蛋白质聚集是纯化过程中常见的问题，表现为溶液浑浊或形成沉淀，导致活性丧失和产量下降。聚集可由多种应力引发：暴露于气-液界面（搅拌、起泡）、疏水表面吸附、反复冻融、过高浓度、偏离适pH或盐浓度等。抑制策略包括：添加温和去垢剂（如Tween-20， Triton X-100）以减少表面吸附和疏水相互作用...

从实验室级别（毫克级）的工艺开发到工业生产（克/千克级）的放大，并非简单的几何尺寸放大，而是一个复杂的工程学挑战。放大过程中，流体动力学参数会发生改变。维持线性流速和柱床高度不变是常见策略，但柱直径的增大会导致壁效应和流动不均一。同样，在细胞破碎中，从超声探头放大到连续流高压匀质机，需要优化压力、循...

在设计和执行纯化方案时，预先了解或预测目标蛋白质的理化性质至关重要。这些性质是选择纯化方法的理论依据。关键参数包括：蛋白质的分子量（可通过序列预测或SDS-PAGE估算）、等电点pI（通过序列计算，用于离子交换层析的选择）、疏水性（影响疏水相互作用层析和反相层析）、表面电荷分布、二硫键的数量与位置、...

除非纯化的是胞外分泌的蛋白质，否则第一步通常是从细胞或组织中释放出目标蛋白。细胞破碎的方法需根据样本类型选择。对于细菌，常用超声破碎、高压匀质（如French Press）或酶解法（如溶菌酶处理）。对于培养的哺乳动物细胞，通常采用温和的 detergent 裂解液或Dounce匀浆器。植物组织更坚韧...

层析树脂是纯化的主要材料，其性能直接影响分离效果和效率。选择树脂时需考虑多个因素：1）基质材料，如琼脂糖（高载量、亲水、但流速较慢）、聚丙烯酰胺、葡聚糖或无机材料（如硅胶，耐压高、流速快，但pH耐受范围窄）；2）颗粒大小和分布，小颗粒分辨率高但反压大，粒径分布均一有助于获得尖锐的洗脱峰；3）孔径，必...

样本预处理是蛋白分离纯化的首要步骤，直接影响后续纯化效果。对于固体生物样本如动植物组织，需先通过机械破碎（匀浆、研磨）或酶解（胰蛋白酶、溶菌酶）方式破坏细胞壁与细胞膜，释放胞内蛋白。液体样本如发酵液则需进行离心或过滤处理，去除细胞碎片、沉淀等固体杂质。预处理阶段还需加入蛋白酶抑制剂（如PMSF、ED...

在大肠杆菌等系统中表达重组蛋白时，一个常见的问题是目标蛋白可能以不溶性的、无活性的聚集体的形式表达，称为“包涵体”。虽然这带来了挑战，但包涵体通常很纯净，且能抵抗蛋白酶降解。纯化包涵体蛋白的策略与可溶性蛋白截然不同。首先需要通过超声破碎细胞，然后通过离心收集包涵体沉淀，并用温和的去垢剂（如Trito...

无论是在学术研究还是工业生产中，成本都是一个重要因素。纯化过程的成本包括：层析树脂（介质）的购买和寿命（可重复使用次数）、缓冲液和化学试剂的消耗、设备折旧与维护、以及人力成本和时间。工艺开发的目标之一就是在保证产品质量的前提下，优化成本效益。这可能意味着：选择载量高、寿命长的树脂；减少纯化步骤；开发...

羟基磷灰石是一种磷酸钙陶瓷，其层析机制兼具离子交换（与Ca²⁺位点作用）和金属亲和（与PO₄³⁻位点作用）的特性。它对DNA有强烈的结合能力，并能根据蛋白质的表面电荷分布进行独特模式的分离。在抗体纯化中，HAC常被用于有效去除聚集体和残留的宿主DNA与Protein A，是一种重要的精纯手段。某些三...

在工业化生产中，过程分析技术（PAT）倡导通过实时监测来设计和控制生产工艺。在蛋白质纯化中，这意味着在层析流路中集成在线检测器，如UV/Vis检测器（用于蛋白质浓度）、pH和电导探头（用于缓冲液成分）、以及更先进的在线动态光散射（DLS）或质谱。这些实时数据可以与自动控制系统联动，实现“实时释放”（...

