纖維素離子交換柱層析

A. 多糖分離純化—離子交換層析和柱層析

多糖，與蛋白質一樣，對生命過程起著關鍵作用，其復雜結構直接決定了其特性和功能。要深入理解多糖，分離純化步驟至關重要。其中，離子交換層析和凝膠層析是常用的手段。

離子交換層析在多糖純化中應用廣泛，其根據多糖特性，選擇合適的陽離子、陰離子或硼砂交換劑，如DEAE cellulose、DEAE Sephadex（葡聚糖）、DEAE Sepharose（瓊脂糖）系列。以DEAE cellulose-52為例，它作為陰離子交換柱，其填料二乙氨乙基纖維素帶有正電荷，能有效分離中性和酸性多糖，如果膠，通過鹽溶液洗脫，中性糖先被洗脫，陰離子多糖隨後。通過檢測洗脫液糖含量，形成洗脫曲線，實現不同多糖的分離。

相比之下，凝膠層析則側重於分子量的分離。其原理是利用分子篩特性，大分子先流出，小分子後流出，如Sephadex G系列填料，如G-15、G-25用於寡糖分離，G-100和G-200則適用於大分子多糖。通過觀察洗脫曲線，可以精確收集不同分子量的樣品。

B. 急求~離子交換柱清洗方法

離子交換層析
Tina 發表於 2006-2-21 12:21:00
材料與儀器

DEAE-32纖維素，pH8.0 0.01 mol/L Tris-HCl，工程菌破碎離心後的上清液；

層析柱

二、 方法與步驟

1） 裝柱：

用水清洗層析柱，柱內留存水距底部約1cm，加入18ml介質（凝膠溶液）。

2） 平衡：

加0.01M,PH8.0,tris-HCl緩沖液，直至流出液PH與緩沖液一致。

3） 上樣：

用量筒量出上清液體積，再加入等體積緩沖液混合，取EP管留1.5ml。待柱中水流出，至剛好覆蓋凝膠表面，靠璧緩慢加樣。

4) 用50ml緩沖液洗滌，用EP管隨機收集樣品穿出液和洗滌穿出液。

5) 洗脫：

將梯度洗滌儀和層析柱連接，洗脫瓶A（混合器）加200µl緩沖液，開口打開至兩瓶液面相平，相通管道出無氣泡，關閉連接，A中加入6gNaCl溶解，把裝置放在梯度混合儀上，開動攪拌器開關，打開A和B的連接通道，層析柱下端連收集器，收集洗脫流出液。

6） 控制流速，約4min/管，2-3ml/管。

分子篩的是凝膠層析
Sephadex G-100凝膠層析
Tina 發表於 2006-2-21 12:27:00
材料與儀器

Sephadex G-100，0.5 mol/L pH8.0 Tris-HCl，濃縮液

層析柱

二、 方法與步驟

1） Sephadex G-100 凝膠預處理

a) 100ml燒杯，稱取5克sephadex G-100,加入50ml去離子水，浸泡溶脹24小時。

b) 傾去sephadex G-100溶脹後凝膠上層的水，加入凝膠等體積的1.0 mol/L NaOH液處理，用攪棒輕輕攪動，並浸泡1小時處理後傾去。用去離子水洗滌。洗滌過程中，用傾去法除去細顆粒。其方法是用攪棒將凝膠攪勻（注意不要過分用力攪拌，以防止顆粒破碎），放置數分鍾，將未沉澱的細顆粒隨上層水倒掉。浮選3-5次，直至上層沒有細顆粒為止，再浸泡水洗至PH中性。

c) 將Sephadex G-100凝膠水溶液盛放於抽濾瓶中，用洗耳球塞住杯口，減壓抽氣30分鍾，除去凝膠溶液內的氣泡，將脫氣後的凝膠溶液輕輕倒入燒杯中，其中盛有1/2去離子水。

