Auswahl von Ionenaustauschchromatographiemedien

Die Trennung und Reinigung von Biomakromolekülen mittels Ionenaustauschchromatographie erfolgt hauptsächlich unter Ausnutzung der Dissoziationseigenschaften verschiedener Moleküle, der Nettoladung von Ionen und der elektrischen Differenz der Oberflächenladungsverteilung. Sie hat sich zu einer der am häufigsten eingesetzten Reinigungstechniken für die Trennung und Reinigung von Biochemikalien, Proteinen, Peptiden und anderen Substanzen entwickelt.

Bei der Trennung und Reinigung muss die Säule eine hohe Beladungskapazität, einfache Bedienung und lange Lebensdauer aufweisen. Das Trennmedium ist der wichtigste Faktor. Daher ist die Auswahl des Trennmediums besonders wichtig.
 

1. Sortenauswahl:

Ein geeigneter  Ionenaustauschchromatographiemedium  Die Wahl des Trennmediums sollte nach Ladungsart, Molekülgröße, physikochemischen Eigenschaften und Mikroumgebung des zu trennenden und zu reinigenden Zielprodukts erfolgen. Bei anorganischen kleinen Molekülen ist die Wahl des Trennmediums relativ einfach, bei Biomakromolekülen müssen jedoch weitere Faktoren berücksichtigt werden.

Biomakromoleküle wie Proteine ​​bestehen aus einer Vielzahl von Aminosäuren, die unter verschiedenen pH-Bedingungen unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen. Biomakromoleküle haben spezifische Anforderungen an die am besten geeignete pH-Umgebung. Daher ist es notwendig, zunächst das Zielprotein usw. zu verstehen. Der elektrische Punkt und die geeignete Mikroumgebung, entsprechend diesen Bedingungen, wählen die geeignete Ionenaustauscherspezies aus.

Die Wahl eines Kationen- oder Anionenaustauschers hängt hauptsächlich von der Ladung des zu trennenden Materials bei seinem stabilen pH-Wert ab. Ist es positiv geladen, wird der Kationenaustauscher gewählt; ist es negativ geladen, wird der Anionenaustauscher gewählt. Beispielsweise liegt der isoelektrische Punkt des zu trennenden Proteins bei 4 und der stabile pH-Bereich zwischen 6 und 9. Da das Protein zu diesem Zeitpunkt negativ geladen ist, sollte zur Trennung ein Anionenaustauscher gewählt werden.
 

2. Skelettauswahl: 

Der geeignete Matrix-Ionenaustauscher sollte entsprechend der Ausbeute des Zielprodukts, der erforderlichen Reinheit und des wirtschaftlichen Werts ausgewählt werden.

Das universell einsetzbare Polystyrol-Ionenaustauscherharz zeichnet sich durch eine stabile Struktur, einen niedrigen Preis und eine hohe Gesamtaustauschkapazität aus und eignet sich für die Extraktion und Trennung allgemeiner biochemischer Produkte wie Antibiotika, organischer Säuren sowie tierischer und pflanzlicher Rohstoffe. Für einige hochwertige gentechnische Produkte, die eine hohe Auflösung und Produktreinheit erfordern, werden weiterhin biochemische Trennmedien auf Basis von Cellulose, Dextran und Agarose benötigt.

Cellulose-Ionenaustauscher sind relativ kostengünstig, weisen jedoch eine geringe Auflösung und Stabilität auf und eignen sich daher für die Ersttrennung und Massenaufbereitung. Auflösung und Preis des Dextran-Ionenaustauschers sind moderat, jedoch sind die äußeren Einflüsse groß, und das Volumen kann sich mit der Änderung der Ionenstärke und des pH-Werts stark verändern, was sich auf die Auflösung auswirkt. Agarose-Ionenaustauscher weisen eine gute mechanische Stabilität und eine hohe Auflösung auf, sind aber teurer.

Das ideale Trennmedium sollte nicht nur leicht adsorbierbar, sondern auch leicht eluierbar sein. Reagiert das Zielprodukt unempfindlich auf Änderungen der Ionenstärke und des pH-Werts, kann ein starkes Medium mit hoher Ladung oder starker Alkalität und hoher Ladungsdichte in Betracht gezogen werden. Sind diese Faktoren empfindlich, sollten schwache oder schwach alkalische Medien verwendet werden. Bei der Adsorption makromolekularer Substanzen ist die Bindung relativ stark und oft schwer eluierbar. Werden Makromoleküle unter rauen Bedingungen denaturiert, sollte ein Medium mit geringer funktioneller Gruppendichte gewählt werden.

Stark saures oder stark alkalisches Medium mit einem breiten pH-Bereich. Es wird häufig zur Trennung kleiner Moleküle oder bei extremen pH-Werten verwendet. Aufgrund seiner starken elektrischen Eigenschaften kann es jedoch leicht zu einer Denaturierung oder zum Verlust empfindlicher Biomoleküle kommen. Schwach saure oder schwach alkalische Medien weisen einen breiten Selektivitätsbereich auf und inaktivieren Proteine ​​nur schwer. Daher eignen sie sich grundsätzlich zur Trennung von Makromolekülen wie Proteinen, haben jedoch einen engen pH-Bereich.
 

3. Auswahl der Partikelgröße:

Die Größe des Trennmediums hat einen erheblichen Einfluss auf die Auflösung und den Durchfluss der Ionenaustauschchromatographiesäule. Im Allgemeinen weist das Trennmedium eine kleine Partikelgröße und eine hohe Auflösung auf, das Gleichgewichtsionsion weist jedoch eine lange Gleichgewichtszeit und einen langsamen Durchfluss auf. Bei großen Partikeln weist die Säule einen relativ schnellen Durchfluss und einen geringen Druckabfall auf, jedoch ist die Auflösung gering und die Beladung gering. Daher eignet sich das Trennmedium mit großen Partikeln für präparative Trennungen im großen Maßstab, die keine Auflösung erfordern, während das Trennmedium mit kleinen Partikeln für Feintrennungen geeignet ist, die eine hohe Auflösung erfordern, oder für die Produktveredelung.