層析在早期工藝開發活動中的應用可根據所使用的層析柱的尺寸、數量和質量分為兩個基本領域：篩選和工藝開發。
填料和條件篩選?
篩選的目的是針對每一個工藝步驟，評估盡可能多地可行層析填料，包括捕獲、精制I和精制II。此外，評估待優化的可能條件也非常重要，包括保留時間、pH和摩爾濃度。針對每一個步驟都需要進行一系列的因子試驗。
用于高通量篩選的Repligen RoboColumn? 預裝層析柱。
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以往，開發團隊需要在試驗開始前，花費數周來裝填這些層析柱，而手動裝填的層析柱往往較大，也就意味著需要更多的試驗蛋白。顯然，這些局限性會限制試驗性工藝評估的空間，從而影響構建“真正”優化的純化工藝。而現在，早期工藝篩選可使用商品化小規模層析柱平臺進行，即使用多根預裝特定測試填料的小規模預裝層析柱。預裝柱通常可使用來自大部分供應商提供的填料，體積范圍1-2mL。而最近的篩選用預裝柱技術可將柱體積降低至50-600μL，該產品使用含有不同填料類型的平行排列陣列板，且幾乎可裝填所有類型的商品化填料。研究人員可將其篩選矩陣擴大至覆蓋所有類型的填料和條件，而不需要使用大量的蛋白質。這些微型預裝柱設計可允許手動操作或使用自動化液體工作站實現完全自動化的功能操作。此類現代化的預裝柱可使研究人員將時間集中于開發工藝數據，而不是裝柱操作。研究人員可更快、更省力地測試多種不同層析柱/條件組合，以進行更高效、全面的mAb工藝開發。
工藝開發
“最佳可行填料”的初步篩選完成后，即可進行工藝開發和細化。針對每個工藝步驟，工藝開發的細化一般聚焦于1-3種候選填料。這些填料在動態流速條件下進行測試，使用基本的保留時間、流速、pH和離子強度工藝條件。工藝開發層析柱需裝填相同的填料至相同的柱床高度，并在柱效（塔板數）和不對稱性等檢測指標方面，保證裝填柱床具有相同的質量。為達到此目的，裝柱必須小心，并關注其后將用于規模放大層析柱的參數細節。所以，在篩選過程中使用的微型或小型層析柱不太適合更為細節化的層析評估，因其要求對動態液流條件的精確模擬。同樣，工藝開發團隊的挑戰是裝填用于工藝的多根層析柱：根據待評估的填料和條件數量，在此階段，可能需要30根甚至更多的層析柱。這些層析柱裝填需具可重復性，并可代表最終生產規模。裝填這些層析柱將對工藝開發團隊造成額外的時間和資源壓力。
用于工藝開發的Repligen MiniChrom 預裝層析柱
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預裝柱可用于此應用，但對其質量和一致性需小心選擇。為模擬更大規模工藝層析柱的性能，預裝柱直徑需至少為0.5-1.2cm，且柱床高度應可盡最大可能地模擬工藝規模層析柱的所需保留時間。雖然如預裝柱裝填良好，不對稱性可模擬工藝規模參數，但裝填這些小規模層析柱時，柱壁效應會造成不小的挑戰，這也意味著，對于任意給定填料，其功能塔板數會低于大規模層析柱。使用相同的填料，以相同的方式，良好裝填的工藝開發層析柱，應具有與工藝規模層析柱預期的水平下限接近的一致塔板數。此類層析柱的體積一般為3-10mL，所有需要更多的測試蛋白質，也就是說需盡可能減少試驗條件的數量。
最近，多家供應商推出了適用于該規模的預裝柱，以替代自裝層析柱。預裝柱的潛在優勢是優化工藝開發團隊的資源利用、覆蓋不同填料和條件的裝柱一致性，以及，如工藝規模預裝柱亦由同一家供應商裝填，可確保不同規模的性能可比性。從經濟角度看，雖然自裝柱和預裝柱技術的相對成本需根據每一種情況進行考量，但過往的經驗顯示，預裝柱的成本并沒有過高。而且機會成本、資源評估成本、以及對自裝柱質量和重新裝填的現實評估，往往會得出預裝柱成本效益更好的結論。
工藝優化和故障排除
工藝優化和故障排除涉及與工藝優化相似的討論，也使用相似尺寸的層析柱（一般為1-2.5cm，其與更大的工藝規模層析柱更具可比性）。工藝優化的目的是用從篩網過程中所選擇的最終填料和條件，在規模縮小的動態流速條件下，優化工藝。為確定最佳的物理、化學、流速和體積參數，這些規模縮小的層析柱需盡可能地模擬將在最終工藝中使用的層析柱裝柱規格。
?相似的，在工藝故障排除中，層析柱需能盡可能地反映其所模擬的工藝規模層析柱。當cGMP規模放大工藝步驟發生變化或需要進一步優化時，往往需進行故障排除。在更大規模的層析柱上進行故障排除并非不常見，因為此時有更多的蛋白質產品可用于試驗，且更大規模的層析柱可更好地預測工藝性能，因為可消除柱壁效應對層析柱裝填質量的影響。所有，在這種情況下，使用有“中間性”直徑規格層析柱選擇的預裝層析柱平臺就變得特別有用，如2.5、5、8和10cm直徑規格，其可獲得規模放大工藝數據。
用于工藝驗證，包括除病毒驗證，的Repligen ValiChrom預裝層析柱
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除病毒驗證
除病毒驗證要求使用與工藝開發和優化相似的層析柱尺寸（一般為1-1.2cm）。此類層析柱應足夠大，以支持與更大的工藝規模層析柱的性能比較，而不需要消耗過多的測試蛋白質。當可用的測試蛋白量有限時，也可使用直徑0.5cm的層析柱替代。
預裝柱技術的優勢與前文應用相同，即一致性與優化的資源利用。但是，隨著所需層析柱數量的增加，這些優勢也將相應地倍增。除病毒驗證是化學、生產和控制（CMC）遞交的關鍵部分，通常需要5個或更多的重復數據。對于一個使用三步層析進行純化的mAb產品來說，即意味著需要裝填至少15根相似的層析柱（三種填料，5個重復）。在某些情況下，重復的研究可將層析柱數量增加至30-40。
由于涉及到質量控制（QC）、質量保證（QA）和法規方面的事務，且可能需要進行特定的供應商質量確認、驗證信息以及審計，提前計劃并小心選擇層析柱將變得更加重要。此外，這些驗證研究通常會由合同研究組織（CRO）進行，其一般具有較強的病毒操作、管理和測試專業性，但不一定具備出色的層析或裝柱能力。而如果項目發起方的工藝開發團隊自己裝填玻璃柱，就對其增加了裝柱以及將大量的測試層析柱運輸到CRO（希望運輸過程不會改變測試層析柱的柱效）的問題。在此類應用中，預裝層析柱的優勢還可在前文所述優勢上進一步擴展，因為預裝柱供應商會有經確認的運輸程序，且可能有超千根預裝柱的運輸經驗，并文件記錄運輸后的性能，包括對運輸前層析柱測試參數的維持。
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