層析填料發展史-技術前沿-資訊-生物在線

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層析填料發展史

作者:博格隆(浙江)生物技術有限公司 2026-03-10T00:00 (訪問量:17229)

歲序更替,華章日新。

當我們站在新舊年份的交匯點,回望生物制藥行業過去一年的跌宕起伏,“降本增效”與“工藝創新”無疑是最高頻的關鍵詞。

作為生物工藝下游最核心的單元操作,層析技術(Chromatography)承載著藥物純度與收率的生命線。在實驗室里,它是科研人員手中的標尺;在千升乃至萬升級的GMP車間里,它是工業制造的心臟。

然而,技術的進階從未一蹴而就。從1903年那根填充著碳酸鈣的玻璃管,到如今結構精密的高性能瓊脂糖微球,這段跨越百年的進化史,本質上是人類對“微觀傳質”與“界面化學”極致控制的探索史。

新年伊始,作為一家深耕層析填料的研發生產企業,我們想邀請您一起,回溯這段旅程,一同回顧那些改變行業的關鍵節點。

緣起:植物學家的“腦洞時刻”

故事要追溯到 1903 年,地點是華沙。

一位名叫 Mikhail Tswett 的俄國植物學家,為了分離植物色素(葉綠素和葉黃素),做了一個極其簡單的實驗。

他找來一根細長的玻璃管,往里面填滿了磨碎的碳酸鈣(Calcium Carbonate,其實就是粉筆的主要成分),然后把植物提取液倒了進去,再用石油醚沖洗。

神奇的一幕發生了:原本混合在一起的綠色溶液,在流經碳酸鈣粉末時,因為不同色素與粉末的吸附能力不同,被拉成了幾條不同顏色的色帶。他創造性地構建了“固定相”與“流動相”的二元體系。

盡管那根填充著碳酸鈣粉末的玻璃管在今天看來略顯粗糙,但它確立了分離科學的基石原理:利用物質在兩相間分配系數的差異實現分離。

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Tswett 非常浪漫地將這種方法命名為“色譜法”(Chromatography)。在希臘語中,Chrom 代表顏色,Graphein 代表書寫。這一命名不僅是對實驗現象的描述,更像是一個隱喻——在隨后的一個世紀里,這項技術確實為生物科學譜寫了絢麗的篇章。

意外:果凍里的“反直覺”發現

但真正讓現代生物層析填料誕生的,是一次“意外”。

時間來到 1950 年代末,瑞典烏普薩拉大學。

當時,科學家 Porath 和 Flodin 正在研究電泳技術。他們原本是用交聯葡聚糖(Dextran)作為電泳的抗對流介質。結果他們驚訝地發現:在這種凝膠柱中,大分子物質跑得快,小分子物質跑得慢!

這完全顛覆了當時“小分子跑得快”的直覺。經過研究,他們發現了分子篩效應(Size Exclusion)。

原來,交聯后的葡聚糖形成了網狀結構:

• 小分子像走迷宮,掉進網孔里繞路走;

• 大分子進不去網孔,直接走了“高速公路”。

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1959年,世界上第一款商品化凝膠過濾填料 Sephadex 誕生,標志著分離科學的重大突破性進展。

隨后,瓊脂糖(Agarose)憑借其獨特的三維網狀結構、卓越的親水性以及易于衍生化的特點,逐漸走上歷史舞臺。

這是層析介質發展史上的第一次飛躍:從單純的“大小分離”,進化為對分子大小、電荷、疏水性等物理化學性質的“多維識別”。

爭霸:三大基質的“三國殺”

隨著單抗、疫苗等生物藥的爆發,科學家對填料提出了既要“能裝”(載量高)又要“抗造”(耐壓耐堿)的要求。于是,三大基質開始各顯神通:

? 葡聚糖(Dextran):溫柔的先驅

• 博格隆代表產品:Bestdex

• 特點:極其親水,生物兼容性極好,對蛋白質很溫柔。

• 硬傷:太軟了!就像果凍一樣,一旦壓力變大,它就會變形、塌陷,流速上不去。

• 現狀:依然在脫鹽和緩沖液置換等低壓應用中發光發熱。

? 硅膠(Silica)與聚合物:硬漢的逆襲 

• 硅膠: 無機材料,機械強度極高,耐高壓。它是 HPLC(高效液相色譜)的王者,主要用于小分子藥物分析和提純。但在生物制藥中,因為它怕堿(耐受不了 CIP 清洗),在生物制藥生產領域略顯尷尬。

• 合成聚合物(如聚苯乙烯/二乙烯苯):人工合成的“塑料球”。極度耐酸堿,機械強度高。雖然早期有疏水性太強的問題,但經過表面改性,現在已廣泛用于反相層析和離子交換層析,專門對付那些“難搞”的雜質。博格隆代表產品有 MegaPoly 和 BestPoly。

? 瓊脂糖(Agarose):天選之子

• 博格隆代表產品:Bestarose 和 Diamond

• 特點:天生親水,非特異性吸附極低(不容易亂粘蛋白)。最重要的是,通過化學交聯技術“魔改”后,能形成完美的孔狀結構。

• 地位:目前生物制藥下游工藝的絕對主力。無論是經典的Protein A親和層析,還是離子交換,瓊脂糖微球都是當之無愧的霸主。

進化:在微球里,構建“迷宮”

時至今日,隨著抗體藥物、重組蛋白、甚至病毒載體(AAV)等新興療法的崛起,行業對填料提出了近乎苛刻的要求。

對于像博格隆這樣的研發制造企業而言,一顆直徑僅有幾十微米的微球,就是一個復雜的微觀工程系統。這些企業要解決的,不再僅僅是“分得開”,而是如何在工業尺度下實現效率與成本的極限平衡:

• 剛性的博弈:如何通過高交聯技術,讓微球在高流速下保持形態穩定,以縮短生產周期?

• 孔徑的藝術:如何精準控制孔徑分布,確保大分子藥物能自由進入微球內部,實現高載量?

• 配基的智慧:如何讓配基定向偶聯,既抓得牢目標蛋白,又能在溫和條件下輕松洗脫?

這每一個技術難點的攻克,都是對材料學、高分子化學與流體力學的深度融合。這不僅是制造工藝的較量,更是基礎科學研究的沉淀。

很長一段時間里,高性能的瓊脂糖填料技術都被國外巨頭壟斷。一升填料售價數十萬,且貨期漫長,這曾是國內藥企心中的痛。

從最初的模仿,到如今在載量、耐壓、耐堿性上敢于和國際大牌“掰手腕”,國產填料正在經歷屬于自己的高光時刻。

致敬時間,致敬每一微米的進步

Tswett 手中的粉筆灰,到如今顯微鏡下晶瑩剔透、結構精密的高性能微球,層析填料的每一次迭代,都直接推動了生物制藥工業的產能躍遷。

作為這一歷史進程的參與者,博格隆深知:做填料,不僅是做產品,更是在打磨生物制藥的“芯片”。

層析的本質,是利用物質與介質相互作用的微小差異,在時間的流動中實現分離。

這本身就是一個關于“時間”和“耐心”的隱喻。

做填料研發和生產,沒有捷徑,全是笨功夫。它需要我們像對待層析柱一樣,耐得住高壓,經得起沖刷,在漫長的流出曲線中,等待那個純度達標的“完美峰”。

 

新的一年,我們愿繼續做你們最堅實的后盾,用更穩定、更高效的分離方案,助力每一款生物藥物早日惠及患者。

祝愿大家在新的一年:

峰形完美,收率長紅。

新年快樂!

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