离子交换层析：原理、特点及应用

离子交换层析：原理、特点及应用

离子交换层析是根据生物分子的带电荷差异进行分离的一种吸附性层析。当生物分子通过离子交换层析介质的时候，带电荷的分子和层析填料上的相反电荷之间产生静电吸附，这是一种可逆的相互作用，在使用缓冲液洗脱时，不同电荷数量的生物分子，其洗脱缓冲液的浓度不同，从而使生物分子通过离子交换层析介质后得到分离的效果。

特点

• 介质种类繁多，具有高选择性
• pH是离子交换层析至关重要的参数，pH的不同会导致整个实验结果的差异
• 操作简单，易于控制
• 属于吸附性层析，通常载量很高，具有浓缩作用
• 洗脱方式简单温和，通常采用盐离子梯度方式进行洗脱，少数情况使用pH梯度洗脱
• 回收率高

基本步骤

离子交换层析作为一种吸附性层析，主要步骤包括平衡、上样、清洗、洗脱和再生步骤（图1）。离子交换层析一般在特定pH的低盐缓冲液中进行上样，经过上样和清洗之后，通过增加洗脱液中的盐浓度逐渐对不同的分子进行洗脱。

图1 离子交换层析的基本步骤

适用性

离子交换层析适用于所有类型的目标分子（如蛋白质、核酸、多糖、疫苗、病毒等），也适用于纯化从捕获到中度纯化到精纯的所有步骤以及小试、中试、放大等所有规模。

填料

离子交换层析填料主要有基架和配基两部分组成，其中基架的类型和粒径大小决定了填料的耐压、流速、分辨率等，粒径越小，填料的分辨率越高，而同等高度的层析柱带来的反压也相对较大，而配基是实际和样品中生物分子结合的基团。

离子交换填料的配基根据离子交换层析类型的不同分为阴离子交换配基及阳离子交换配基，常见的离子交换填料配基类型（如表1)，在离子交换填料选择时，优先考虑强离子交换配基，如阴离子配基Q、阳离子配基S等，如果强离子交换配基无法得到满意的结果，也可以考虑使用弱离子交换配基为层析带来不同的选择性。

Cytiva离子交换层析填料的基架从早期的Sepharose 4B/6B经历了很多代的发展，新一代的Capto系列的基架采用改良的琼脂糖基架，和上一代的Sepharose基架相比刚性更强，具有更好的压力流速曲线，且在基架和配基中间增加了连接臂，使单位体积的填料的结合载量较上一代填料相比有较大的提升。目前基于Capto基架的填料已经成为离子交换填料选择时的首选之一。目前主要的离子交换填料的基架粒径大小及其分辨率、反压等情况（见图2)。

图2 常见离子交换填料基架类型

在选择离子交换填料时，可根据实际需求选择相应粒径的填料，如纯化需求是要用最短的时间完成更多样品的捕获时，可以选择粒径相对较大的填料；而如果需要更高的分辨率时，则需要选择粒径较小，分辨率较高的填料。