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體積排阻色譜(SEC):大分子分離的“分子篩”奧秘

來源:艾杰爾飛諾美   2025年03月13日 08:59  
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你是否好奇科學家如何精確分析多肽、蛋白質、聚合物甚至病毒顆粒的分子量?答案就藏在**體積排阻色譜(SEC)**的奇妙世界中!今天,讓我們揭開 SEC 固定相的神秘面紗,探索它如何成為實驗室的“分子尺子”!


SEC 的核心:尺寸決定命運!


SEC 的原理簡單卻強大——大分子先出,小分子后出!固定相由多孔填料組成,分子像“賽跑選手”一樣穿過孔道:



大分子因體積過大,直接被“拒之門外”,快速洗脫(排阻體積)。


小分子能鉆進孔隙“迷宮”,洗脫時間更長(滲透體積)。


下圖所示為 SEC 色譜圖中化合物尺寸與洗脫的關系。一個常見的誤解是 SEC 基于分子量分離分子。大多數情況下確實是這樣,分子量較大的分析物通常會先洗脫。不過,更準確的說法是 SEC 基于流體力學體積分離分子,即分子在流動相或溶劑中的有效大小。



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SEC 通常分為兩種不同的類型:



凝膠過濾色譜法(GFC):使用水溶液作為流動相


凝膠滲透色譜法(GPC):使用有機溶劑作為流動相


雖然 SEC 包括 GFC 和 GPC 兩種不同類型的分析,但大多數科學家并不對其進行區分。科學家經常交換使用 GPC 和SEC。他們經常會稱自己的工作為水相 GPC/SEC 或非水相 GPC/SEC,而不是 GPC 或 GFC。


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固定相:硅膠 VS 聚合物,誰主沉浮?


SEC 色譜柱的固定相可以是硅膠基質或聚合物基質。硅膠基質色譜柱與極性基團(通常為二醇)鍵合,以防止與分析物產生離子相互作用。聚合物基質色譜柱使用疏水性或極性指數與樣品相似的聚合物填料。可以從下表的整理中發現,兩種固定相各有各的優劣勢。


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按照上述對比,我們可以大致得出一個寬泛的結論:高分辨率快速分離、以及常規分析可以優選硅膠基質,且緩沖液+硅膠柱的搭配更適合親水性生物分子(如蛋白);對于極-端 pH 或有機溶劑條件,以及分析超大分子(如病毒顆粒、合成高分子)的時候,聚合物基質更優。


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實戰技巧:如何玩轉 SEC?


SEC 填料為全多孔,通過不同孔徑進行分離。孔的體積越大,SEC 填料的分離能力越強。排阻體積(Vo)對應固定相孔排除的化合物洗脫所需的流動相體積。總滲透體積(Vt)是尺寸足夠小、可以進入固定相孔的化合物洗脫所需的流動相體積。化合物分離發生在排阻體積與總滲透體積之間。這個體積用填料的總孔體積表示(參見下圖)。最終,SEC 填料的孔徑將決定色譜柱的排阻范圍,或排阻體積與滲透體積之間的對應分子量范圍。


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基于上述原理,在使用 SEC 的過程中,我們可以利用以下實用攻略:


01

串聯色譜柱:


同孔徑串聯(如雙 50? 柱)→通過延長柱長提高理論塔板數,增強對分子量接近組分的分離分辨率。


不同孔徑串聯(如 50?+1000?)→擴展分離分子量范圍,兼顧小分子片段與大分子聚集體的同步檢測。注意需要將大孔徑柱置于前端,避免小孔徑柱堵塞風險。


02

選擇合適的填料孔徑:

需確保目標分子處于填料的線性分離區間(介于排阻極限與滲透極限之間),按照核心公式(經驗法則):


球形分子(如蛋白質、抗體):

孔徑(?)≈ 分子量(kDa)× 1.5


例:150 kDa 單抗 → 200-300 ?。雖然選擇 200? 和 300? 都是滿足排阻范圍的,但是 200? 可以在保證聚集體分離的前提下,帶來更好的片段分離能力,實現更全面的質量監控。


線性/柔性分子(如核酸、多糖、PEG):

孔徑(?)≈ 分子量(kDa)× 2.0


例:5,000 nt mRNA ≈ 1,500 kDa → 700-1,000 ?。對于 5000 nt 以下的 mRNA,選擇 700 ?(貼近計算值下限),能夠帶來更高的分辨率。


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Phenomenex SEC 產品亮點


Biozen dSEC-2 & dSEC-7:通過生物惰性系統與親水化硅膠填料的協同設計,為生物藥關鍵質量屬性(CQA)分析提供更靈敏、更穩定的分離平臺。


Yarra & Biosep:專為多肽,蛋白質分離而生。


Polysep:聚合物基質搭配 GFC 分析,輕松應對多糖等復雜樣本。


Phenogel:聚合物柱的“多面手”,覆蓋從 PS(聚苯乙烯)到 PEG(聚乙二醇)的全場景 GPC 需求。


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未來展望

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隨著生物藥與復雜制劑(mRNA/AAV/ADC)的爆發式增長,高通量、高精度 SEC 平臺已成為研發質控的核心剛需。Phenomenex SEC 色譜技術持續賦能,為生物醫藥“關鍵質量屬性”提供更優異的分離保障!




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