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...

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...

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...

这两种层析都基于蛋白质的疏水性质，但应用条件和剧烈程度不同。HIC在生理条件或高盐浓度下进行，高盐浓度增强了蛋白质表面的疏水相互作用，使其与固定相上温和的疏水基团（如苯基、丁基）结合。随后通过降低盐浓度的梯度进行洗脱。HIC非常适用于在离子交换后紧接着进行，因为前一步的高盐样品可以直接上样。它能有效...

以蛋白质结晶（用于X射线衍射结构解析）为目标的纯化过程，对蛋白质的“质量”提出了更高要求。这远不止是SDS-PAGE显示的单一条带。它要求蛋白质样品在化学上高度均一、构象高度均一、且处于单分散状态（即没有可观测的聚合体）。任何微小的杂质、化学修饰（如脱酰胺）或构象异构体都可能成为结晶的障碍。因此，纯...

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...

纯化之旅始于对原料的明智选择。常见的起始物料包括细菌（如大肠杆菌）、酵母、昆虫或哺乳动物细胞等重组表达系统，以及动物组织（如肝脏）、植物材料或血清等天然来源。选择依据主要取决于目标蛋白的性质、表达量、所需的翻译后修饰以及成本效益。预处理是至关重要的第一步，其主要目标是释放细胞内含物，形成均一的蛋白质...

一个高效的纯化工艺不是一蹴而就的，而是通过系统性的开发和优化过程建立的。它始于对目标蛋白性质和纯化目标的深入理解。接着是“筛选”阶段：使用微量形式（如96孔板格式的层析树脂）快速测试多种层析方法（IEX, HIC, IMAC等）在不同pH和盐条件下的结合与洗脱行为，找到更有潜力的方法。然后进入“优化...

许多功能性蛋白质是以多亚基复合物的形式存在的。纯化这类复合物的挑战在于保持其组装的完整性和稳定性。策略通常包括：1）共表达所有亚基，以期在细胞内正确组装；2）使用亲和标签标记其中一个亚基，利用该标签纯化整个复合物；3）在整个纯化过程中使用温和的、接近生理条件的缓冲液，以防止复合物解离；4）避免使用强...

除了常用的组氨酸标签和Protein A，开发新型亲和配体是一个活跃的研究领域。这包括：1）开发小分子仿生配体，模拟天然配体的结构，但具有更好的稳定性和更温和的洗脱条件；2）使用核酸适配体（Aptamer），这是一类能特异性结合目标蛋白的单链DNA或RNA分子，可通过SELEX技术筛选获得；3）开发...

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...

蛋白质分离纯化的根本目的在于从复杂的生物样本（如细胞、组织或培养液）中，特异性地获得高纯度、具有生物活性的单一蛋白质。这一过程绝非简单的分离，而是对生命功能执行者——蛋白质的精密提纯与鉴定。其意义深远，不仅是结构生物学（如X射线晶体学、冷冻电镜）、功能研究（酶动力学、信号通路分析）、药物靶点验证、抗...

除了常用的组氨酸标签和Protein A，开发新型亲和配体是一个活跃的研究领域。这包括：1）开发小分子仿生配体，模拟天然配体的结构，但具有更好的稳定性和更温和的洗脱条件；2）使用核酸适配体（Aptamer），这是一类能特异性结合目标蛋白的单链DNA或RNA分子，可通过SELEX技术筛选获得；3）开发...

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...

细胞破碎后，混合物中包含可溶性蛋白质、核酸、细胞器碎片及完整的细胞壁等不溶物。离心是分离这些组分较常用且高效的方法。通过施加强大的离心力，密度较大的颗粒（如细胞碎片、细胞核）会快速沉降形成沉淀，而可溶性蛋白质则保留在上清液中。差速离心通过一系列递增的离心力，可初步分离不同大小的细胞器。而密度梯度离心...

