微球的应用领域——色谱填料

色谱填料/层析介质微球是用于从生物发酵液中捕获、纯化目标生物活性成分的核心材料。分离纯化是单克隆抗体、融合蛋白、疫苗、胰岛素、多肽等生物药的核心生产环节，直接决定了药品的纯度和质量，也是主要生产成本所在。单克隆抗体生产中，下游分离纯化环节成本即占据整个生产成本的65%以上。同时，色谱填料微球也是抗生素、有机合成药物、手性药物、天然药物等小分子药物重要的分离纯化材料。

一、色谱柱填充微球应用：纯化样品和定量分析研究

色谱可分为制备色谱和分析色谱。前者用于工业分离纯化，药企使用制备色谱进行大规模分离纯化时通常直接采购填料产品；后者用于实验室分析检测，实验室等机构一般需供应商将填料预装成柱以供其使用。

二、色谱填料分类

用于分析检测的色谱填料主要为硅胶基质

用于小分子分离纯化制备的色谱填料包括硅胶和聚合物基质

用于大分子分离纯化制备的层析介质大多为聚合物基质

①无机色谱填料

无机色谱填料以二氧化硅多孔微球（硅胶色谱填料）较为常见。硅胶具有机械强度高、不溶胀、粒径及孔径可控、表面富含硅羟基（可以键合不同功能基团）等优点，广泛用于有机合成药物、植物药、手性药物、抗生素、多肽、胰岛素等中小分子的分离纯化。另一方面，硅胶色谱填料在pH<2条件下键合相容易脱落、ph>8时硅胶会溶解的缺陷，限制了其在酸碱条件下进行分离纯化时的使用，导致其使用寿命相对较短；此外，硅胶表面残存的硅羟基亦使其对碱性物质的分离效果不佳，影响了硅胶色谱填料在碱性化合物分离和分析中的应用。

②有机聚合物色谱填料

有机聚合物又包括天然聚合物和合成聚合物

天然聚合物填料主要从植物和微生物中提取，其主要基质包括琼脂糖、纤维素、葡萄聚糖、壳聚糖等。天然聚合物填料的优点主要在于其亲水性，其相较于合成聚合物填料的缺点主要在于低机械稳定性，因此又被称为“软胶”，只能用于低压层析分离纯化。合成聚合物填料介质主要包括聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸酯及聚苯乙烯等聚合物，以及聚苯乙烯-二乙烯基苯多聚体、甲基丙烯酸甲酯共聚物等共聚物。合成聚合物填料具有化学稳定性好、机械强度高的特点，既克服了硅胶不耐酸碱的缺点，也克服了软胶机械强度差的弱点，因此应用范围更广。合成聚合物填料虽然开发晚于硅胶和软胶，但目前是应用增长较快的填料。概括地说，就是聚合物填料主要包括两类，一类是以琼脂糖微球为代表的天然高分子层析介质，还有一类是以聚苯乙烯和聚丙烯酸酯为代表的合成高分子层析介质。聚合物基球还可以通过表面亲水化改性及功能化制备离子交换、疏水、体积排阻及亲和层析介质等，以满足蛋白、抗体、疫苗、病毒、血液制品等生物大分子大规模分离纯化的需求。

三、总结

色谱柱是色谱系统的心脏，色谱填料是色谱柱的核心材料，因此色谱柱和色谱填料被誉为色谱“芯”。色谱柱的分离纯化效果及分析检测性能很大程度上取决于色谱填料。

色谱填料通常是指具有纳米孔道结构的微球材料，其粒径在微米尺度范围内，而色谱填料上的孔径则以纳米衡量，常规孔径大小在5-200纳米范围内。色谱填料性能取决于其形貌、结构、粒径大小和分布、孔径大小和分布、材质组成及表面功能基团，参数众多，不同用途色谱填料需控制不同参数，导致其生产难度非常大。

用于工业分离纯化的色谱填料往往需要10微米以上粒径；

用于分析检测的色谱填料其粒径一般为3微米和5微米；

超高效液相色谱（UPLC）的填料粒径需要小于2微米。

另一方面，色谱填料孔径大小亦需要根据目标分子大小来选择，小分子的分离纯化可选择小孔径、大比表面积的微球，大分子则必须使用大孔径微球。