隨著人們對生物醫(yī)藥的需求量的日益增長，促進(jìn)了生物上游技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也對下游的分離純化技術(shù)提出更大的挑戰(zhàn)，如何滿足快速、高效、高通量的分離純化的要求，開發(fā)高效的分離生化分離介質(zhì)是一條必經(jīng)之路。而目前的最常用的以多糖為基質(zhì)的傳統(tǒng)介質(zhì)，存在孔徑�。�20-30 nm孔徑）、機(jī)械強(qiáng)度低等問題，在大尺寸生物分子分離過程中，存在傳質(zhì)慢、載量低的問題，限制了其在高通量分離中的應(yīng)用。
針對這一問題，中國科學(xué)院過程工程研究所在多年研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了超大孔聚甲基丙烯酸縮水甘油醚微球（PGMA-DVB），該微球具有百納米的通孔，適合大尺寸生物分子的快速傳質(zhì)，但由于微球本身為聚合物基質(zhì)，存在一定的疏水性，需要對其進(jìn)行親水改性。該研究采用具有多個(gè)功能基團(tuán)的親水性分子聚乙烯亞胺(PEI)修飾了PGMA-DVB微球孔道表面，PEI分子既具有親水性又同時(shí)具有陰離子交換功能基團(tuán)，因此，可以一步實(shí)現(xiàn)對PGMA-DVB微球的親水改性和功能化，從而得到載量高、親水性好的PGMA-DVB-PEI超大孔介質(zhì)。改性后的微球依然能夠保持其原有的超大孔結(jié)構(gòu)和良好的通透性，其蛋白回收率達(dá)到90%以上。同時(shí)科研人員通過原子力顯微鏡直接觀察了分離環(huán)境下PEI分子在PGMA-DVB微球表面的分子構(gòu)象，發(fā)現(xiàn)隨著PEI支化代數(shù)的增加，其在微球表面的厚度也隨之增長；另外，他們也觀察到PEI分子隨著鹽濃度的增加，其分子構(gòu)象從伸展?fàn)顟B(tài)變?yōu)槭湛s狀態(tài)，關(guān)于這一結(jié)果文獻(xiàn)報(bào)道多通過測定蛋白載量進(jìn)行間接推測得到，該研究中科研人員通過AFM測定濕態(tài)下的PEI分子鏈構(gòu)象證實(shí)了該過程，同時(shí)該過程正與弱陰離子交換介質(zhì)在低鹽上樣和高鹽洗脫的過程相吻合，低鹽下PEI分子呈伸展?fàn)顟B(tài)有利于對蛋白分子的捕獲，從而提高載量，在高鹽的洗脫條件下，PEI分子呈收縮狀態(tài)有利于釋放蛋白，從而提高回收率。測定不同流速下的動(dòng)態(tài)載量結(jié)果表明該介質(zhì)，在操作流速升高7倍的條件下，其動(dòng)態(tài)載量僅下降20%。同時(shí)在高流速1000 cm/h下對混合蛋白的分離分辨率未有明顯下降，上述結(jié)果均表明PGMA-DVB-PEI介質(zhì)適合應(yīng)用于高流速、高通量的蛋白分離領(lǐng)域中。
上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（No. No. 51103158, No. 21206175, and No.21336010）的資助，成果發(fā)表于國際色譜核心期刊Journal of Chromatography A , 2014,1343,109-118.
圖1. PGMA-DVB微球改性前后的SEM表面形貌圖（A1和A2為改性前；B1和B2為改性后）
圖2. PGMA-DVB-PEI微球在不同濃度氯化鈉溶液中的AFM表面圖（A、B、C、D分別為0、0.3、0.5、1.0 M NaCl溶液）
圖3. 不同流速下的PGMA-DVB-PEI的動(dòng)態(tài)蛋白載量
