在生物制藥、基礎(chǔ)生命科學(xué)研究和臨床診斷等領(lǐng)域，從復(fù)雜的生物樣品中獲得高純度、具有生物活性的目標(biāo)蛋白，往往是整個(gè)研究或生產(chǎn)流程中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。蛋白純化系統(tǒng)作為一類基于液相層析技術(shù)的專用設(shè)備，通過整合高精度流體輸送、多參數(shù)實(shí)時(shí)檢測和自動(dòng)化控制等功能模塊，為蛋白質(zhì)、核酸及多糖等生物大分子的分離純化提供了標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)平臺。本文從分離原理、系統(tǒng)架構(gòu)、關(guān)鍵性能參數(shù)及典型應(yīng)用等方面，對該類設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)介紹。

一、蛋白純化的核心原理與技術(shù)類型
蛋白純化的根本目標(biāo)是從細(xì)胞裂解液、發(fā)酵液等復(fù)雜混合物中將目標(biāo)蛋白從大量雜質(zhì)中分離出來。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)基礎(chǔ)建立在蛋白質(zhì)分子之間理化性質(zhì)的差異之上——不同蛋白質(zhì)在分子量、等電點(diǎn)、疏水性、對特定配體的親和力等方面存在天然差異。蛋白純化系統(tǒng)正是利用這些差異，通過讓樣品流經(jīng)裝有特定填料的層析柱，使目標(biāo)蛋白和雜質(zhì)在固定相與流動(dòng)相之間的分配過程中發(fā)生分離。

常見的主要層析技術(shù)包括以下幾種類型。親和層析是純化帶標(biāo)簽重組蛋白時(shí)應(yīng)用最為廣泛的方法，其原理是將目標(biāo)蛋白的特異性配體固定在層析介質(zhì)上。當(dāng)樣品通過層析柱時(shí)，帶有相應(yīng)標(biāo)簽（如His標(biāo)簽、GST標(biāo)簽）的目標(biāo)蛋白與介質(zhì)上的配體發(fā)生特異性結(jié)合而被捕獲，其他雜質(zhì)則被洗脫除去，最后通過改變緩沖液條件將目標(biāo)蛋白洗脫下來。離子交換層析根據(jù)蛋白質(zhì)表面電荷的差異進(jìn)行分離，帶正電的蛋白與陽離子交換介質(zhì)結(jié)合，帶負(fù)電的蛋白與陰離子交換介質(zhì)結(jié)合，通過改變洗脫液的離子強(qiáng)度或pH值實(shí)現(xiàn)梯度洗脫。

凝膠過濾層析（分子排阻層析） 根據(jù)分子量的差異進(jìn)行分離，大分子無法進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部的孔道而被洗脫，小分子則進(jìn)入孔道后被延遲洗脫，適用于蛋白質(zhì)脫鹽、緩沖液置換以及分子量測定。疏水相互作用層析利用高鹽條件下蛋白質(zhì)表面疏水區(qū)域與介質(zhì)疏水配體之間的相互作用進(jìn)行分離，通常在離子交換之后進(jìn)行，常用于去除蛋白聚集體。反相層析使用疏水性較強(qiáng)的介質(zhì)和有機(jī)溶劑梯度洗脫，適用于肽圖分析和微量蛋白鑒定，但需要注意有機(jī)溶劑可能使蛋白變性失活。

所有蛋白純化過程都可以概括為三步策略：捕獲階段快速濃縮目標(biāo)蛋白并初步去除主要雜質(zhì)，中間純化階段去除大部分剩余雜質(zhì)，精純階段去除痕量雜質(zhì)并將目標(biāo)蛋白調(diào)整至最終所需的緩沖體系中。

二、系統(tǒng)組成與模塊化設(shè)計(jì)
蛋白純化系統(tǒng)通常由多個(gè)功能模塊通過管路和閥門網(wǎng)絡(luò)有機(jī)整合而成。流體輸送系統(tǒng)以高精度雙柱塞泵為核心部件，泵頭通常選用鈦合金或PEEK等生物相容性材料，流速范圍覆蓋0.01至150 mL/min乃至更高，流速精度可達(dá)±2%，流速相對標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過0.5%。雙泵配置可支持梯度洗脫，梯度偏差一般控制在1%以內(nèi)。部分系統(tǒng)還具備恒壓調(diào)速功能，當(dāng)系統(tǒng)即將超壓時(shí)自動(dòng)降低流速，在壓力降低后恢復(fù)流速，保證系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。

檢測系統(tǒng)是保障純化過程信息透明化的關(guān)鍵模塊。紫外-可見光檢測器可實(shí)時(shí)監(jiān)測280 nm（蛋白吸收峰）、260 nm（核酸吸收峰）等多個(gè)波長下的吸光度變化。高配置系統(tǒng)支持同時(shí)監(jiān)測三個(gè)甚至四個(gè)波長，在純化目標(biāo)蛋白的同時(shí)追蹤雜質(zhì)核酸的動(dòng)態(tài)變化，幫助用戶精準(zhǔn)判斷目標(biāo)峰的出現(xiàn)與洗脫終點(diǎn)。電導(dǎo)檢測器實(shí)時(shí)監(jiān)測緩沖液離子強(qiáng)度的變化，有助于確認(rèn)梯度洗脫的精確進(jìn)行；pH檢測器實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境的酸堿度，對于維持蛋白活性和實(shí)現(xiàn)特定分離條件具有重要意義。