盐析法是蛋白粗提的经典技术，基于“盐溶与盐析”原理实现蛋白分离。蛋白质在低盐浓度溶液中溶解度随盐浓度升高而增加（盐溶），当盐浓度达到一定阈值后，溶解度反而下降并析出（盐析）。常用盐类为硫酸铵，因其溶解度大、温度系数小、对蛋白活性影响小且价格低廉。通过调节硫酸铵饱和度，可使不同蛋白依次析出，例如高饱和...

外泌体等细胞外囊泡的纯化是当前研究热点。由于其尺寸小、密度低，常用方法包括差速超速离心、密度梯度离心、尺寸排阻色谱以及基于特定膜蛋白的免疫亲和捕获。这些方法旨在从复杂的生物体液中分离出高纯度的囊泡，同时保持其膜结构的完整性和生物活性，用于后续的功能与标志物研究。除了经典的组氨酸标签，还存在多种其他亲...

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...

现代蛋白质纯化，尤其是对于研究用途的重组蛋白，极大地受益于基因工程技术的应用。通过在目标蛋白的基因序列中引入一段编码特定“标签”的序列，可以在蛋白质的N端或C端融合表达一个额外的多肽或蛋白质。这些标签为后续的纯化、检测或固定化提供了极大的便利。最常见的包括：多聚组氨酸标签（His-tag），用于IM...

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”（...

疏水相互作用层析基于蛋白质表面疏水贴片的差异进行分离。在高盐浓度条件下，蛋白质表面的水化层被破坏，暴露出疏水区域，与介质上的疏水配基（如苯基、丁基）结合。随后通过逐步降低盐浓度，疏水性较弱的蛋白质较早被洗脱。HIC特别适用于在离子交换后，去除疏水性强的杂质或蛋白质聚集体，是纯化过程中一个重要的正交纯...

金属螯合亲和层析（IMAC）是重组蛋白纯化中较常用的亲和技术，利用His标签与二价金属离子（Ni²⁺、Co²⁺、Cu²⁺）的特异性结合实现分离。树脂表面偶联亚氨基二乙酸（IDA）或 nitrilotriacetic acid（NTA）基团，可螯合金属离子。His标签通常由6个组氨酸组成，其咪唑环可与...

外泌体等细胞外囊泡的纯化是当前研究热点。由于其尺寸小、密度低，常用方法包括差速超速离心、密度梯度离心、尺寸排阻色谱以及基于特定膜蛋白的免疫亲和捕获。这些方法旨在从复杂的生物体液中分离出高纯度的囊泡，同时保持其膜结构的完整性和生物活性，用于后续的功能与标志物研究。除了经典的组氨酸标签，还存在多种其他亲...

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...

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...

成功运行一次层析需要细致的操作和优化。关键步骤包括：柱平衡，用起始缓冲液冲洗柱子直至pH和电导稳定，确保固定相处于正确的结合状态；上样，样品应与平衡缓冲液的成分尽可能一致，通常需要提前透析或使用脱盐柱处理；结合与洗涤，用大量平衡缓冲液冲洗，去除未结合或弱结合的杂质；洗脱，采用较适的方式进行，如线性梯...

层析是现代蛋白质纯化的关键技术，其提供了基于不同物理化学性质进行高分辨率分离的能力。所有层析系统都包含两个基本相：固定相和流动相。固定相通常是一种被填充在柱子里的基质（树脂），其表面经过化学修饰，具有特定的功能基团。流动相是携带样品并流经柱子的液体。当蛋白质混合物在流动相的推动下通过层析柱时，由于不...

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...

在工业生产和大型研究项目中，纯化成本是需要严格考量的因素。成本包括层析介质（其寿命和载量）、缓冲液、设备折旧、人力及时间。一个高质量的纯化流程不仅追求高纯度，还需在成本、时间和收率之间取得比较好平衡，实现经济可行的规模化生产。未来蛋白质纯化技术的发展将聚焦于更高效率、更低成本和更强智能化。新型高载量...