常見的幾類層析填料材質以及它們的優勢和局限
在生物制藥下游純化過程中，層析技術是獲得高純度樣品的核心手段，而層析填料就是實現高效分離的“核心武器”。
不同層析填料的選擇，直接決定了藥物分離純化的效率和產品質量。
層析填料作為生物分子純化的主要幫手，粒徑多在微米尺度，主要由基質和官能團組成，在下游純化中，其分離性能取決于它們的理化性質。
理想的層析填料應該在各個需求方面都有著良好的性能，但不同材質類型的層析填料，往往都有著自己的優缺點，因此選擇合適的層析填料，往往最終會影響我們純化工藝過程及純化結果。
今天，我們就來盤點一下常見的幾類層析填料材質，以及它們的優勢和局限。
層析填料通常由基質和官能團兩部分組成，理解這些構成要素及其影響，是選擇合適填料的第一步。
Table1 總結了層析填料不同性質，在應用中產生的作用。
Table 1. 層析填料不同性質在應用中產生的作用
常見的三類層析填料材質
在下游純化層析分離填料中，根據基質不同分類，主要分三種類型：
天然來源材料基質以瓊脂糖、葡聚糖為代表的改性碳水高分子層析介質，亦有部分用戶習慣稱之為“軟膠”。
• 優點：
○ 親水性好，生物相容性強。
○ 生物大分子純化中應用最廣：適合抗體、重組蛋白、疫苗等大分子純化。
• 不足：
基質相對聚合物較軟，可耐受壓力較聚合物材質低。
• 發展：
以博格隆為代表的企業已開發并大規模應用高剛性瓊脂糖填料，耐壓可達 5 bar，可滿足大部分產業化需求。
有機聚合物基質以交聯聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯為代表的合成高分子聚合物色譜填料和層析介質。但是由于其骨架結構疏水性很強，比如：苯乙烯-二乙烯苯的共聚物，對蛋白質等生物大分子有很強的非特異性吸附，除了直接用于反相模式的分離生物物質外，在應用其他分離模式時一般需要對其表面進行改性。
• 優點：
○ 可耐受高壓，大孔徑填料流通性好。適合高粘度高雜質的料液中目的物捕獲、下游純化中的精純步驟等。
○ 比表面積較大的產品具有較好的結合載量。
• 不足：
○ 骨架疏水性強，易產生非特異性吸附。
○ 需要表面改性后才能適用于更多模式。
• 應用：
常用于高負荷捕獲、精純步驟或反相分離。
無機基質以硅膠為代表，其剛性大、不耐酸堿，多用于制備正反向層析介質，在小分子化合物提取分離，特別是多肽、植物提取行業廣泛應用，也多用于分析型色譜柱介質的制備。
因具有良好的機械強度、耐溶劑性、可控的比表面積和孔徑大小、不溶脹和不可壓縮性以及表面富含易于鍵合或改性的硅羥基等優點，使得硅膠成為應用歷史最悠久、最廣泛的高效液相分析色譜填料之一，是實驗室分析色譜及小分子工業分離純化主要介質。
但硅膠在酸堿條件下不穩定的缺點使其不適合用于在堿性條件下分離，因此硅膠很少用于生物大分子的分離純化。
• 優點：
○ 剛性大、孔徑均一，分辨率高。
○ 耐有機溶劑，適合高效液相層析。
• 不足：
○ 在堿性條件下不穩定，壽命有限。
○ 不適合生物大分子的分離。
• 應用：
廣泛用于小分子、多肽、植物提取和 HPLC 分析。
• 大分子分離（抗體、疫苗、質粒等） → 優先選擇瓊脂糖基質。
• 高強度、高通量場景 → 聚合物基質更具優勢。
• 分析與小分子分離 → 硅膠基質仍是首選。
層析填料的材質，就像純化工藝的“地基”，決定了工藝能“走多遠、走得多穩”。
• 瓊脂糖基質：生物相容性好，是大分子純化的主力軍。
• 聚合物基質：機械強度高、化學耐受性強，適合高通量和高負荷工藝。
• 硅膠基質：孔徑均一、分辨率高，是小分子與分析層析的經典選擇。
理解不同材質的特點，才能在純化工藝開發時“因材施用”，讓分離更加高效穩健。
[1] 星辰純世界：知識分享：如何選擇層析基質，你了解多少？https://mp.weixin.qq.com/s/yiompY92uqQMFgnx3M9_wA
[2] 博格�。阂晃淖x懂四大核心層析原理，打牢純化基礎。https://mp.weixin.qq.com/s/5mrO0P_BebR-wct1PC2EoQ
[3] 知乎：生物制藥上游專題(五):色譜填料https：//zhuanlan.zhihu.com/p/521668085
[4] 新型蛋白質色譜介質的研究。天津大學化學工程學院，周鑫
[5] 新型高效分離介質的制備和應用。天津大學藥物科學與技術學院，張磊
[6] Introduction to “Comparison between the efficiencies of columns packed with fully and partially porous C18-bonded silica materials” by F. Gritti, A. Cavazzini, N. Marchetti, G. Guiochon[J. Chromatogr. A 1157 (2007) 289–303]