对于分析和制备型层析，自行装填层析柱能提供更大的灵活性并降低成本。均匀、无气泡的柱床是获得高分辨率的关键。装柱后，需用标准物质（如盐溶液）测定柱效，即理论塔板数，并计算不对称因子。一个性能良好的色谱柱应具有高柱效和对称的峰形，这表明装填均匀，能实现高效的分离。将实验室优化的纯化方案成功放大到生产规模...

在离心之后，上清液可能仍含有细微的悬浮颗粒和脂质，这些杂质会堵塞后续的层析柱，明显降低纯化效率。深层过滤作为一种补充的澄清手段，利用由纤维素、硅藻土等组成的具有深度效应的滤膜，通过机械截留和吸附作用捕获这些微小颗粒。此步骤能有效保护下游层析系统，延长柱寿命，提高流程的稳健性，特别是在大规模工业生产中...

在现代自动化纯化系统中，集成多种在线检测器可以实时监控纯化进程。除了基本的紫外检测器，还包括在线电导率仪监测盐浓度、在线pH计监测酸碱度，甚至在线光散射和DLS检测器，能够实时判断样品单分散性和检测聚集体形成，为过程控制和决策提供即时数据支持。纯化后的蛋白质需要妥善储存以维持其长期稳定性。关键考虑因...

等电点沉淀法利用蛋白质在等电点（pI）时净电荷为零、溶解度比较低的特性实现分离。不同蛋白质的等电点存在差异，通过调节溶液pH值至目标蛋白的pI，可使目标蛋白沉淀析出，而杂蛋白仍溶解于溶液中。该方法操作简便、成本低，但分辨率较低，常与盐析法联合使用以提高粗提效果。例如，在酪蛋白提取中，将牛奶pH值调节...

在设计和执行纯化方案时，预先了解或预测目标蛋白质的理化性质至关重要。这些性质是选择纯化方法的理论依据。关键参数包括：蛋白质的分子量（可通过序列预测或SDS-PAGE估算）、等电点pI（通过序列计算，用于离子交换层析的选择）、疏水性（影响疏水相互作用层析和反相层析）、表面电荷分布、二硫键的数量与位置、...

蛋白分离纯化是生物工程领域的主要技术之一，其目标是从复杂生物样本中提取目标蛋白并去除杂质，获得高纯度、高活性的产物。生物样本来源很广，包括微生物发酵液、动植物组织匀浆、细胞培养上清等，这些样本中除目标蛋白外，还含有核酸、多糖、脂质、杂蛋白等多种杂质，给分离纯化带来挑战。该技术不仅为蛋白质结构与功能研...

纯化得到的蛋白质，其结构完整不等于功能完整。活性测定是检验纯化过程是否成功维持蛋白质生物功能的金标准。对于酶，通过测定其催化底物转化为产物的速率来评估酶活；对于抗体，可通过ELISA或细胞结合实验评估其亲和力与特异性。将活性单位与总蛋白量相比，得到比活力，比活力的提升是衡量纯化步骤有效性的较直接指标...

在工业化生产中，过程分析技术（PAT）倡导通过实时监测来设计和控制生产工艺。在蛋白质纯化中，这意味着在层析流路中集成在线检测器，如UV/Vis检测器（用于蛋白质浓度）、pH和电导探头（用于缓冲液成分）、以及更先进的在线动态光散射（DLS）或质谱。这些实时数据可以与自动控制系统联动，实现“实时释放”（...

快速蛋白质液相色谱系统是专为蛋白质纯化设计的自动化液相色谱系统。与传统重力流或中压系统相比，FPLC采用生物相容性的惰性流路、精密的输液泵和在线紫外检测器，能够实现高分辨率、高重复性且自动化的层析分离。其可控的流速和精确的梯度形成能力，使其成为从实验室探索到中试生产规模蛋白质纯化的理想工具。在开发一...

冷冻电镜技术，特别是单颗粒分析，对蛋白质样品的单分散性要求极高。样品中必须尽可能避免聚集体、降解产物或构象不均一的存在，否则会严重影响二维分类和三维重构的分辨率。因此，用于冷冻电镜的蛋白质通常需要经过极其精细的纯化（如多次凝胶过滤）和严格的DLS、负染电镜筛选。对于疗愈用蛋白质（尤其是哺乳细胞系统表...

