蛋白纯化介质的核心功能是通过特异性或非特异性吸附实现目标蛋白的分离和富集。不同介质在材质、粒径、耐压性及适用场景上存在显著差异。传统的纯化介质一般包括琼脂糖和聚合物之类的填料，比如常见的Sepharose和PS-DVB填料。另一类是新型纯化介质-磁珠，这类介质通常是指带有功能基团的磁性微球，目标物被磁珠吸附后可以可通过添加或去除磁场快速的对磁珠进行吸附或分离，实验目标物与杂质的快速分离。最后一类新型的纯化介质为膜介质，通常是指在分离膜上修饰特定功能的基团，赋予膜介质可以选择性的吸附特定的目标物，实验与杂质的分离。

 

一，传统纯化介质-填料

 

琼脂糖填料：其材质由交联琼脂糖（多糖类）组成，孔径大（20-300 nm），含有大量的羟基，具有亲水性强和生物相容性好的特点。其粒径的分布较为广泛，粒径>200um通常用于高分子的分类，如质粒等DNA物质；粒径范围为45-160 μm主要用于常规层析，如纯化抗体，蛋白等；粒径范围为20-50 μm主要用于高效层析，如纯化多肽，寡核苷酸等。对于琼脂糖填料，其耐压范围通常比较低，一般填料的耐压<0.3 MPa，易压缩，需低流速操作。

 

琼脂糖填料的优点：高载量（20-100 mg/mL），适合大分子（如抗体、病毒颗粒）。低非特异性吸附，生物相容性好。

 

琼脂糖填料的缺点：机械强度低，难以用于高压系统（如HPLC）。流速慢，放大生产耗时。

 

葡聚糖填料：其是一种具有三维网状结构的高分子化合物,它是由葡聚糖加入交联剂通过醚键互相交联聚合而成的,交联度越大,网孔结构就越紧密,吸水后的体积膨胀就越小,能允许进入凝胶内部的分子的分子量也就越小,反之亦然。葡聚糖填料的粒径范围一般在40-120 µm。粒径较大的填料（如粗级）适用于大规模制备性色谱，可在较低压力下获得较高流速；粒径较小的填料（如超细级）则用于需要高分辨率的柱色谱。葡聚糖填料的耐压范围一般较低，通常<0.3 MPa，操作条件温和，可在较广的温度范围内使用

 

葡聚糖填料的优点：非特异性吸附小，样品回收率高；操作条件温和，仅需一种缓冲液即可完成实验；适合生物分子的分离纯化，如蛋白质、多糖、核酸、多肽等。

 

葡聚糖填料的缺点：机械强度相对较低，不适用于高压系统；孔径较小的型号无法用于分子量大于100万的生物大分子分离。

 

聚合物填料：这类填料的材质主要是由合成高分子组成，通常是利用母球通过溶胀聚合法制备而成（如聚苯乙烯、聚丙烯酸酯），通过控制反应条件可以比较容易得制备出各种粒径的微球，并且在制备这类填料时，其粒径比较均一，通常具有单分散的特性。聚合图填料的粒径分布通常较窄，粒径范围为30-100 μm通常用于生物大分子的纯化，如蛋白和核酸等；粒径范围为3-10 μm通常用于高效层析，如纯化多肽，寡核苷酸等。聚合物填料通常具有优异机械强度，其耐压范围可达0.5-10 MPa。

 

聚合物填料优点：耐高压，适配HPLC/UPLC系统。化学稳定性强，可耐受极端pH和有机溶剂。

 

聚合物填料缺点：非特异性吸附较高，需对聚合物微球进行表面亲水化修饰，并且亲水话修饰的好坏直接影响填料的性能。该类填料的生产成本较高，合成工艺相对复杂。

 

二，传统纯化介质-整体柱

 

整体柱：是一种具有整体连续结构的多孔材料，通常由单一的块状材料制成，内部具有连续的孔隙结构，没有明显的颗粒堆积。其孔隙包括贯穿整体柱的大孔和连接大孔的介孔，大孔为流动相提供通道，使流动相能够快速通过柱子，介孔则提供了较大的比表面积，用于样品的分离和吸附。

 

优点：整体柱具有较好的通透性，即使骨架尺寸较小，其通透性也可以相当于直径较大的填充柱。例如，当整体柱的骨架为2微米时，其通透性相当于直径为5微米的填料。整体柱的传质效率较高，可以实现快速和高效的分离。

 

缺点：制备过程相对复杂，整体柱的材料和制备工艺要求较高，因此购买成本通常较高，为填料的数倍甚至数十倍。

 

三. 新型纯化介质-磁珠

 

磁珠：该纯化介质的结构通常为核壳结构（如Fe₃O₄核心+琼脂糖/硅胶/聚合物的外壳），表面修饰功能基团（如Protein A、Ni-IDA、离子交换基团等功能性基团），实现与样品的物质进行特异性或非特异性的吸附。其粒径分布范围较广，长为1-150 μm。具有内部含有超顺磁性的Fe₃O₄，其可在磁场的作用下迅速的被富集，当磁场去除后，由于Fe₃O₄不含剩磁，磁珠之间不会相互吸附，因此可以很容易的分散开来。在使用磁珠时，由于无需装柱，通过磁场分离，无压力依赖。

 

磁珠的优点：无需装柱，无需购买昂贵的层析仪，操作简单（如磁力架、自动化移液平台）。快速分离（分钟级），适合小样本或高通量筛选。对于刚起步的小实验室十分友好。

 

磁珠的缺点：放大生产困难。如单次使用则成本较高；重复使用，其成本可直线下降。

 

四. 新型纯化介质-膜介质

 

膜介质：该介质的材质主要由纤维素、聚醚砜（PES）和聚偏二氟乙烯(PVDF)等组成，该膜为多孔膜，表面经亲水化处理并修饰功能配基，，以实现与样品的物质进行特异性或非特异性的吸附。膜介质的孔径通常为0.1-5 μm，呈多层堆叠结构。由于膜材料具有优异机械强度，其具有较高的耐压范围，通常可达0.5 MPa，因此支持高流速上样。

 

膜介质的优点：传质速度快（对流主导，非扩散依赖），处理时间缩短10倍。适合超大体积样本（如单抗连续生产）。

 

膜介质的缺点：结合载量低（5-30 mg/mL），需频繁更换膜。易堵塞，对样品的前处理要求比较高，需严格预过滤。

来源：纯化大师

关键词： 蛋白纯化