過濾與純化之藝：實驗室濾器與層析耗材的關鍵作用與發展

在生物樣品的制備過程中，分離、純化和濃縮是幾乎無處不在的關鍵步驟。從細胞培養液的除菌過濾、蛋白質溶液的濃縮脫鹽，到核酸的純化提取，都離不開一系列高效的過濾與層析技術。而實現這些技術的物理載體，正是各種類型的濾器和層析耗材。這些耗材的性能，直接決定了目標產物的純度、得率以及整個實驗流程的效率。它們雖在幕后，卻功不可沒。

一、 實驗室過濾技術：從除菌到澄清

過濾耗材根據孔徑和功能主要分為以下幾類：

• 微孔濾膜（除菌過濾）： 孔徑通常為0.22μm或0.45μm。0.22μm濾膜可以去除細菌微生物，用于培養基、血清、緩沖液等關鍵試劑的終端除菌，是細胞培養實驗室的“安全衛士"。其材料有混合纖維素酯（MCE）、聚醚砜（PES）、聚偏二氟乙烯（PVDF）等，不同材料對蛋白吸附性不同，需根據樣品性質選擇。

• 針頭式過濾器： 集成了濾膜和塑料外殼，方便與注射器配套使用，用于小體積樣品（幾毫升到幾十毫升）的快速除菌或澄清過濾，操作簡便，一次性使用避免交叉污染。

• 真空/壓力驅動濾器： 用于較大體積（幾十毫升到數升）溶液的過濾。通常由濾杯、濾膜和接收瓶組成，通過連接真空泵或正壓泵提供驅動力。選擇時需注意濾器的密封性、耐壓性和化學兼容性。

二、 層析技術：精準的分子分離藝術

層析是生物化學中大的純化技術，其核心是層析介質（Chromatography Media）和裝填這些介質的空柱（Empty Column）。

• 層析介質（填料）： 這是層析的靈魂。根據分離原理不同，主要有：

• 親和層析（Affinity）： 如Protein A/G用于抗體純化，Ni-NTA用于帶組氨酸標簽（His-Tag）的重組蛋白純化。特異性。

• 離子交換層析（IEX）： 根據分子表面電荷進行分離，分辨率高，載量大。

• 疏水層析（HIC）： 根據疏水性差異分離。

• 尺寸排阻層析（SEC）： 又稱凝膠過濾，根據分子大小進行分離，常用于脫鹽、緩沖液更換和精細純化。

• 預裝柱 vs. 空柱： 對于常規小規模純化，購買廠家已裝填好的預裝柱（Pre-packed Column）、性能選擇，但其成本較高。對于大規模或特定需求的純化，實驗室可以購買空柱和散裝介質自行裝填，這對技術有一定要求，但靈活性更高，成本更低。

• 層析柱硬件： 空柱的設計（如篩板的結構、柱體的耐壓性能、死體積大小）會影響裝填的均勻性和柱效，進而影響分離分辨率。

三、 超濾技術：溫和的濃縮與換液

超濾（Ultrafiltration, UF）利用不同截留分子量（MWCO）的超濾膜，在離心力或壓力驅動下，實現生物大分子（蛋白質、核酸、病毒）的濃縮、脫鹽和緩沖液更換。它無需相變和高溫，能很好地保持生物分子的活性。

• 超濾管/離心超濾器： 是實驗室形式，通過離心進行操作。選擇時需注意膜的材質（低蛋白吸附）、化學兼容性、死體積以及是否易回收樣品。

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