이온교환 크로마토그래피 매체 선택

이온교환 크로마토그래피에 의한 생물거대분자의 분리 및 정제 과정은 주로 다양한 분자의 해리 특성, 이온의 순전하, 표면 전하 분포의 전기적 차이를 이용하여 수행됩니다. 이는 생화학 물질, 단백질, 펩타이드 및 기타 물질의 분리 및 정제에 가장 자주 사용되는 정제 기술 중 하나가 되었습니다.

분리 및 정제에서 컬럼은 높은 적재 용량, 쉬운 조작 및 긴 서비스 수명을 가져야 합니다. 분리 매체는 가장 중요한 요소입니다. 따라서 분리 매체의 선택은 특히 중요합니다.
 

1. 품종 선택:

적합한  이온교환크로마토그래피매체  분리 및 정제할 대상 제품의 전하 유형, 분자 크기, 물리화학적 특성 및 미세환경에 따라 선택해야 합니다. 무기 소분자의 경우 분리 매체 선택은 비교적 쉽지만 생체거대분자의 경우 더 많은 요소를 고려해야 합니다.

단백질과 같은 생물고분자는 다양한 아미노산으로 구성되어 있으며, 다양한 pH 조건에서 서로 다른 전기적 특성을 나타내며, 생물고분자는 가장 적합한 pH 환경에 대한 특정 요구 사항을 가지고 있습니다. 따라서 먼저 표적 단백질 등을 이해하는 것이 필요합니다. 이러한 조건에 따라 전기적 지점과 적절한 미세 환경을 파악하여 적절한 이온 교환기 종을 선택합니다.

양이온 교환기 또는 음이온 교환기를 선택할지는 주로 안정된 pH에서 분리된 물질의 전하에 따라 달라집니다. 양전하인 경우 양이온 교환기를 선택하고, 음전하인 경우 음이온 교환기를 선택합니다. 예를 들어, 분리할 단백질의 등전점은 4이고 안정된 pH 범위는 6-9입니다. 이때 단백질은 음전하이므로 분리를 위해 음이온 교환기를 선택해야 합니다.
 

2. 스켈레톤 선택: 

목표 생성물의 수율, 필요한 순도 및 경제적 가치에 따라 적절한 매트릭스(매트릭스) 이온교환기를 선택해야 합니다.

범용 폴리스티렌 이온교환수지는 구조가 안정하고 가격이 저렴하며 총교환용량이 높은 특성을 가지고 있으며 항생제, 유기산, 동물자원 또는 식물자원과 같은 일반 생화학 제품의 추출 및 분리 공정에 적합합니다. 높은 분해능과 높은 제품 순도가 필요한 일부 고부가가치 유전자 공학 제품의 경우 셀룰로스, 덱스트란 및 아가로스 기반 생화학 분리 매체가 여전히 필요합니다.

셀룰로스 이온 교환기는 비교적 저렴하지만 분해능과 안정성이 낮고 초기 분리 및 대량 제조에 적합합니다. 덱스트란 이온 교환기의 분해능과 가격은 적당하지만 외부 영향이 크고 이온 강도와 pH의 변화에 ​​따라 부피가 크게 변하여 분해능에 영향을 미칠 수 있습니다. 아가로스 이온 교환기는 기계적 안정성이 좋고 분해능이 높지만 비쌉니다.

이상적인 분리 매체는 흡착이 쉬울 뿐만 아니라 용출이 쉬워야 합니다. 대상 제품이 이온 강도 및 pH 변화에 민감하지 않은 경우, 강한 전하 또는 높은 전하 밀도를 가진 강한 알칼리성을 가진 강한 매체를 고려할 수 있습니다. 이러한 요소가 민감한 경우, 약하거나 약 알칼리성 약한 매체를 사용해야 합니다. 거대 분자 물질이 흡착되면 조합이 비교적 강하고 종종 용출하기 어렵습니다. 혹독한 조건을 사용하여 거대 분자의 변성을 일으키는 경우, 작용기 그룹 밀도가 낮은 매체를 선택해야 합니다.

넓은 pH 범위를 가진 강산성 또는 강알칼리성 매질. 종종 작은 분자를 분리하거나 극한 pH에서 분리하는 데 사용됩니다. 그러나 강한 전기적 특성으로 인해 때때로 쉽게 변성되거나 일부 민감한 생체 분자를 살아있게 잃습니다. 약산성 또는 약알칼리성 약한 매질은 선택성 범위가 넓고 단백질을 불활성화하기 쉽지 않습니다. 따라서 일반적으로 단백질과 같은 거대 분자를 분리하는 데 적합하지만 pH 범위가 좁습니다.
 

3. 입자 크기 선택:

분리 매체의 크기는 이온 교환 크로마토그래피 컬럼의 분해능과 유속에 상당한 영향을 미칩니다. 일반적으로 분리 매체는 입자 크기가 작고 분해능이 높지만 평형 이온은 평형 시간이 길고 유속이 느립니다. 입자 크기가 클 때 컬럼은 비교적 빠른 유속과 작은 압력 강하를 갖지만 분해능이 낮고 부하가 작습니다. 따라서 큰 입자의 분리 매체는 분해능이 필요하지 않은 대규모 분취 분리에 적합하고 작은 입자의 분리 매체는 높은 분해능이나 제품의 정제 단계가 필요한 미세 분리에 적합합니다.