Seleção de meios de cromatografia de troca iônica

O processo de separação e purificação de biomacromoléculas por cromatografia de troca iônica é realizado principalmente usando as propriedades de dissociação de várias moléculas, a carga líquida dos íons e a diferença elétrica da distribuição de carga superficial. Tornou-se uma das técnicas de purificação mais utilizadas para a separação e purificação de produtos bioquímicos, proteínas, peptídeos e outras substâncias.

Na separação e purificação, a coluna deve ter alta capacidade de carga, fácil operação e longa vida útil. O meio de separação é o fator mais importante. Portanto, a seleção do meio de separação é particularmente importante.
 

1. Seleção de variedades:

Um adequado  meio de cromatografia de troca iônica  deve ser selecionado de acordo com o tipo de carga, o tamanho da molécula, as propriedades físico-químicas e o microambiente do produto alvo a ser separado e purificado. Para pequenas moléculas inorgânicas, a escolha do meio de separação é relativamente fácil, mas mais fatores devem ser considerados para biomacromoléculas.

Biomacromoléculas, como proteínas, são compostas por uma variedade de aminoácidos, que exibem diferentes propriedades elétricas sob diferentes condições de pH, e as biomacromoléculas têm requisitos específicos para o ambiente de pH mais adequado. Portanto, é necessário primeiro entender a proteína alvo, etc. O ponto elétrico e o microambiente apropriado, de acordo com essas condições, selecionam as espécies trocadoras de íons apropriadas.

A escolha de um trocador de cátions ou de um trocador de ânions depende principalmente da carga do material separado em seu pH estável. Se estiver carregado positivamente, o trocador de cátions é selecionado; se carregado negativamente, o trocador de ânions é selecionado. Por exemplo, o ponto isoelétrico da proteína a ser separada é 4 e a faixa de pH estável é 6-9. Como a proteína está carregada negativamente neste momento, um trocador de ânions deve ser selecionado para separação.
 

2. Seleção do esqueleto: 

O trocador de íons de matriz (matriz) apropriado deve ser selecionado de acordo com o rendimento do produto alvo, a pureza necessária e o valor econômico.

A resina de troca iônica de poliestireno de uso geral tem características de estrutura estável, baixo preço, alta capacidade de troca total e é adequada para o processo de extração e separação de produtos bioquímicos gerais, como antibióticos, ácidos orgânicos, recursos animais ou recursos vegetais. Para alguns produtos de engenharia genética de alto valor agregado que exigem alta resolução e alta pureza do produto, ainda são necessários meios de separação bioquímica à base de celulose, dextrano e agarose.

Os trocadores de íons de celulose são relativamente baratos, mas têm baixa resolução e estabilidade e são adequados para separação inicial e preparação em massa. A resolução e o preço do trocador iônico de dextrano são moderados, mas a influência externa é grande, e o volume pode mudar muito com a mudança da força iônica e do pH, afetando a resolução. Os trocadores de íons de agarose apresentam boa estabilidade mecânica e alta resolução, mas são mais caros.

O meio de separação ideal não deve apenas ser facilmente adsorvido, mas também fácil de eluir. Se o produto alvo não for sensível a mudanças na força iônica e no pH, um meio forte com uma carga forte ou uma alcalinidade forte com alta densidade de carga pode ser considerado. Se esses fatores forem sensíveis, meios fracos ou levemente alcalinos devem ser usados. Se a substância macromolecular for adsorvida, a combinação é relativamente forte e muitas vezes difícil de eluir. Se forem utilizadas condições adversas para causar a desnaturação de macromoléculas, um meio com baixa densidade de grupo funcional deve ser selecionado.

Meio fortemente ácido ou fortemente alcalino com ampla faixa de pH. É frequentemente usado para separar moléculas pequenas ou separar em pH extremo. No entanto, devido às suas fortes propriedades elétricas, às vezes desnatura facilmente ou perde algumas biomoléculas sensíveis vivas. Meios fracos fracamente ácidos ou fracamente alcalinos têm uma ampla gama de seletividade e não são fáceis de inativar proteínas. Portanto, eles são geralmente adequados para separar macromoléculas como proteínas, mas sua faixa de pH é estreita.
 

3. Seleção do tamanho das partículas:

O tamanho do meio de separação tem um efeito significativo na resolução e na vazão da coluna de cromatografia de troca iônica. Geralmente, o meio de separação tem um tamanho de partícula pequeno e uma alta resolução, mas o íon de equilíbrio tem um longo tempo de equilíbrio e uma taxa de fluxo lenta; quando o tamanho da partícula é grande, a coluna tem uma vazão relativamente rápida e uma pequena queda de pressão, mas a resolução é baixa e a carga é pequena. Portanto, o meio de separação de partículas grandes é adequado para separação preparativa em larga escala que não é necessária para resolução, e o meio de separação de partículas pequenas é adequado para separação fina que requer alta resolução ou estágio de refinamento do produto.