5个问题读懂压力流速曲线！解锁填料的“抗压”密码

通过测量柱床压缩和压力降随流速的变化（图2）完成分析。实验可在透明柱管中进行，以便观察床高度。同时可以在装柱缓冲液和工艺运行温度下进行。替代方案是使用室温的水进行测试，同时监测并记录温度，以便将数据转换为其他液体的结果。

将填料倒入层析柱，以低流速（30-60 cm/h）固定柱床并测定柱床高度作为参考点；随后停止流速，将顶部适配器置于胶面上方1-3 cm处，逐步增加流速并记录稳定状态下的柱床高度和压降。

因为参考点是通过流动沉降而非重力沉降的方式测定，因此柱床的压缩程度用PF表示（参考点柱床高度与高流速下柱床高度的比值）。通常在零流速到临界流速间采集至少6个数据点²。

使用已填充好的压缩后的稳定柱床进行测试，通过逐步增加流速并记录压力降的升高，完成压力流速曲线的绘制。

如图2蓝色曲线所示，这一数据可以得到层析柱操作压力超过额定压力时的流速，以及柱床压缩至产生水层的流速，也可以判断流速和压力极限是由填料还是层析柱决定。

层析柱的压差对其性能至关重要，这一压力与线性流速、溶液粘度以及柱床高度、渗透率等因素相关。而柱床的渗透率不仅取决于填料的粒径，还与柱床的可压缩性及实际压缩程度相关。

当然，柱壁效应、柱床整体均匀性等也会影响整体渗透率和压降。另外，由于填料本身具有一定可压缩性且孔隙率在柱床内分布不均，其变化难以预测。因此，需通过实验测定柱床压缩引起的压降变化，也就是我们前文提到的压力流速曲线。而且，即便是同样粒径的填料，不同基架、不同材质所产生的压力变化也是不尽相同的。

根据开放柱床的实验，我们可以同时测定PF，以指导放大后层析柱的装填；而通过对比不同规模层析柱的压力流速曲线，可以帮助我们预测填料放大后的性能边界，实现更稳健的层析工艺。

另外，放大过程中，增加柱直径与柱高比会减少填料与柱壁的摩擦力所提供的柱壁支撑。小直径柱（<30 mm）的柱壁支撑作用强于大直径柱。实际中，柱壁支撑减弱表现为临界流速降低。如前所述，临界流速是柱床坍塌前可施加于层析柱和柱床的最大流速。

在不同的层析工艺步骤，需要综合考虑压力流速与分辨率的需求，选择相应的填料，例如在捕获时，为了快速获得目标分子，常使用粒径更大的填料种类，而在精纯步骤，为了分辨率的最大化，可以选择粒径更小的填料。

另外，在选择不同基架、不同品牌的填料时，也可以根据其压力流速曲线，选择操作空间更大、更有利于稳定放大的填料种类，以降低工艺风险。如下图，Capto基架与Sepharose 6 Fast Flow基架相比，拥有更大的操作空间，以实现更稳健的操作工艺。