上样缓冲液离子强度太高或选定的PH值有误，看采取调整初始上样缓冲液离子强度太高或选定的PH值；针对柱未经平衡，可采取重新装柱或延长平衡时间；针对柱子被吸附，可采取清洗层析柱。

有效成分收率低，可能是洗脱不完全，有效成分未分开不彻底等。针对洗脱不完全，可采取增加洗脱介质强度或更换适当的系统介质；针对有效成分分开不彻底，可采取调整缓冲液PH值，使目标成分与层析介质结合适度，便于分离。

验证过程重复性差，可能是待纯化中间产品发生了变性、缓冲系统错用等，针对这种情况，可采取改变待纯化中间产品的储存、层析条件，对储存、层析条件进行控制，对缓冲系统的离子强度及PH值进行控制。

离子交换层析纯化工艺在纯化过程应对哪些控制措施进行确认或验证？

离子交换层析纯化工艺需要进行的验证主要包括： 层析柱的使用寿命验证、层析柱的清洁或消毒、保存和再生SOP验证，层析系统设备确认、系统设备关键传感器的校验（包括紫外、电导、流速、pH等）、关键配件的更换标准或周期确认、系统清洁或消毒验证等。

离子交换层析纯化工艺在纯化过程应对哪些关键工艺指标、关键工艺参数进行控制？

离子交换层析纯化工艺在纯化过程需要控制的关键工艺指标、关键工艺参数包括：层析介质、缓冲液离子强度（盐浓度）和pH值、流速及压力、平衡体积、上样量、收样范围等进行控制；不同产品纯化的层析柱应专用，同一产品不同生产阶段不得使用同一层析柱等。

本文个人观点，仅供参考。

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