过程工程所制备高通量超大孔弱阴离子交换分离介质

　　随着人们对生物医药的需求量的日益增长，促进了生物上游技术的发展，同时也对下游的分离纯化技术提出更大的挑战，如何满足快速、高效、高通量的分离纯化的要求，开发高效的分离生化分离介质是一条必经之路。而目前的最常用的以多糖为基质的传统介质，存在孔径小（20-30 nm孔径）、机械强度低等问题，在大尺寸生物分子分离过程中，存在传质慢、载量低的问题，限制了其在高通量分离中的应用。 

　　 针对这一问题，本课题组在多年研究的基础上，开发了超大孔聚甲基丙烯酸缩水甘油醚微球（PGMA-DVB），该微球具有百纳米的通孔，适合大尺寸生物分子的快速传质，但由于微球本身为聚合物基质存在一定的疏水性，需要对其进行亲水改性。本研究采用具有多个功能基团的亲水性分子聚乙烯亚胺(PEI)修饰了PGMA-DVB微球孔道表面，PEI分子既具有亲水性又同时具有阴离子交换功能基团，因此，可以一步实现对PGMA-DVB微球的亲水改性和功能化，从而得到载量高、亲水性好的PGMA-DVB-PEI超大孔介质。改性后的微球依然能够保持其原有的超大孔结构和良好的通透性，其蛋白回收率达到90%以上。同时我们通过原子力显微镜直接观察了分离环境下PEI分子在PGMA-DVB微球表面的分子构象，发现随着PEI支化代数的增加，其在微球表面的厚度也随之增长；另外，我们也观察到PEI分子随着盐浓度的增加，其分子构象从伸展状态变为收缩状态，关于这一结果文献报道多通过测定蛋白载量进行间接推测得到，本研究中我们通过AFM测定湿态下的PEI分子链构象证实了该过程，同时该过程正与弱阴离子交换介质在低盐上样和高盐洗脱的过程相吻合，低盐下PEI分子呈伸展状态有利于对蛋白分子的捕获，从而提高载量，在高盐的洗脱条件下，PEI分子呈收缩状态有利于释放蛋白，从而提高回收率。测定不同流速下的动态载量结果表明该介质，在操作流速升高7倍的条件下，其动态载量仅下降20%。同时在高流速1000 cm/h下对混合蛋白的分离分辨率未有明显下降，上述结果均表明PGMA-DVB-PEI介质适合应用于高流速、高通量的蛋白分离领域中。 

　　 上述研究工作得到了国家自然科学基金（No. No. 51103158, No. 21206175, and No.21336010）的资助，成果发表在国际色谱核心期刊Journal of Chromatography A, 2014,1343,109-118. 

　　                        图1                                                      图2 

图3

　　图 1 PGMA-DVB微球改性前后的SEM表面形貌图（A1和A2为改性前；B1和B2为改性后） 

　　图 2 PGMA-DVB-PEI微球在不同浓度氯化钠溶液中的AFM表面图（A、B、C、D分别为0、0.3、0.5、1.0 M NaCl溶液） 

　　图 3 不同流速下的PGMA-DVB-PEI的动态蛋白载量 

　　(生物材料过程工程创新团队 张荣月)