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介质孔径大小及孔隙率对生物分离的影响

除了粒径大小和分布会影响层析介质分离性能外，孔径大小、比表面积及孔隙率也是生物分离纯化介质参数之一。层析分离模式主要是分子与介质表面功能基团作用的结果，层析介质可及比表面积是影响其吸附载量的主要因素，可及比表面积是分子可到达的内孔表面积加上介质外表面积。由于内孔表面积占据整个比表面积的90%以上，而内孔表面积主要由孔径大小，孔隙率来决定。孔径越小比表面积越大，但如果孔径太小，目标生物分子进不去，这样的小孔及其表面积对分离是没有作用的。孔径太大，比表面积也会降低，因此对于不同分子量大小的生物分子，有个的孔径大小，其可及表面积，分离。比如用于抗l生素这类分子量小的生物分子，孔径一般选择小于30纳米以下，而对于抗l体蛋白分离纯化的介质一般选择孔径在100纳米左右，而对于病毒这种大尺寸的生物体，需要400纳米以上超大孔的介质。超大孔径介质制备技术难度极大，这也是为什么目前没有好的层析介质可以有效分离病毒的原因之一。

分离纯化抗l体的目的。野l生型Protein A蛋白是金***葡l萄球菌细胞壁锚钉蛋白。三维空间上，抗l体FC端CH2-CH3区域与Protein A蛋白B结构域上两条反相平行的α螺旋结构相互结合。因此Protein A与抗l体分子特别是与IgG1、IgG2、IgG4有特异性结合，使得抗l体分子与发酵液中不具FC端结构的杂质如宿主蛋白与核酸等有效分离，进而达到纯化目的。Protein A 亲和层析介质是通过把ProteinA 配基偶联到微球介质上制备而成的。因为Protein A配基与目标抗l体的作用的专一性，因此亲和层析的分离纯化工艺和方法与抗l体样品杂质含量和种类多少影响不大，使用Protein A 介质一步纯化目标抗l体就可以达到95%以上纯度，回收率达到90%以上。亲和纯化效率也基本不受杂质多少影响，而其它分离模式如离子交换，疏水，分子筛等的分离工艺方法及效率大多取决于与目的蛋白同时存在的杂质种类和含量。因此，只要样品杂质不同，即使是纯化同样的目标生物分子，采用的分离工艺和方法就不同。以重组胰岛素分离纯化为例，不同厂家虽然生产的是同一目标胰岛素，但采用分离纯化方法完全不一样，主要原因就是每家生产的胰岛素杂质组成和含量不一样，因此需要不同的纯化工艺。而比胰岛素分子量更大，结构更复杂的抗l体基本可以采用标准化的三步曲，主要原因就是Protein A 亲和介质的出现大大简化抗l体的分离纯化工艺，但Protein A 价格昂贵让抗l体生产厂家爱恨交加。

目前市场上主流Protein A产品是GE生产的以琼脂糖为基质的产品，也是早商业化的产品。琼脂糖为基质的Protein A 介质具有载量高，亲水性能好，非特异性吸附低等优点，但琼脂糖介质天然缺陷是机械强度差，因此也被称为软胶。由于该介质耐压性能差，生产中需要降低柱高、减小流速以防止压力过高造成柱床塌陷，限制了抗l体批处理量及抗l体生产效率。软胶Protein A 另外一个缺陷是传质速度慢，主要原因是软胶孔径较小，排阻大。因此软胶Protein A 都需要驻保留时间长，流速慢条件下，抗l体吸附载量才会比较高，但在高流速下动态载量下降的非常快。因此一个理想的抗l体纯化用Protein A 介质需要具有高流速，高载量，高机械强度，及更长的使用寿命等特点。Protein A 介质载量是由微球孔径，比表面积，配基密度来决定的；机械强度则是由Protein A基球材料化学组成，交联度及孔隙率来决定的；Protein A 配基脱落及使用寿命主要由配基，基球性能及偶联方式来决定。实现高性能Protein A 亲和介质的国产化需要从底层创新开始。