이온 교환 크로마토그래피 매체 선택
이온 교환 크로마토그래피에 의한 생체 거대분자의 분리 및 정제 과정은 주로 다양한 분자의 해리 특성, 이온의 순 전하, 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 정제에 있어서 컬럼은 높은 적재 용량, 쉬운 작동 및 긴 사용 수명을 요구합니다. 분리 매체가 가장 중요한 요소입니다. 따라서 분리 매체의 선택이 특히 중요합니다.
1. 품종 선택:
적합한
이온 교환 크로마토그래피 매질
전하의 종류, 분자의 크기, 분리, 정제하려는 목적산물의 물리화학적 특성, 미세환경 등에 따라 선택해야 합니다. 무기 저분자의 경우 분리 매체 선택이 상대적으로 쉽지만 생체 거대분자의 경우 더 많은 요소를 고려해야 합니다.
단백질과 같은 생체거대분자는 다양한 pH 조건에서 서로 다른 전기적 특성을 나타내는 다양한 아미노산으로 구성되며, 생체거대분자는 가장 적합한 pH 환경에 대한 특정 요구 사항을 가지고 있습니다. 따라서 먼저 목적하는 단백질 등에 대한 이해가 필요합니다. 전기적 점과 적절한 미세환경, 이러한 조건에 따라 적절한 이온교환체 종을 선택해야 합니다.
양이온 교환기 또는 음이온 교환기를 선택할지는 주로 안정적인 pH에서 분리된 물질의 전하량에 따라 달라집니다. 양으로 하전된 경우 양이온 교환기가 선택됩니다. 음으로 하전된 경우 음이온 교환기가 선택됩니다. 예를 들어, 분리하려는 단백질의 등전점은 4이고, 안정적인 pH 범위는 6~9입니다. 이때 단백질은 음전하를 띠므로 분리를 위해서는 음이온 교환체를 선택해야 합니다.
2. 뼈대 선택:
목적 생성물의 수율, 요구되는 순도 및 경제적 가치에 따라 적절한 매트릭스(matrix) 이온 교환기를 선택해야 합니다.
범용 폴리스티렌 이온교환수지는 구조가 안정적이고 가격이 저렴하며 총교환용량이 높은 특성을 갖고 있어 항생제, 유기산, 동물자원, 식물자원 등 일반 생화학제품의 추출 및 분리공정에 적합하다. 고해상도와 제품 순도가 요구되는 일부 고부가가치 유전공학 제품의 경우 셀룰로오스, 덱스트란, 아가로스 기반의 생화학적 분리 매체가 여전히 필요합니다.
셀룰로오스 이온 교환체는 상대적으로 저렴하지만 분해능과 안정성이 낮고 초기 분리 및 벌크 준비에 적합합니다. 덱스트란 이온 교환체의 분해능과 가격은 적당하지만 외부 영향이 크며 이온 강도와 pH의 변화에 따라 부피가 크게 변하여 분해능에 영향을 줄 수 있습니다. 아가로스 이온 교환체는 기계적 안정성과 분해능이 우수하지만 가격이 더 비쌉니다.
이상적인 분리 매체는 쉽게 흡착될 뿐만 아니라 용출도 쉬워야 합니다. 대상 제품이 이온 강도 및 pH 변화에 민감하지 않은 경우 강한 전하를 갖는 강한 매체 또는 전하 밀도가 높은 강한 알칼리성을 고려할 수 있습니다. 이러한 요소가 민감한 경우 약하거나 약알칼리성 약 매체를 사용해야 합니다. 고분자 물질이 흡착되면 결합력이 상대적으로 강해 용출이 어려운 경우가 많습니다. 가혹한 조건을 사용하여 고분자의 변성을 일으키는 경우 관능기 밀도가 낮은 매체를 선택해야 합니다.
pH 범위가 넓은 강산성 또는 강알칼리성 매체입니다. 작은 분자를 분리하거나 극한 pH에서 분리하는 데 자주 사용됩니다. 그러나 강한 전기적 특성으로 인해 일부 민감한 생체 분자가 쉽게 변성되거나 손실되는 경우가 있습니다. 약산성 또는 약알칼리성 약배지는 선택성이 넓으며 단백질을 비활성화하기가 쉽지 않습니다. 따라서 일반적으로 단백질과 같은 거대분자를 분리하는 데 적합하지만 pH 범위가 좁습니다.
3. 입자 크기 선택:
분리 매체의 크기는 이온 교환 크로마토그래피 컬럼의 분리능과 유속에 중요한 영향을 미칩니다. 일반적으로 분리 매체는 입자 크기가 작고 분해능이 높지만 평형 이온은 평형 시간이 길고 유속이 느립니다. 입자 크기가 크면 컬럼의 유속이 상대적으로 빠르고 압력 강하가 작지만 분해능이 낮고 부하가 작습니다. 따라서 큰 입자의 분리배지는 분리가 필요하지 않은 대규모 예비분리에 적합하고, 작은 입자의 분리배지는 높은 분리능이나 제품의 정제 단계가 필요한 미세 분리에 적합합니다.
