在重组蛋白的生产中，宿主细胞蛋白（HCP）和DNA是两类主要的工艺相关杂质。HCP是宿主细胞自身表达的蛋白质混合物，其复杂性高，有些与目标蛋白性质相似，去除挑战大。残留的HCP可能具有免疫原性或酶活性，影响产品的安全性和有效性。DNA同样需要被去除至极低水平。阴离子交换层析是去除DNA和酸性HCP的...

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...

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...

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...

细胞破碎是释放目标蛋白的物理或化学手段。机械法中的高压匀质利用细胞悬浮液在高压下通过狭窄阀隙，因剪切力和空化效应导致细胞破裂，处理量大、效率高，适用于大规模制备。超声破碎则利用高频声波产生微小气泡破裂的空化作用粉碎细胞，适用于小体积样本，但需注意产热问题。非机械法包括酶溶法（使用溶菌酶、纤维素酶等特...

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...

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...

准确测定蛋白质浓度是纯化过程中定量分析的基础。它用于计算回收率、比活性以及为后续实验准备准确剂量的样品。有多种方法可供选择，各有优缺点。Bradford法基于蛋白质与考马斯亮蓝G-250染料的结合，快速、灵敏，但不同蛋白质之间的差异较大。BCA法基于蛋白质在碱性条件下将Cu²⁺还原为Cu⁺，并与 b...

等电点沉淀是一种基于蛋白质在pH等于其等电点时净电荷为零、溶解度比较低的原理进行的粗分离方法。通过调节样品溶液的pH，可以使一类等电点相近的蛋白质或杂质沉淀出来，从而实现初步的富集或去除。该方法简单、经济，常作为大规模纯化中的初始步骤。共价层析是一种特殊的亲和层析，其固定相上的基团能与蛋白质表面的特...

膜过滤根据孔径大小和分离机制的不同，在纯化流程的不同阶段发挥着多种作用。微滤（0.1-10 μm）用于澄清，去除细胞碎片和大的颗粒物。超滤（UF）是依据分子量截留（MWCO， 通常1-1000 kDa）进行分离，其主要用途是：1）浓缩蛋白质溶液；2）透析/脱盐，即更换缓冲液，去除小分子溶质（如盐、抑...

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...

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...

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...

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...

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...

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...

蛋白质分离纯化是生物化学、分子生物学及生物技术领域的主要技术与基础。其根本目的在于，从复杂的生物样本（如细胞、组织或体液）中，特异性地分离出单一的目标蛋白质，并使其达到所需的纯度与活性水平。这一过程对于研究蛋白质的结构、功能、相互作用，以及对于开发诊断试剂、疗愈性抗体和酶制剂等生物制品都至关重要。然...

纯化得到的宝贵蛋白质需要妥善储存以维持其长期稳定性。储存条件取决于蛋白质的性质。短期储存（数天至数周）可在4°C下进行，并加入抗菌剂（如叠氮钠）。长期储存通常采用冷冻。快速冷冻并在-80°C保存是常用的方法。为了防止冷冻和解冻过程中因冰晶形成、pH变化和相分离造成的变性或聚集，通常需要加入冷冻保护剂...

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...

层析技术是现代蛋白质纯化的支柱，其主要原理是利用蛋白质在固定相（层析介质）和流动相（缓冲液）之间分配的差异，因理化性质不同而产生迁移速率差，从而实现分离。固定相被填充在层析柱中，当蛋白质混合物随流动相流经时，与固定相相互作用力弱的蛋白质先被洗脱，而作用力强的则保留时间更长。根据相互作用的性质，衍生出...

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...

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...

固定化金属离子亲和层析是重组蛋白纯化中较广泛应用的技术之一。其原理是将螯合剂固定于介质上，螯合镍离子、钴离子等过渡金属离子，这些金属离子又能与重组蛋白末端融合的寡聚组氨酸标签（如6xHis标签）特异性结合。结合后，通过提高咪唑浓度（咪唑竞争性结合金属离子位点）或降低pH进行洗脱。IMAC具有结合容量...

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...

膜蛋白嵌入或附着于生物膜中，其分离纯化比可溶性蛋白更为复杂。首要挑战是增溶：必须使用去垢剂（如TritonX-100，DDM，CHAPS）来替代膜脂质，将膜蛋白从其天然环境中“撬”出来，形成可溶的蛋白质-去垢剂复合物。去垢剂的选择至关重要，需要既能有效增溶，又不会使蛋白质变性失活，且与后续的纯化步骤...

混合模式层析的固定相配体设计为能够同时通过两种或多种不同的相互作用机制与蛋白质结合，例如静电相互作用与疏水相互作用的结合，或氢键与π-π相互作用的结合。这种多重作用机制使得其选择性不同于传统的IEX或HIC，往往能分离用传统方法难以分开的蛋白质。它可以在高盐条件下结合带电荷的蛋白质，这打破了传统IE...

在整个纯化流程中，实时监测每一步的纯化效果至关重要。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）是较常用、较直观的工具。它能在变性条件下根据分子量大小分离蛋白质，通过考马斯亮蓝或银染染色，可以直观地看到不同纯化步骤后，目标蛋白条带是否得到富集，杂质条带是否被去除。Western Blott...

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...

混合模式层析的固定相配体设计为能够同时通过两种或多种不同的相互作用机制与蛋白质结合，例如静电相互作用与疏水相互作用的结合，或氢键与π-π相互作用的结合。这种多重作用机制使得其选择性不同于传统的IEX或HIC，往往能分离用传统方法难以分开的蛋白质。它可以在高盐条件下结合带电荷的蛋白质，这打破了传统IE...

细胞破碎是释放目标蛋白的物理或化学手段。机械法中的高压匀质利用细胞悬浮液在高压下通过狭窄阀隙，因剪切力和空化效应导致细胞破裂，处理量大、效率高，适用于大规模制备。超声破碎则利用高频声波产生微小气泡破裂的空化作用粉碎细胞，适用于小体积样本，但需注意产热问题。非机械法包括酶溶法（使用溶菌酶、纤维素酶等特...