在开始任何实验操作之前，周密的策略设计是成功的先决条件。设计纯化方案时，首先需要考虑两个关键因素：蛋白质的“源头”和纯化的“目标”。源头决定了起始材料的性质，例如是原核表达系统（如大肠杆菌）还是真核表达系统（如酵母、昆虫或哺乳动物细胞），这直接影响杂质的种类、蛋白质的折叠状态和翻译后修饰。纯化目标则...

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...

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...

虽然SPR本身不是一种纯化技术，但它在纯化工艺开发，特别是亲和层析的开发和优化中扮演着关键角色。SPR能够实时、无标记地测量生物分子间（如抗原-抗体、受体-配体）的相互作用动力学，即结合速率常数（ka）和解离速率常数（kd），并由此计算亲和力（KD）。在开发免疫亲和层析或其它基于生物特异性相互作用的...

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...

亲和层析是所有层析方法中通常能提供比较高纯度和富集倍数的一步。其原理是利用目标蛋白与固定相上配体之间高度特异性的、可逆的生物化学相互作用。较经典的例子是固定化金属离子亲和层析（IMAC），用于纯化带有组氨酸标签（His-tag）的重组蛋白，其与柱上的镍离子或钴离子结合。另一个广泛应用的是蛋白质A或蛋...

质谱（MS）已成为蛋白质纯化过程中不可或缺的分析工具。其应用包括：1）鉴定纯化产物，通过肽质量指纹图谱（PMF）或液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）确认目标蛋白的身份，并检测是否存在截短或修饰形式；2）评估纯度，能检测到SDS-PAGE无法观察到的微量杂质；3）分析共价修饰，如磷酸化、糖基化、氧...

蛋白分离纯化的基本原则遵循“分步分级、逐步富集”，主要依据是蛋白质与杂质在物理化学性质上的差异。这些差异包括分子大小、溶解度、电荷性质、疏水性、生物亲和力等，不同分离技术分别针对某一特定性质实现分离。例如，利用分子大小差异可采用凝胶过滤层析，利用电荷差异可采用离子交换层析。合理组合多种技术形成纯化流...

虽然SPR本身不是一种纯化技术，但它在纯化工艺开发，特别是亲和层析的开发和优化中扮演着关键角色。SPR能够实时、无标记地测量生物分子间（如抗原-抗体、受体-配体）的相互作用动力学，即结合速率常数（ka）和解离速率常数（kd），并由此计算亲和力（KD）。在开发免疫亲和层析或其它基于生物特异性相互作用的...

FPLC和HPLC都是采用泵系统来精确控制流动相输送的层析技术，区别于依靠重力流动的传统柱层析。FPLC系统专为生物大分子（如蛋白质、核酸）设计，使用生物相容性的材料（如PEEK）流路，以中低压（通常<5 MPa）运行，采用温和的琼脂糖或聚合物基质树脂，旨在保持蛋白质的活性。它非常适合用于IEX， ...

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...

对于从包涵体中回收的蛋白质，复性（重折叠）是关键的限速步骤。目标是让变性的、随机的多肽链重新折叠成具有特定三维结构和生物学活性的天然构象。基本策略是缓慢降低变性剂浓度，可以通过透析、稀释或层析方法（如SEC在变性剂梯度下）实现。优化复性条件非常复杂，需要考虑：蛋白质浓度（过低效率低，过高易聚集）、p...

缓冲液是蛋白质纯化的“血液”，其选择对维持蛋白质稳定性、活性和分离效果至关重要。一个理想的缓冲系统需要考虑以下因素：1）缓冲试剂的选择，其pKa值应在目标pH值的±1范围内，且不与目标蛋白或树脂发生相互作用（如磷酸盐会与Ca²⁺沉淀，Tris在某些酶反应中是抑制剂）；2）pH值，需远离目标蛋白的pI...

连续层析是生物制药下游工艺的新趋势，它通过多柱切换技术，使层析过程在不同阶段（如上样、洗淋、洗脱、再生）同时进行，提高了介质利用率和生产效率，减少了设备占地面积和缓冲液消耗。这种模式在抗体的大规模生产中正展现出巨大的经济和环保优势。在蛋白质组学研究中，面对细胞或组织中成千上万种蛋白质的极端复杂性，直...

在细胞裂解和纯化初期，内源性的蛋白酶会从细胞器中释放出来，共同作用于目标蛋白，导致其降解。为防止此情况，必须在裂解缓冲液和初始纯化步骤中添加广谱蛋白酶抑制剂 cocktail，其中包括针对丝氨酸、半胱氨酸、天冬氨酸蛋白酶以及金属蛋白酶的抑制剂。在低温下操作也能有效减缓蛋白酶活性和蛋白降解速率。在大肠...

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...

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...

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...

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...

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...

虽然SPR本身不是一种纯化技术，但它在纯化工艺开发，特别是亲和层析的开发和优化中扮演着关键角色。SPR能够实时、无标记地测量生物分子间（如抗原-抗体、受体-配体）的相互作用动力学，即结合速率常数（ka）和解离速率常数（kd），并由此计算亲和力（KD）。在开发免疫亲和层析或其它基于生物特异性相互作用的...

对于一些非常不稳定的蛋白质，传统的多步纯化流程可能导致活性大量丧失。此时，可以采用“稳定性指导”的策略。其主要思想是，在工艺开发的每一个阶段，都将蛋白质的稳定性（半衰期）作为一个关键指标来筛选条件。这包括：快速筛选能稳定目标蛋白的缓冲液成分、pH、盐种类、添加剂和温度；选择层析方法时，优先考虑那些能...

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...

亲和层析是所有层析方法中通常能提供比较高纯度和富集倍数的一步。其原理是利用目标蛋白与固定相上配体之间高度特异性的、可逆的生物化学相互作用。较经典的例子是固定化金属离子亲和层析（IMAC），用于纯化带有组氨酸标签（His-tag）的重组蛋白，其与柱上的镍离子或钴离子结合。另一个广泛应用的是蛋白质A或蛋...

动态光散射通过测量溶液中蛋白质分子布朗运动引起的激光散射光波动来估算其流体力学半径分布。在纯化中，DLS可用于快速评估样品单分散性：一个单分散的峰表明蛋白质处于均一、未聚集的状态，这对于结构生物学研究至关重要；而多分散的峰则提示存在聚集体或降解片段，需要进一步优化纯化条件。纯化具有生物活性的多亚基蛋...

亲和层析是所有层析方法中通常能提供比较高纯度和富集倍数的一步。其原理是利用目标蛋白与固定相上配体之间高度特异性的、可逆的生物化学相互作用。较经典的例子是固定化金属离子亲和层析（IMAC），用于纯化带有组氨酸标签（His-tag）的重组蛋白，其与柱上的镍离子或钴离子结合。另一个广泛应用的是蛋白质A或蛋...

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...

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...

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...

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...