[发明专利]一种链结构可控聚合物接枝的高容量琼脂糖色谱介质及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种链结构可控聚合物接枝的高容量琼脂糖色谱介质及其制备方法，属于生物技术领域的蛋白质色谱技术。

背景技术

色谱介质是蛋白质色谱技术的材料基础，色谱介质的蛋白结合容量是评价其性能的核心指标。在过去的三十年中，以基因工程蛋白质药物为代表的生物医药技术取得了长足的发展，细胞培养和微生物发酵的生产规模和产能大幅提高；而与此相对应的是，下游加工技术的处理能力严重滞后。以离子交换色谱介质为例，蛋白质的动态结合容量(dynamicbindingcapacity，DBC)仍旧不足100mg/mL。离子交换色谱介质结合容量已经成为蛋白质色谱过程高效化的“瓶颈”。

离子交换色谱中，蛋白质DBC往往受限于蛋白质分子在色谱介质内的传质速率。为了促进蛋白质分子在色谱介质内传质，研究人员先后开发了具有穿透孔和扩散孔两类孔道结构的灌注色谱介质【申请号：US5019270】、液固联合致孔的高容量超大孔琼脂糖色谱介质【公开号：CN1472002A】以及整体柱色谱材料【公开号：CN101464439A】等。但DBC不仅取决于蛋白质孔内传质速率，更以饱和吸附容量为上限。因此，提高蛋白质饱和吸附容量是开发高容量色谱介质的根本途径。

蛋白质饱和吸附容量通常取决于色谱介质的表面积。充分利用色谱介质孔道空间而非仅仅孔道表面无疑是获得高蛋白质饱和吸附容量的必然选择。1994年，Horvath等人报道了孔道内填充聚丙烯酰胺凝胶的刚性聚苯乙烯-硅胶杂化微球Hyper色谱介质分离蛋白质的研究【JournalofChromatographyA,1994,679:11】，其特征在于灌注于孔道内的聚丙烯酰胺凝胶构成的立体“脚手架”结构均布于整个孔道空间。结果表明，Hyper色谱动态结合容量甚至较灌注色谱介质的动态结合容量成倍提高。默克公司公开了一种聚合物接枝的Fractogel^TMEMD色谱介质，其技术特征是铈(IV)离子催化载体内含羟基的孔道表面上共聚生成聚合物分子【公开号：CN1036516A】。但后续的研究则显示，这种接枝方法对离子交换色谱介质DBC和蛋白质孔内传质速率无明显改善【JournalofChromatographyA,2006,1118:168】。此后，法玛西亚公司(现属通用医疗集团)开发了葡聚糖接枝的琼脂糖离子交换色谱介质Sepharose其主要特征在于将10～40k乃至更大分子量的葡聚糖分子直接接枝于琼脂糖载体上，继而偶联离子交换配基获得葡聚糖接枝离子交换色谱介质【JournalofChromatographyA,2011,1218:8748】。上述色谱介质的溶菌酶和抗体饱和吸附容量分别达到了350和300mg/mL【JournalofChromatographyA,2009,1216:7774】。余林玲和孙彦近期报道了聚乙烯亚胺接枝琼脂糖离子交换色谱介质的制备方法，其特征在于将带电的聚乙烯亚胺直接接枝于Sepharose介质表面。该介质的牛血清白蛋白饱和吸附容量可达274mg/mL【JournalofChromatographyA,2013,1305:76.】。但上述聚合物接枝色谱介质存在着一些共同的缺陷：(1)聚合物接枝量有限：鉴于葡聚糖、聚乙烯亚胺等聚合物分子的空间位阻作用，聚合物的接枝量有限，葡聚糖接枝琼脂糖离子交换色谱介质的离子交换容量较低；(2)接枝过程不可控：聚合物分子的接枝为多位点结合，接枝聚合物分子形态难以控制；(3)孔道结构不可预测：接枝的孔道结构更加复杂，蛋白质的传质机制不清。

针对聚合物接枝色谱介质的上述问题，发展链结构规整、聚合物链可控的琼脂糖离子交换色谱介质成为当务之急。本发明利用原子转移自由基聚合(ATRP)技术在琼脂糖色谱介质表面接枝单体化合物制备得到链结构可控聚合物接枝的高容量琼脂糖离子交换色谱介质。合成的链结构可控聚合物接枝琼脂糖离子交换色谱介质具有聚合物链结构规整、链长和链密度可控，合成步骤简单、条件温和、操作简便、放大容易，介质性能稳定，介质的离子交换容量、蛋白质饱和吸附容量和动态结合容量高等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种链结构可控聚合物接枝的高容量琼脂糖离子交换色谱介质及其制备方法。所述的聚合物接枝琼脂糖离子交换色谱介质具有聚合物链结构规整、聚合物链长和链密度可控、离子交换容量大、饱和吸附容量及动态结合容量高、合成步骤简单、合成条件温和等特点。