在生物制药下游纯化过程中，层析技术是获得高纯度样品的核心手段，而层析填料就是实现高效分离的“核心武器”。
不同层析填料的选择，直接决定了药物分离纯化的效率和产品质量。
层析填料作为生物分子纯化的主要帮手，粒径多在微米尺度，主要由基质和官能团组成，在下游纯化中，其分离性能取决于它们的理化性质。
理想的层析填料应该在各个需求方面都有着良好的性能，但不同材质类型的层析填料，往往都有着自己的优缺点，因此选择合适的层析填料，往往最终会影响我们纯化工艺过程及纯化结果。
今天，我们就来盘点一下常见的几类层析填料材质，以及它们的优势和局限。
层析填料的基本构成
层析填料通常由基质和官能团两部分组成，理解这些构成要素及其影响，是选择合适填料的第一步。
Table1 总结了层析填料不同性质，在应用中产生的作用。
Table 1. 层析填料不同性质在应用中产生的作用
常见的三类层析填料材质
在下游纯化层析分离填料中，根据基质不同分类，主要分三种类型：
天然来源材料基质
以琼脂糖、葡聚糖为代表的改性碳水高分子层析介质，亦有部分用户习惯称之为“软胶”。
• 优点：
○ 亲水性好，生物相容性强。
○ 生物大分子纯化中应用最广：适合抗体、重组蛋白、疫苗等大分子纯化。
• 不足：
基质相对聚合物较软，可耐受压力较聚合物材质低。
• 发展：
以博格隆为代表的企业已开发并大规模应用高刚性琼脂糖填料，耐压可达 5 bar，可满足大部分产业化需求。
有机聚合物基质
以交联聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯为代表的合成高分子聚合物色谱填料和层析介质。但是由于其骨架结构疏水性很强，比如：苯乙烯-二乙烯苯的共聚物，对蛋白质等生物大分子有很强的非特异性吸附，除了直接用于反相模式的分离生物物质外，在应用其他分离模式时一般需要对其表面进行改性。
• 优点：
○ 可耐受高压，大孔径填料流通性好。适合高粘度高杂质的料液中目的物捕获、下游纯化中的精纯步骤等。
○ 比表面积较大的产品具有较好的结合载量。
• 不足：
○ 骨架疏水性强，易产生非特异性吸附。
○ 需要表面改性后才能适用于更多模式。
• 应用：
常用于高负荷捕获、精纯步骤或反相分离。
无机基质
以硅胶为代表，其刚性大、不耐酸碱，多用于制备正反向层析介质，在小分子化合物提取分离，特别是多肽、植物提取行业广泛应用，也多用于分析型色谱柱介质的制备。
因具有良好的机械强度、耐溶剂性、可控的比表面积和孔径大小、不溶胀和不可压缩性以及表面富含易于键合或改性的硅羟基等优点，使得硅胶成为应用历史最悠久、最广泛的高效液相分析色谱填料之一，是实验室分析色谱及小分子工业分离纯化主要介质。
但硅胶在酸碱条件下不稳定的缺点使其不适合用于在碱性条件下分离，因此硅胶很少用于生物大分子的分离纯化。
• 优点：
○ 刚性大、孔径均一，分辨率高。
○ 耐有机溶剂，适合高效液相层析。
• 不足：
○ 在碱性条件下不稳定，寿命有限。
○ 不适合生物大分子的分离。
• 应用：
广泛用于小分子、多肽、植物提取和 HPLC 分析。
选择建议与发展趋势
• 大分子分离（抗体、疫苗、质粒等） → 优先选择琼脂糖基质。
• 高强度、高通量场景 → 聚合物基质更具优势。
• 分析与小分子分离 → 硅胶基质仍是首选。
结语
层析填料的材质，就像纯化工艺的“地基”，决定了工艺能“走多远、走得多稳”。
• 琼脂糖基质：生物相容性好，是大分子纯化的主力军。
• 聚合物基质：机械强度高、化学耐受性强，适合高通量和高负荷工艺。
• 硅胶基质：孔径均一、分辨率高，是小分子与分析层析的经典选择。
理解不同材质的特点，才能在纯化工艺开发时“因材施用”，让分离更加高效稳健。
参考文献
[1] 星辰纯世界：知识分享：如何选择层析基质，你了解多少？https://mp.weixin.qq.com/s/yiompY92uqQMFgnx3M9_wA
[2] 博格隆：一文读懂四大核心层析原理，打牢纯化基础。https://mp.weixin.qq.com/s/5mrO0P_BebR-wct1PC2EoQ
[3] 知乎：生物制药上游专题(五):色谱填料https：//zhuanlan.zhihu.com/p/521668085
[4] 新型蛋白质色谱介质的研究。天津大学化学工程学院，周鑫
[5] 新型高效分离介质的制备和应用。天津大学药物科学与技术学院，张磊
[6] Introduction to “Comparison between the efficiencies of columns packed with fully and partially porous C18-bonded silica materials” by F. Gritti, A. Cavazzini, N. Marchetti, G. Guiochon[J. Chromatogr. A 1157 (2007) 289–303]