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イオン交換クロマトグラフィー媒体の選択

イオン交換クロマトグラフィーによる生体高分子の分離と精製のプロセスは、主に、さまざまな分子の解離特性、イオンの正味電荷、および表面電荷分布の電気的差異を使用して実行されます。これは、生化学物質、タンパク質、ペプチド、その他の物質の分離と精製に最も頻繁に使用される精製技術の1つになっています。

分離・精製では、高い負荷容量、操作のしやすさ、長寿命が求められます。分離媒体は最も重要な要素です。したがって、分離媒体の選択は特に重要です。

1.品種の選択:

適切なイオン交換クロマトグラフィー媒体電荷の種類、分子のサイズ、物理化学的特性、および分離および精製するターゲット製品の微小環境に応じて選択する必要があります。無機小分子の場合、分離媒体の選択は比較的簡単ですが、生体高分子についてはより多くの要因を考慮する必要があります。

タンパク質などの生体高分子は、さまざまなpH条件下でさまざまな電気的特性を示すさまざまなアミノ酸で構成されており、生体高分子には最適なpH環境に対する特定の要件があります。したがって、最初に標的タンパク質などを理解する必要があります。電気的ポイントと適切な微小環境は、これらの条件に従って、適切なイオン交換体種を選択します。

陽イオン交換体と陰イオン交換体のどちらを選択するかは、主に、安定したpHでの分離された材料の電荷に依存します。正に帯電している場合は、陽イオン交換体が選択されます。負に帯電している場合は、陰イオン交換体が選択されます。たとえば、分離するタンパク質の等電点は4で、安定したpH範囲は6〜9です。この時点でタンパク質は負に帯電しているため、分離には陰イオン交換体を選択する必要があります。

2.スケルトンの選択:

適切なマトリックス(マトリックス)イオン交換体は、ターゲット製品の収率、必要な純度、および経済的価値に応じて選択する必要があります。

汎用ポリスチレンイオン交換樹脂は、安定した構造、低価格、高い総交換容量という特徴があり、抗生物質、有機酸、動物資源、植物資源などの一般的な生化学製品の抽出および分離プロセスに適しています。高解像度と高純度を必要とする一部の高付加価値遺伝子工学製品では、セルロース、デキストラン、およびアガロースベースの生化学的分離媒体が依然として必要です。

セルロースイオン交換体は比較的安価ですが、分離能と安定性が低く、初期分離とバルク調製に適しています。デキストランイオン交換体の分解能と価格は中程度ですが、外部からの影響が大きく、イオン強度とpHの変化に伴って体積が大きく変化し、分解能に影響を与える可能性があります。アガロースイオン交換体は、優れた機械的安定性と高分解能を備えていますが、より高価です。

理想的な分離媒体は、吸着しやすいだけでなく、溶出しやすいものでなければなりません。対象製品がイオン強度やpHの変化に敏感でない場合は、強い電荷を持つ強い媒体または高い電荷密度を持つ強いアルカリ性が考えられます。これらの要因が敏感な場合は、弱アルカリ性または弱アルカリ性の弱い媒体を使用する必要があります。高分子物質が吸着していると、その組み合わせが比較的強く、溶出しにくいことがよくあります。過酷な条件を使用して高分子を変性させる場合は、官能基密度の低い媒体を選択する必要があります。

広いpH範囲の強酸性または強アルカリ性媒体。小分子を分離したり、極端なpHで分離したりするためによく使用されます。ただし、その強力な電気的特性により、敏感な生体分子が生きていると簡単に変性したり失われたりすることがあります。弱酸性または弱アルカリ性の弱い培地は、選択性の範囲が広く、タンパク質を不活化するのは簡単ではありません。そのため、一般的にタンパク質などの高分子の分離に適していますが、pH範囲が狭くなっています。

3.粒子サイズの選択:

分離媒体のサイズは、イオン交換クロマトグラフィーカラムの分離能と流速に大きな影響を及ぼします。一般に、分離媒体の粒子サイズは小さく、分解能は高くなりますが、平衡イオンの平衡時間は長く、流速は遅くなります。粒子サイズが大きい場合、カラムの流量は比較的速く、圧力損失は小さくなりますが、分離能は低く、負荷は小さくなります。したがって、大きな粒子の分離媒体は、分離に必要のない大規模な分取分離に適しており、小さな粒子の分離媒体は、高分離能または製品の精製段階を必要とする微細な分離に適しています。


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