聚乙烯亚胺接枝琼脂糖介质的蛋白质吸附和色谱行为研究

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近年的研究表明，聚乙烯亚胺（PEI）接枝的阴离子交换色谱（IEC）介质在其离子交换容量（IC）高于临界离子交换容量（cIC）时对牛血清白蛋白（BSA）表现出较高的吸附容量和传质速率。这是由于，当IC>cIC时，介质孔道内伸展的PEI链提供三维吸附空间提高了吸附容量；“链传递”作用促进了传质使传质速率增大。本文围绕PEI接枝的琼脂糖（Sepharose FF）介质的性能和应用，进一步开展了系统研究。
　　首先研究了色谱操作过程中停留时间（流速）和流动相离子强度对蛋白质在PEI接枝琼脂糖介质填充柱上动态结合容量（DBC）的影响，以及蛋白质上样量对洗脱行为的影响。研究发现，IC>cIC的PEI接枝介质在较宽的停留时间和离子强度范围内能够保持较高的DBC，且洗脱峰与传统非接枝介质一致，呈现出对称尖锐的峰形。该结果表明，IC>cIC的PEI接枝介质适用于高速色谱操作，并且耐盐性高。与普通IEC一样，可通过增大盐浓度洗脱蛋白质。
　　为了比较不同蛋白质在PEI接枝介质中的吸附特性，研究了两种分子量和等电点明显不同的蛋白质（BSA和γ球蛋白）在一系列不同IC值（270–1030 mmol/L）的PEI接枝介质上的吸附平衡和吸附动力学。研究发现，γ球蛋白的“链传递”发生较早，即γ球蛋白的cIC值较BSA的cIC值低。这是由于γ球蛋白分子量大、等电点高（负电荷少，吸附作用弱），比BSA更容易发生“链传递”现象。
　　为了加深对PEI接枝琼脂糖介质的认识，研究了PEI的反离子（阴离子）对IC>cIC的PEI接枝介质离子交换色谱行为的影响。研究发现，PEI接枝介质的吸附动力学对反离子种类的敏感程度高于传统非接枝介质DEAE Sepharose FF和Q Sepharose FF。与PEI接枝介质亲和性较强的反离子能够促进蛋白质传质。这是由于“链传递”作为一种表面扩散方式，依赖于蛋白质的吸附强度，而反离子的亲和性增强会使蛋白质吸附强度减弱。
　　为了拓展PEI接枝介质的应用，将PEI接枝介质用于混合模式色谱（MMC）。研究了PEI接枝密度和疏水基修饰密度对混合模式色谱行为的影响，发现高PEI接枝密度的MMC介质不利于蛋白质的洗脱。这是因为洗脱过程中较低的pH值使PEI解离度增大，链间排斥力增强，PEI链变得伸展堵塞介质孔道，阻碍解吸蛋白质向孔外扩散，即发生“链位阻”效应。而PEI接枝密度低、疏水基修饰密度高的MMC介质呈现出较强的耐盐性，并通过降低pH有效洗脱蛋白质。
　　本研究对发展PEI接枝介质的蛋白质吸附理论和介质的应用具有重要意义。

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作者
刘娜;
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作者单位

天津大学;

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授予单位天津大学;
学科化学工程与技术
授予学位博士
导师姓名孙彦;
年度 2015
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类化学和物理化学过程;
关键词
蛋白质加工工程; 吸附容量; 色谱行为; 聚乙烯亚胺; 琼脂糖介质;

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