单克隆抗体的生产已经发展出高度成熟的平台化纯化工艺。其关键是蛋白质A亲和层析。蛋白质A能高特异性、高亲和力地结合大多数IgG的Fc区域，使得从细胞培养上清液中一步捕获抗体达到极高的纯度（>95%）。随后，为了去除残留的宿主细胞蛋白、DNA、聚合体、浸出的蛋白质A以及可能的内病毒，通常会跟进一个或多个...

对于小规模筛选或常规纯化，使用市售的预装层析柱非常方便。而对于特定介质或规格需求，实验室也可以利用空柱管和筛板自行装填小型预装柱。这种自制柱提供了极大的灵活性，允许研究人员快速测试不同介质，且成本较低，特别适合方法开发阶段。蛋白质，尤其是微量蛋白，在纯化过程中可能因非特异性吸附而损失在容器壁、滤膜或...

动态光散射是一种快速、无损的技术，用于测量溶液中蛋白质或纳米颗粒的流体力学半径分布。在蛋白质纯化中，DLS主要用于：1）评估样品的单分散性，一个狭窄的峰表明样品均一，是结晶和结构研究的理想状态；一个宽峰或多个峰则表明存在聚合体或降解产物；2）监测蛋白质的稳定性，通过在不同条件下（温度、时间）测量粒径...

表面等离子共振技术是一种无需标记的实时分析生物分子相互作用的强大技术。它将一种相互作用物固定于芯片表面，使另一种相互作用物流过芯片，SPR能实时检测结合和解离过程，从而精确测定动力学参数。在蛋白质纯化领域，它不仅用于表征纯化后蛋白质与配体的亲和力，还可用于筛选比较好的纯化条件。质谱技术已成为蛋白质纯...

在获得澄清的细胞提取液后，第一步纯化（常称为粗提或富集）常采用沉淀法。其原理是通过改变溶液条件，大幅降低目标蛋白（或杂蛋白）的溶解度，使其选择性沉淀，从而实现与大量杂质的快速分离。经典的方法是硫酸铵沉淀，通过加入高浓度的硫酸铵，与水分子竞争蛋白质表面的水合层，暴露出疏水区域，导致蛋白质因疏水相互作用...

样本预处理是蛋白分离纯化的首要步骤，直接影响后续纯化效果。对于固体生物样本如动植物组织，需先通过机械破碎（匀浆、研磨）或酶解（胰蛋白酶、溶菌酶）方式破坏细胞壁与细胞膜，释放胞内蛋白。液体样本如发酵液则需进行离心或过滤处理，去除细胞碎片、沉淀等固体杂质。预处理阶段还需加入蛋白酶抑制剂（如PMSF、ED...

膜蛋白嵌于脂质双分子层中，具有疏水表面，使其在水溶液中极易聚集和沉淀，纯化难度远大于可溶性蛋白。关键技术在于使用温和的去垢剂（如DDM、Triton X-100）将其从膜中“溶解”出来，并在整个纯化过程中维持去垢剂胶束的存在，以模拟其天然脂环境，保持其结构和功能。亲和标签策略在此同样适用，但缓冲液配...

膜蛋白嵌于脂质双分子层中，具有疏水表面，使其在水溶液中极易聚集和沉淀，纯化难度远大于可溶性蛋白。关键技术在于使用温和的去垢剂（如DDM、Triton X-100）将其从膜中“溶解”出来，并在整个纯化过程中维持去垢剂胶束的存在，以模拟其天然脂环境，保持其结构和功能。亲和标签策略在此同样适用，但缓冲液配...

亲和色谱中，配体与蛋白的亲和力优化可提高目标蛋白的回收率。疏水作用色谱中，蛋白的二级结构影响其疏水特性，可通过结构分析优化分离。电泳技术中的变性梯度聚丙烯酰胺凝胶电泳结合测序可用于基因突变检测。等电聚焦电泳可用于研究蛋白在不同细胞分化阶段的等电点变化。双向电泳可用于比较不同药物处理后细胞的蛋白表达差...

超滤在蛋白脱盐和缓冲液置换方面具有重要应用，能快速改变蛋白溶液的离子环境。免疫亲和色谱可用于抗体的纯化，通过与抗原的特异性结合实现抗体的高效分离。金属离子亲和色谱可用于蛋白的复性，在合适条件下帮助变性蛋白恢复活性。尺寸排阻色谱可用于分离蛋白与核酸等生物大分子的复合物。离子交换色谱可用于调节蛋白溶液的...