在前期的「过滤千问」活动中,我们在微信公众号、小红书以及Cytiva实验室用户群中,收到了大量来自一线实验室老师的过滤相关提问。
本期推文将围绕大家反复提到的实验室过滤经典问题进行集中解答。整个答疑内容将分为上下两期呈现,本篇主要聚焦于实验室过滤中使用频率极高、同时也最容易产生困惑的一个应用场景——超滤。
Cytiva超滤管
Minimate EVO实验室切向流系统
在超滤相关问题中,老师们关注的产品主要集中在超滤管和超滤膜包两类。其中,关于超滤管,大家提出了几个高度集中的问题:
30 kD的超滤管,是否真的能够截留30 kD的蛋白?
是否可以利用30 kD超滤管,实现10 kD与100 kD蛋白的分离?
超滤过程中,如何减少蛋白在滤膜上的吸附,提高回收率?
要回答这些问题,首先需要从超滤管背后的基本原理讲起。
超滤本质上是一种基于尺寸差异的物理分离过程。通过滤膜对目标分子的选择性截留,使小分子透过滤膜进入滤出液,从而实现浓缩或分离。
超滤原理
用于衡量超滤管截留性能的关键指标是分子量截留值(MWCO)。标称MWCO的定义是:该滤膜能够截留≥90%的、具有对应分子量的标准球形蛋白质。
例如,100 kD超滤管,指的是可以截留90%的100 kD球形蛋白。
不同MWCO超滤管针对不同分子量的蛋白分子的截留效率
但在实际实验中,不同老师使用的蛋白样品在结构、构象和空间形态上均存在差异,很难与标准测试蛋白完全一致。因此,MWCO并不是一条绝对的“分界线”,而更多是一个指导选型的参考指标。
基于这一点,在使用Cytiva超滤管进行选型时,通常建议:
用目标蛋白分子量÷3或÷6,作为MWCO的选型经验规则。
例如,当目标蛋白分子量约为30 kD时,可优先考虑10 kD或5 kD的超滤管,以降低目标分子流穿的风险。选择5 kD的超滤管,能够保证更高的回收率;选择10 kD的超滤管能够保证更高的流速。
在理解了MWCO的含义之后,很多老师会进一步提出一个进阶问题:
是否可以利用30 kD的超滤管,将100 kD的目标蛋白保留,同时让10 kD的小分子杂质透过滤膜?
从理论上来说,这一分离思路是可行的。当目标分子与杂质分子在分子量上存在接近一个数量级以上的差异时,超滤可以作为一种有效的粗分离手段。
但在实际操作中,分离效果往往与实验条件密切相关。超滤过程中,大分子可能在滤膜表面富集,甚至形成局部堵塞,从而影响小分子的正常透过。
大分子堵塞滤膜示意图
在这种情况下,可以通过以下两点来改善分离效率:
适当增加洗滤体积
优化操作参数
因此,超滤可以用于分离目标分子与小分子杂质,但需要结合具体体系,通过实验条件的调整来实现理想效果。
在超滤实验中,样品回收率偏低通常由两类原因造成。
第一种情况是样品流穿:
即滤膜未能对目标分子实现有效截留。针对这一问题,建议优先回到前述选型原则,重新评估MWCO是否匹配目标分子。
第二种情况是膜吸附:
蛋白在滤膜表面的非特异性吸附,是影响回收率的常见因素。
在操作层面,我们建议:
适当降低离心力
采用短时、多次离心的方式
在每次离心间隙,对样品进行轻柔吹打重悬
离心力越高,蛋白与滤膜之间的相互作用越强,膜吸附往往也越明显。通过优化离心方式,往往可以显著改善样品回收情况。
除了超滤管之外,也有老师提到,在使用膜包超滤进行浓缩时,蛋白溶液会出现浑浊甚至沉淀的情况。
需要注意的是,膜包超滤同样属于物理分离手段。在浓缩过程中,蛋白并不是唯一被富集的成分,溶液中的盐和小分子也会同步升高。这可能导致蛋白在高浓度或接近等电点条件下稳定性下降,从而产生沉淀。
因此,这类问题通常与蛋白本身性质及缓冲体系密切相关。更合理的优化方向是:
评估体系的pH条件
调整离子强度
合理设定目标浓缩倍数
从溶液稳定性的角度进行整体评估,往往比单纯更换耗材更为有效。
如果这篇内容正好解答了你的一部分疑问,或者引出了新的思考,欢迎在评论区继续提问和交流。
同时,我们也整理过多篇关于实验室过滤的专题推文,覆盖不同应用场景,大家可以通过历史推文链接进一步了解。
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