2) 裝柱

a) 層析柱(1.0Î50cm)用水清洗干凈，柱的上、下端聯接塑料管接上小乳膠管，裝上螺旋夾。將層析柱垂直裝好。校直過程用下端綁有鑰匙的繩子掛於鐵架的不同位置，從多角度校正使柱垂直。打開柱上埠，從柱底下出口管朝柱內注入水，使柱底全部充滿水而不留氣泡，關閉柱出口。最終柱內留存有2 cm的水。從出口處接上一根直徑2 mm細塑管，塑管另一端固定在柱的上端部位。

b) 攪動凝膠溶液（切勿攪動太快，以免空氣再逸入），使形成均一的薄膠漿，並立即沿玻棒倒入層析管內，讓加入的凝膠在柱內自然沉降，待柱底面上積起約1-2 cm的凝膠床後，打開柱出口水流。隨著柱內水的流出，上面不斷加入凝膠液，使形成的凝膠床面上有凝膠連續下降（如果凝膠床面上不再有凝膠顆粒下降，應該用攪棒均勻地將凝膠床攪起數厘米高，然後再加凝膠，不然就會形成界面，影響層析效果）。

c) 凝膠沉積到柱內凝膠是否均勻，有否「紋路」或氣泡。若層析柱不均一，必須重新裝柱。

3） 平衡

柱裝好後，使層析床穩定15-20分鍾，然後連接洗脫瓶出口和層析柱頂端，用3-5倍體積地緩沖液平衡層析柱。平衡過程中控制上柱緩沖液地進柱操作壓保持恆定。保持流速每滴/10秒。直至流出液的PH與上柱緩沖液完全相同。

4） 樣品洗脫

a) 上樣准備：

i) 上樣前打開層析柱上端，先檢查凝膠床界面是否平整，如果傾斜不平整，可用玻棒將凝膠床界面輕輕攪起後，再使凝膠自然沉降，形成平整狀態的凝膠床界面。用毛細吸管小心吸去大部分清液，然後讓液面自然下降，直至幾乎露出凝膠床界面。

ii) 樣品放入高速離心機，12000r/min、離心5 min。

iii) 上樣前吸取50µl樣品於EP管中，以備走電泳。

b) 樣品上樣：

i) 將樣品由玻棒引流沿管壁加入到凝膠床面上，注意不要將床面凝膠沖起。同時打開層析柱下面流出液開關（控制流速1滴/20秒），保持層析柱下面流出滴速與上樣的滴速一致，控制凝膠床界面不能脫水，並控制樣品區帶盡量狹窄。

ii) 當1.5ml樣品全部加入後，用 1-2 ml的0.5mol/L PH8.0 Tris-HCl洗脫液同上樣時一樣地保持層析柱下面流出滴速與上樣的滴速一致以控制凝膠床界面不能脫水，小心清洗凝膠床界面表面，使黏附著的樣品全部洗入凝膠床。