自動(dòng)餾分收集系統(tǒng)在純化的末端環(huán)節(jié)扮演關(guān)鍵角色。根據(jù)時(shí)間、體積或峰形閾值自動(dòng)觸發(fā)的收集器能夠精確捕獲目標(biāo)峰，并且通過制冷模塊（通常溫度范圍為6℃至20℃）保護(hù)收集到的樣品活性。閥組網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程度提升的關(guān)鍵硬件支撐，通過多位置緩沖液入口切換閥、樣品注入閥和柱位切換閥的有機(jī)組合，可實(shí)現(xiàn)在不同層析柱之間的自動(dòng)切換和緩沖液篩選，無需人工干預(yù)即可完成多步連續(xù)純化，大幅提升工作效率和結(jié)果的可重復(fù)性。

三、主流產(chǎn)品平臺與技術(shù)特征
在蛋白純化系統(tǒng)領(lǐng)域，多個(gè)技術(shù)平臺長期占據(jù)重要地位，不同平臺在系統(tǒng)架構(gòu)、軟件生態(tài)和應(yīng)用定位上各具特色。

Cytiva AKTA系列憑借數(shù)十年的技術(shù)積累在市場中被廣泛接受。AKTA pure系統(tǒng)提供流速高達(dá)25 mL/min的pure 25和高達(dá)150 mL/min的pure 150兩個(gè)型號，提供20多種硬件選項(xiàng)。新推出的AKTA pure T提供雙波長（260 nm和280 nm）監(jiān)測，擴(kuò)展了其在核酸和蛋白同步檢測中的應(yīng)用范圍。通過附加柱位閥，最多可連接10個(gè)層析柱，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化多步層析。AKTA avant系列專為方法探索和純化工藝優(yōu)化而設(shè)計(jì)，整合了UNICORN軟件中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工具，可通過更少的實(shí)驗(yàn)獲得準(zhǔn)確信息。AKTA avant 25用于填料篩選和數(shù)百毫克級樣品制備，AKTA avant 150則可用于工藝放大和克級樣品制備。UNICORN控制平臺符合FDA 21 CFR Part 11要求，具備電子簽名、審計(jì)追蹤和三級權(quán)限管理功能，內(nèi)置180多種層析柱數(shù)據(jù)庫和26種緩沖液配方，通過拖拽編程簡化了方法開發(fā)流程。

Bio-Rad NGC系列以模塊化平臺作為核心設(shè)計(jì)理念。NGC系統(tǒng)支持10 mL/min和100 mL/min兩種系統(tǒng)泵配置，壓力范圍最高可達(dá)3650 psi。其緩沖液自動(dòng)配制閥系統(tǒng)不僅可在線自動(dòng)配制緩沖液，還可將系統(tǒng)流速倍增到20 mL/min或200 mL/min。紫外檢測器可選單波長檢測器（提供280/255 nm檢測）和全波長檢測器（波長范圍190-800 nm，四波長同步檢測），ChromLab軟件標(biāo)配觸摸屏操作，支持復(fù)雜的純化流程自動(dòng)化控制。

國內(nèi)品牌的發(fā)展也值得關(guān)注。賽譜儀器SCG系列蛋白純化系統(tǒng)適用于蛋白、抗體、疫苗和核酸等大分子生物制品的純化。英賽斯、上海閃譜等國產(chǎn)品牌通過技術(shù)創(chuàng)新和差異化服務(wù)，市場參與度明顯提升。截至2025年，國產(chǎn)儀器在行業(yè)熱度榜單中已占據(jù)多個(gè)席位，國產(chǎn)替代正在穩(wěn)步推進(jìn)。

四、操作流程與注意事項(xiàng)
使用蛋白純化系統(tǒng)時(shí)，規(guī)范的操作流程是保障分離效果和延長設(shè)備使用壽命的前提。開始純化之前，應(yīng)進(jìn)行充分的系統(tǒng)沖洗和環(huán)境平衡，包括使用經(jīng)過過濾和脫氣處理的緩沖液沖洗所有管路，并將檢測器調(diào)零。層析柱應(yīng)與系統(tǒng)正確連接并平衡，電導(dǎo)率和pH讀數(shù)穩(wěn)定后方可開始純化。樣品在上樣前需經(jīng)過離心或過濾處理，去除顆粒物以免堵塞層析柱篩板。純化方法可以通過軟件中的方法向?qū)нM(jìn)行設(shè)置，從緩沖液配方、流速、梯度條件到收集條件均可按需設(shè)定。

純化結(jié)束后應(yīng)執(zhí)行清洗和保存程序。根據(jù)層析柱類型使用適當(dāng)?shù)脑偕捅４娣桨福ㄍǔＪ褂?0%乙醇），沖洗所有管路并用適當(dāng)緩沖液封存，防止鹽析出或微生物滋生。軟件的審計(jì)追蹤功能應(yīng)保持開啟狀態(tài)，記錄所有操作步驟和參數(shù)修改，以保障數(shù)據(jù)的完整性。

五、結(jié)語
蛋白純化系統(tǒng)通過精密流體輸送、多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測和自動(dòng)化控制的有機(jī)結(jié)合，為生物分子的分離純化提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、可復(fù)現(xiàn)的技術(shù)平臺。從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的毫克級純化到工藝開發(fā)階段的克級制備，不同流速規(guī)格和配置選項(xiàng)的系統(tǒng)各有其適用場景。隨著生物制藥產(chǎn)業(yè)對純化通量和工藝穩(wěn)定性要求的不斷提升，模塊化設(shè)計(jì)、智能軟件系統(tǒng)和國產(chǎn)化替代能力將成為未來蛋白純化系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的重要方向。