Seleção de meios de cromatografia de troca iônica

O processo de separação e purificação de biomacromoléculas por cromatografia de troca iônica baseia-se principalmente nas propriedades de dissociação de diversas moléculas, na carga líquida dos íons e na diferença elétrica da distribuição da carga superficial. Tornou-se uma das técnicas de purificação mais utilizadas para a separação e purificação de substâncias bioquímicas, proteínas, peptídeos e outras substâncias.

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

1. Seleção de variedades:

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

Biomacromoléculas como proteínas são compostas por uma variedade de aminoácidos, que exibem diferentes propriedades elétricas sob diferentes condições de pH, e possuem requisitos específicos quanto ao ambiente de pH mais adequado. Portanto, é necessário primeiro compreender a proteína alvo, seu ponto elétrico e o microambiente apropriado, para então selecionar a espécie de trocador iônico adequada.

A escolha entre um trocador catiônico e um trocador aniônico depende principalmente da carga do material a ser separado em seu pH estável. Se a carga for positiva, o trocador catiônico é o mais indicado; se for negativa, o trocador aniônico. Por exemplo, se o ponto isoelétrico da proteína a ser separada for 4 e a faixa de pH estável for de 6 a 9, como a proteína estará negativamente carregada nesse momento, um trocador aniônico deve ser selecionado para a separação.
 

2. Seleção do esqueleto: 

A matriz de troca iônica apropriada deve ser selecionada de acordo com o rendimento do produto desejado, a pureza exigida e o valor econômico.

A resina de troca iônica de poliestireno de uso geral apresenta características como estrutura estável, baixo custo e alta capacidade total de troca, sendo adequada para processos de extração e separação de produtos bioquímicos em geral, como antibióticos, ácidos orgânicos, recursos de origem animal ou vegetal. Para alguns produtos de engenharia genética de alto valor agregado que exigem alta resolução e alta pureza, ainda são necessários meios de separação bioquímica à base de celulose, dextrana e agarose.

As resinas de troca iônica de celulose são relativamente baratas, mas apresentam baixa resolução e estabilidade, sendo adequadas para separação inicial e preparação em larga escala. As resinas de troca iônica de dextrana têm resolução e preço moderados, porém são bastante suscetíveis a influências externas, podendo sofrer grandes variações de volume com mudanças na força iônica e no pH, afetando a resolução. Já as resinas de troca iônica de agarose possuem boa estabilidade mecânica e alta resolução, mas são mais caras.

O meio de separação ideal deve ser não apenas de fácil adsorção, mas também de fácil eluição. Se o produto alvo não for sensível a alterações na força iônica e no pH, pode-se considerar um meio forte com alta carga ou alta alcalinidade e densidade de carga. Se esses fatores forem sensíveis, deve-se utilizar um meio fraco ou fracamente alcalino. Se a substância adsorvida for macromolecular, a ligação será relativamente forte e a eluição será frequentemente difícil. Se forem utilizadas condições severas que causem a desnaturação de macromoléculas, deve-se selecionar um meio com baixa densidade de grupos funcionais.

Meios fortemente ácidos ou fortemente alcalinos com uma ampla faixa de pH. São frequentemente usados ​​para separar moléculas pequenas ou em pHs extremos. No entanto, devido às suas fortes propriedades eletroquímicas, podem desnaturar ou perder biomoléculas sensíveis com facilidade. Meios fracamente ácidos ou fracamente alcalinos apresentam uma ampla faixa de seletividade e não inativam proteínas facilmente. Portanto, são geralmente adequados para a separação de 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, meios de separação com partículas de tamanho pequeno e alta resolução apresentam um tempo de equilíbrio iônico longo e uma vazão lenta; já meios com partículas de tamanho grande proporcionam uma vazão relativamente alta e uma pequena queda de pressão, porém com baixa resolução e menor capacidade de carga. Portanto, meios de separação com partículas grandes são adequados para separações preparativas em larga escala que não exigem alta resolução, enquanto meios com partículas pequenas são indicados para separações finas que requerem alta resolução ou para etapas de refino do produto.