iii) 然後開始控制上樣的滴速大於層析柱下面流出滴速，使幾乎與凝膠床界面相平的洗脫液液面慢慢提高至凝膠床界面高出2cm左右，封閉層析柱上端。

iv) 保持層析柱上柱洗脫液入口處與層析柱下面流出處有一定勢壓。控制上柱緩沖液的進柱操作壓保持恆定。

c) 洗脫：

用0.1 mol/L PH8.0 Tris-HCl 緩沖液洗脫，用部分收集器收集，4分鍾/管（約2-3ml/管），收集約1-30管。

5） 酶活、酶濃度測定，參見2.6.2，2.6.3

6） 最高酶活收集管洗脫液留50µl，以備走電泳。

7） 將酶活較高的收集液10~14管合並，測定總體積為7.1 ml，精確測定酶活性。並用考馬思亮藍測定蛋白濃度。測酶活時體系稀釋了200倍，定蛋白時無稀釋。

C. 離子交換層析的具體操作

對於離子交換纖維素要用流水洗去少量碎的不易沉澱的顆粒，以保證有較好的均勻度，對於已溶脹好的產品則不必經這一步驟。溶脹的交換劑使用前要用稀酸或稀鹼處理，使之成為帶H+或OH-的交換劑型。陰離子交換劑常用「鹼-酸-鹼」處理，使最終轉為-OH-型或鹽型交換劑；對於陽離子交換劑則用「酸-鹼-酸」處理，使最終轉為-H-型交換劑。
洗滌好的纖維素使用前必須平衡至所需的pH和離子強度。已平衡的交換劑在裝柱前還要減壓除氣泡。為了避免顆粒大小不等的交換劑在自然沉降時分層，要適當加壓裝柱，同時使柱床壓緊，減少死體積，有利於解析度的提高。
柱子裝好後再用起始緩沖液淋洗，直至達到充分平衡方可使用。 加樣：
層析所用的樣品應與起始緩沖液有相同的pH和離子強度，所選定的pH值應落在交換劑與被結合物有相反電荷的范圍，同時要注意離子強度應低，可用透析、凝膠過濾或稀釋法達此目的。樣品中的不溶物應在透析後或凝膠過濾前，以離心法除去。為了達到滿意的分離效果，上樣量要適當，不要超過柱的負荷能力。柱的負荷能力可用交換容量來推算，通常上樣量為交換劑交換總量的1%-5%。 已結合樣品的離子交換前，可通過改變溶液的pH或改變離子強度的方法將結合物洗脫，也可同時改變pH與離子強度。為了使復雜的組份分離完全，往往需要逐步改變pH或離子強度，其中最簡單的方法是階段洗脫法，即分次將不同pH與離子強度的溶液加入，使不同成分逐步洗脫。由於這種洗脫pH與離子強度的變化大，使許多洗脫體積相近的成分同時洗脫，純度較差，不適宜精細的分離。最好的洗脫方法是連續梯度洗脫，洗脫裝置見圖16-6.兩個容器放於同一水平上，第一個容器盛有一定pH的緩沖液，第二個容器含有高鹽濃度或不同pH的緩沖液，兩容器連通，第一個容器與柱相連，當溶液由第一容器流入柱時，第二容器中的溶液就會自動來補充，經攪拌與第一容器的溶液相混合，這樣流入柱中的緩沖液的洗脫能力即成梯度變化。第一容器中任何時間的濃度都可用下式進行計算：
C=C2-(C2-C1)(1-V)A2/A1
式中A1、A2分別代表兩容器的截面積：C1、C2分別表示容器中溶液的濃度；V為流出體積對總體積之比。當A1=A2時為線性梯度，當A1>A2時為凹形梯度，A1>A2時為凸形梯度。
洗脫時應滿足以下要求：
①洗脫液體積應足夠大，一般要幾十倍於床體積，從而使分離的各峰不至於太擁擠。
②梯度的上限要足夠高，使緊密吸附的物質能被洗脫下來。
③梯度不要上升太快，要恰好使移動的區帶在快到柱末端時達到解吸狀態。目的物的過早解吸，會引起區帶擴散；而目的物的過晚解吸會使峰形過寬。
洗脫餾份的分析按一定體積（5-10ml/管）收集的洗脫液可逐管進行測定，得到層析圖譜。依實驗目的的不同，可採用適宜的檢測方法（生物活性測定、免疫學測定等）確定圖譜中目的物的位置，並回收目的物。
離子交換劑的再生與保存離子交換劑可在柱上再生。如離子交換纖維素可用2mol/：NaCl淋洗柱，若有強吸附物則可用0.1mol/LNaOH洗柱；若有脂溶性物質則可用非離子型去污劑洗柱後再生，也可用乙醇洗滌，其順序為：0.5mol/LNaOH-水-乙醇-水-20%NaOH-水。保存離子交換劑時要加防腐劑。對陰離子交換劑宜用0.002%氯已定（洗必泰），陽離子交換劑可用乙基硫柳汞（0.005%）。有些產品建議用0.02%疊氮鈉。

