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濃縮多肽與蛋白質

你會是“旋轉蒸發(fā)黨”還是“冷凍干燥黨”呢？

多肽和蛋白質是自然界中四種基本分類的大分子之一。人們經(jīng)常研究它們作為潛在的治療藥物。在合成蛋白質后，分離蛋白質是一個關鍵步驟。為了確保高效的分離步驟，了解兩種常用干燥技術——旋轉蒸發(fā)和冷凍干燥之間的差異非常重要。

蛋白質在幾乎所有細胞的基本過程中起著重要作用，其中大部分信息都被編碼在核酸中，并由蛋白質控制。蛋白質由稱為氨基酸的組成單元構成。在溶液中，蛋白質形成高度有序的三維結構，這與它們的生物功能密切相關。肽是蛋白質的較小版本，因為它們包含較少的氨基酸。盡管肽的三維結構比蛋白質的結構簡單，但其生物重要性并不少于蛋白質。

蛋白質和多肽在身體中負責各種生命必需功能和過程的重要分子，包括信號轉導、心率調節(jié)、食物攝入和生長。它們在生物醫(yī)學、生物技術、生物工程、藥物發(fā)現(xiàn)、藥物傳遞、化妝品和營養(yǎng)等領域中也被廣泛應用。例如胰島素或阿斯巴甜等分子是蛋白質和多肽在藥物和食品應用中被使用的眾所周知的例子。

在藥物開發(fā)中，蛋白質和多肽通常被認為是對抗各種疾病的有吸引力的治療藥物。在生物醫(yī)學或生物化學研究中，這些生物分子可以用作定量研究的參考物質、細胞培養(yǎng)的生長因子和細胞因子、生化分析中的活性酶、分子移動的載體蛋白質、阻斷通路的抑制劑或與抗體配對使用的抗原。

通過化學合成、利用重組微生物或無細胞表達系統(tǒng)進行制造，以及通過從其自然環(huán)境中提取，可以實現(xiàn)蛋白質和多肽的制造。最適合的制造策略在很大程度上取決于所需分子的大小和化學特性。

1 多肽與蛋白類樣品的常見濃縮法

制作多肽或蛋白質需要進一步處理以達到高純度，進行下游分析。處理步驟包括純化、濃縮和制劑，如下圖所示：

濃縮步驟可以通過幾種技術來完成，如噴霧干燥、旋轉蒸發(fā)、并行蒸發(fā)和凍干。在這篇文章中，我們將重點介紹旋轉蒸發(fā)和凍干這兩種技術，并以 R-300 旋轉蒸發(fā)儀和 L-200 冷凍干燥機為例，對比二者的區(qū)別，找出最合適多肽和蛋白質的濃縮方法。

旋轉蒸發(fā)儀

自從 50 年代末期，旋轉蒸發(fā)儀就被廣泛應用于實驗室中，它是一種已知、可靠且堅固的技術。步琦作為其發(fā)明者，一直致力于開發(fā)最高質量和最強性能的旋轉蒸發(fā)儀。旋轉蒸發(fā)的過程是溶劑的減壓蒸發(fā)，然后溶劑蒸汽再冷凝回液體。

冷凍干燥

冷凍干燥，又稱為凍干，是一種最溫和的干燥方法。冷凍干燥的原理基于物質直接從固態(tài)轉變?yōu)闅鈶B(tài)的過程，稱為升華。首先，將產(chǎn)品冷凍，然后在降低的壓力環(huán)境中通過升華進行干燥。低壓使凍結溶劑直接轉變?yōu)檎羝Ｔ诖蠖鄶?shù)冷凍干燥應用中，從產(chǎn)品中去除的溶劑是水。但是，其他溶劑如乙腈在一定程度上也可以使用。

2 對比旋轉蒸發(fā)儀和冷凍干燥機的關鍵參數(shù)

旋轉蒸發(fā)和冷凍干燥之間的主要參數(shù)區(qū)別：

旋轉蒸發(fā)儀蒸發(fā)不同溶劑的速度：

* 蒸發(fā)速度測得條件：水浴鍋60℃，冷卻溫度20℃，1L蒸發(fā)瓶，轉速280 rpm

通過上述的對比，再結合常見的處理步驟，我們很容易能找到合適我們多肽或蛋白質樣品的濃縮方法。

處理時間：

旋轉蒸發(fā)儀在濃縮和干燥時間上有非常明顯的優(yōu)勢，常規(guī)實驗量的反應液（1L以內），在旋轉蒸發(fā)儀上可以在1小時以內處理完畢。除此之外，旋轉蒸發(fā)儀免去了冷凍干燥的預凍步驟，可直接上機處理，這進一步加快了處理效率。

應用范圍：

相對于旋轉蒸發(fā)儀，冷凍干燥機在應用面上會顯得狹窄很多。但其干燥樣品的程度，特別是針對含水量較高的樣品，冷凍干燥具有絕對的優(yōu)勢，這有助于后續(xù)的處理。因此在針對多肽和蛋白類化合物時，我們可以根據(jù)不同的步驟采取多種干燥手段。在純化分離前，往往有大量的液體樣品需要濃縮，才能保證樣品不在分離柱內擴散，獲得較好的峰型，這時我們可以采用旋轉蒸發(fā)儀來處理。而在純化分離完畢后，我們會獲得高純度的少量液體樣品，此時我們就可以采用冷凍干燥來處理。

溫度范圍：

溫度條件對于多肽和蛋白質類的樣品至關重要，很多此類樣品無法承受過多的熱應力。針對這類樣品，冷凍干燥機是最適合的選擇，其室溫的處理條件可以完全杜絕樣品變性或分解的可能性。

我們可以通過下圖來查看最合適您的多肽和蛋白樣品的濃縮方式：

3 多肽與蛋白濃縮的小貼士

01旋轉蒸發(fā)儀小貼士

樣品起泡：

蛋白類樣品在蒸發(fā)過程中極易起泡，為了避免樣品暴沸，我們可以采用防暴沸傳感器或者E型冷凝器。

步琦 R-300 防暴沸傳感器：

步琦 R-300 E 型冷凝器：

▲R-300 E 型冷凝器

E型冷凝器在冷凝器前連接了一個緩沖空腔，可以有效避免樣品暴沸進入蒸發(fā)瓶內。

干燥樣品：

在干燥樣品的過程中，樣品容易附著在蒸發(fā)燒瓶上，特別是蛋白類的粘性樣品。為了防止這種情況發(fā)生，可以使用干燥型蒸發(fā)燒瓶。干燥蒸發(fā)燒瓶上有凸起的部分，可以減少粉末在玻璃壁上的堆積，配合 R-300 的正反轉干燥模式，可以進一步避免樣品凝結。

▲圖示：干燥型蒸發(fā)瓶

02 冷凍干燥機小貼士

樣品表面積：

多肽和蛋白質的干燥速率通常取決于表面積與樣品體積之比。表面積越大，樣品干燥越快，因為更多的水分子可以離開基質。為了增加樣品在預凍過程中的比表面積，建議使用 R-300 的杜瓦罐套件，可同時實現(xiàn)高效預凍和高比表面積。

▲R-300 杜瓦罐套件

▲經(jīng)過杜瓦罐套件干燥的樣品（左）具有更大的比表面積

4 結論

相信通過以上介紹，您已經(jīng)找到了最適合自己蛋白或多肽樣品的濃縮與干燥的方法。如果您希望進一步為自己的應用定制一套解決方案，歡迎通過下面的聯(lián)系方式咨詢我們的產(chǎn)品專家，也可以關注我們的公眾號，了解更多蛋白與多肽樣品的相關信息。