电场强化作用下双水相逆流色谱机制与分离特性研究

In order to satisfy the requirement of membrane proteins separation in membrane proteomics, electrokinetic counter-current chromatography using aqueous two-phase surfactant system for hydrophobic membrane proteins separation are studied so as to achieve the target membrane protein with high resolution and throughput. The following issues are mainly concerned in the program: (1) Investigate the electrokinetic phase separation behavior of aqueous two-phase surfactant system for counter-current chromatography and then determine the type of aqueous two-phase surfactant system and corresponding electric fields with appropriate property ranges. (2) Discuss the phase distribution characteristics of aqueous two-phase surfactant system in electrokinetic counter-current chromatography, and provide operation parameters and electric fields parameters with high stationary phase retention rate. (3) Research on the model proteins separation in electrokinetic counter-current chromatography, obtain the parameters and variation of chromatographic process theoretical plate model for protein separation in electrokinetic counter-current chromatography, and then direct to improve operating condition control and structural parameters design of electrokinetic counter-current chromatography. (4) Separate the target membrane protein in complicated natural mixture, analyze and assess the application performance of electrokinetic counter-current chromatography using aqueous two-phase surfactant system for membrane proteins separation. The program will be of great importance in the further development of electrokinetic counter-current chromatography and the separation of membrane protein mixtures.

针对膜蛋白质组学中膜蛋白质混合物系分离纯化需求，研究电场强化作用下双水相逆流色谱机制及对疏水性膜蛋白质的分离特性，以期获得高分辨率和高通量的目标膜蛋白质。项目主要内容有：(1)研究表面活性剂双水相体系电场强化下分相特征，确定具有快速分相性能的双水相溶剂体系和外加电场特征参数范围。(2)研究双水相体系在电场强化作用下逆流色谱中相分布特征，提出高固定相保留率的逆流色谱操作参数和电场特征参数指标。(3)研究模型蛋白质在电场强化作用下双水相逆流色谱中的分离特性，探索蛋白质逆流色谱分配过程中理论板模型的各项参数指标及变化规律，用于电场强化作用逆流色谱仪操作条件控制和结构参数设计。(4)分离纯化实际膜蛋白质混合物系中目标膜蛋白质，分析评价电场强化作用双水相逆流色谱对疏水性膜蛋白质混合物系的应用特性。项目的研究对电场强化作用下双水相逆流色谱技术的深入开发及疏水性膜蛋白质混合物系的分离纯化具有重要意义。

结合蛋白质、多糖等生化大分子在靶向药物、生物材料和功能性食品等方面的广泛应用需求，研究电场强化作用下双水相逆流色谱分离机制及对蛋白质、多糖等生物大分子的分离特性，获得高分辨率和高通量的目标蛋白质或多糖产品。项目以各类逆流色谱构型、溶剂体系、分离操作参数为主要研究对象，研究电场强化对逆流分配机理及蛋白质、多糖等生物大分子在逆流色谱中的富集分离特性，并建立各类逆流色谱的双水相溶剂体系相平衡和分配平衡模型，为蛋白质、多糖产品分离纯化技术提供基础理论与关键技术支撑。主要研究内容有：(1)以电场强化作用下双水相体系的分相特性及其对蛋白质、多糖的分配特性为指标，初步筛选和构建出一批适宜应用到电场强化作用下逆流色谱分配的双水相溶剂体系；(2)考察了离子液体型双水相体系在电场强化作用下电促分相的规律和特点，比较了电场强化作用下电压、电流、电源信号类型及其特征参数对不同类型离子液体双水相体系的电促分相的影响，确定出电场中各类操作参数、双水相体系类型和溶剂体系特征参数之间的关联和作用规律；(3)考察了离子液体-表面活性剂型双水相体系在低压脉冲电场作用下电促分相的规律和特点：研究了低压电场作用下电信号类型、频率、占空比等参数对离子液体-表面活性剂型双水相体系的电促分相效率的作用规律，确定出低压电场的各类操作参数、离子液体-表面活性剂型双水相体系溶剂特征参数之间的关联和作用规律；(4)分离纯化实际蛋白质、多糖混合物系中目标蛋白质、多糖产品，分析评价电场强化作用双水相逆流色谱对蛋白质、多糖混合物系的应用特性。项目研究期间发表论文17篇，其中SCI期刊论文13篇，授权国内发明专利5项，获得软件著作权登记1项。本项目的研究工作对基于双水相溶剂体系的逆流色谱应用拓展及生物活性大分子的分离纯化具有重要意义。