D. deat-纖維素離子交換層析法可用於分離純化蛋白質,主要是由於a...

DEAT-纖維素離子交換層析法主要用於分離純化蛋白質，這主要得益於其獨特的分子篩分能力和離子交換機制。

一、DEAT-纖維素離子交換層析法的基本原理

DEAT-纖維素離子交換層析法是一種基於離子交換原理的分離純化技術。在層析過程中，蛋白質在流動相和固定相之間的分布取決於蛋白質的電荷特性和大小。纖維素作為固定相，其表面的離子交換基團能與蛋白質分子上的電荷進行作用，從而實現蛋白質的分離。

二、分子篩分能力在蛋白質分離中的應用

DEAT-纖維素層析介質具有特定的孔徑和表面性質，這些特性使得它可以根據蛋白質分子的大小和形狀進行篩分。不同大小的蛋白質分子在通過層析柱時，會受到不同程度的阻力，從而實現了不同蛋白質的分離。

三、離子交換機制的作用

離子交換層析中的離子交換過程是關鍵。纖維素介質上的離子交換基團能夠與蛋白質表面的電荷進行選擇性結合。這種結合力的大小取決於蛋白質所帶電荷的多少和性質，因此不同性質的蛋白質會以不同的速度在層析柱中被分離。

四、DEAT-纖維素離子交換層析法的優勢

該方法具有分離效果好、解析度高、操作簡便等優點。此外，由於纖維素介質的生物相容性，該方法在蛋白質分離純化中具有良好的應用前景。在生物醫葯、生物工程等領域中，DEAT-纖維素離子交換層析法已成為一種重要的蛋白質分離純化手段。

綜上所述，DEAT-纖維素離子交換層析法通過其分子篩分能力和離子交換機制，實現了對蛋白質的有效分離和純化。其在生物醫葯和生物工程領域的應用前景廣闊。

E. 離子交換纖維素色譜法基本理論

離子交換纖維素色譜法是一種基於離子交換劑的層析技術。離子交換劑，如樹脂、纖維素、葡聚糖和醇脂糖等，其分子結構中含有可解離的基團，這些基團能在水溶液中與溶液中的其他陽離子或陰離子進行交換。盡管這種交換是平衡的，但在層析柱操作中，通過連續添加新的交換溶液，平衡偏向正向，直至所有離子被完全洗脫。同樣，當溶液通過交換柱時，離子被逐漸替換，直至吸附在樹脂上。

在混合物中，如果存在多種成分吸附在離子交換劑上，其洗脫能力取決於它們與離子交換劑的反應平衡常數。蛋白質的離子交換過程包括吸附和解吸附階段。通過調整pH值或增加離子強度，可以改變蛋白質的電荷狀態，使其與離子交換劑分離。不同蛋白質與離子交換劑的親和力不同，這使得通過選擇合適的洗脫條件，可以逐個分離純化混合物中的組分。

離子交換纖維素色譜法的優勢主要體現在以下幾個方面：首先，其開放性支持骨架允許大分子自由進入並快速擴散，因此吸附容量大。其次，由於其親水性，對大分子的吸附相對較弱，溫和的條件就能使吸附物洗脫，避免蛋白質變性或酶失活。最後，離子交換劑具有多孔性，表面積大，交換容量高，這提高了回收率，使其在分離和制備過程中表現出色。

Sober和Peterson於1956年首次將離子交換基團結合到纖維素上，製成了離子交換纖維素，成功地應用於蛋白質的分離。從此使生物大分子的分級分離方法取得了迅速的發展。離子交換基團不但可結合到纖維上，還可結合到交聯葡聚糖（S-ephadex）和瓊脂糖凝膠（Sepharose）上。近年來離子交換色譜技術已經廣泛應用於蛋白質、酶、核酸、肽、寡核苷酸、病毒、噬菌體和多糖的分離和純化。