微球的應(yīng)用領(lǐng)域——色譜填料

微球的應(yīng)用領(lǐng)域——色譜填料

色譜填料/層析介質(zhì)微球是用于從生物發(fā)酵液中捕獲、純化目標(biāo)生物活性成分的核心材料。分離純化是單克隆抗體、融合蛋白、疫苗、胰島素、多肽等生物藥的核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)，直接決定了藥品的純度和質(zhì)量，也是主要生產(chǎn)成本所在。單克隆抗體生產(chǎn)中，下游分離純化環(huán)節(jié)成本即占據(jù)整個(gè)生產(chǎn)成本的65%以上。同時(shí)，色譜填料微球也是抗生素、有機(jī)合成藥物、手性藥物、天然藥物等小分子藥物重要的分離純化材料。

一、色譜柱填充微球應(yīng)用：純化樣品和定量分析研究

色譜可分為制備色譜和分析色譜。前者用于工業(yè)分離純化，藥企使用制備色譜進(jìn)行大規(guī)模分離純化時(shí)通常直接采購(gòu)填料產(chǎn)品；后者用于實(shí)驗(yàn)室分析檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)一般需供應(yīng)商將填料預(yù)裝成柱以供其使用。

二、色譜填料分類(lèi)

用于分析檢測(cè)的色譜填料主要為硅膠基質(zhì)

用于小分子分離純化制備的色譜填料包括硅膠和聚合物基質(zhì)

用于大分子分離純化制備的層析介質(zhì)大多為聚合物基質(zhì)

①無(wú)機(jī)色譜填料

無(wú)機(jī)色譜填料以二氧化硅多孔微球（硅膠色譜填料）較為常見(jiàn)。硅膠具有機(jī)械強(qiáng)度高、不溶脹、粒徑及孔徑可控、表面富含硅羥基（可以鍵合不同功能基團(tuán)）等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于有機(jī)合成藥物、植物藥、手性藥物、抗生素、多肽、胰島素等中小分子的分離純化。另一方面，硅膠色譜填料在pH<2條件下鍵合相容易脫落、ph>8時(shí)硅膠會(huì)溶解的缺陷，限制了其在酸堿條件下進(jìn)行分離純化時(shí)的使用，導(dǎo)致其使用壽命相對(duì)較短；此外，硅膠表面殘存的硅羥基亦使其對(duì)堿性物質(zhì)的分離效果不佳，影響了硅膠色譜填料在堿性化合物分離和分析中的應(yīng)用。

②有機(jī)聚合物色譜填料

有機(jī)聚合物又包括天然聚合物和合成聚合物

天然聚合物填料主要從植物和微生物中提取，其主要基質(zhì)包括瓊脂糖、纖維素、葡萄聚糖、殼聚糖等。天然聚合物填料的優(yōu)點(diǎn)主要在于其親水性，其相較于合成聚合物填料的缺點(diǎn)主要在于低機(jī)械穩(wěn)定性，因此又被稱(chēng)為“軟膠”，只能用于低壓層析分離純化。合成聚合物填料介質(zhì)主要包括聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸酯及聚苯乙烯等聚合物，以及聚苯乙烯-二乙烯基苯多聚體、甲基丙烯酸甲酯共聚物等共聚物。合成聚合物填料具有化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高的特點(diǎn)，既克服了硅膠不耐酸堿的缺點(diǎn)，也克服了軟膠機(jī)械強(qiáng)度差的弱點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍更廣。合成聚合物填料雖然開(kāi)發(fā)晚于硅膠和軟膠，但目前是應(yīng)用增長(zhǎng)較快的填料。概括地說(shuō)，就是聚合物填料主要包括兩類(lèi)，一類(lèi)是以瓊脂糖微球?yàn)榇淼奶烊桓叻肿訉游鼋橘|(zhì)，還有一類(lèi)是以聚苯乙烯和聚丙烯酸酯為代表的合成高分子層析介質(zhì)。聚合物基球還可以通過(guò)表面親水化改性及功能化制備離子交換、疏水、體積排阻及親和層析介質(zhì)等，以滿(mǎn)足蛋白、抗體、疫苗、病毒、血液制品等生物大分子大規(guī)模分離純化的需求。

三、總結(jié)

色譜柱是色譜系統(tǒng)的心臟，色譜填料是色譜柱的核心材料，因此色譜柱和色譜填料被譽(yù)為色譜“芯”。色譜柱的分離純化效果及分析檢測(cè)性能很大程度上取決于色譜填料。

色譜填料通常是指具有納米孔道結(jié)構(gòu)的微球材料，其粒徑在微米尺度范圍內(nèi)，而色譜填料上的孔徑則以納米衡量，常規(guī)孔徑大小在5-200納米范圍內(nèi)。色譜填料性能取決于其形貌、結(jié)構(gòu)、粒徑大小和分布、孔徑大小和分布、材質(zhì)組成及表面功能基團(tuán)，參數(shù)眾多，不同用途色譜填料需控制不同參數(shù)，導(dǎo)致其生產(chǎn)難度非常大。

用于工業(yè)分離純化的色譜填料往往需要10微米以上粒徑；

用于分析檢測(cè)的色譜填料其粒徑一般為3微米和5微米；

超高效液相色譜（UPLC）的填料粒徑需要小于2微米。

另一方面，色譜填料孔徑大小亦需要根據(jù)目標(biāo)分子大小來(lái)選擇，小分子的分離純化可選擇小孔徑、大比表面積的微球，大分子則必須使用大孔徑微球。