葡聚糖凝膠的製備

背景及概述

交聯葡聚糖凝膠（Sephadex gel）是具有多孔性三度空間網狀結構的高分子化合物，屬於軟性凝膠，其微孔能吸人大量的溶劑。凝膠能溶脹至它們的幹體積的許多倍，並得到與吸入溶劑體積成比例的孔隙度，在生物化學中廣泛用於蛋白質、核酸、酶和多糖類高分子物質的分離，是生物大分子分離純化技術中不可缺少的一類介質。其分離基礎是根據溶液中這些物質分子體積大小進行過篩。交聯葡聚糖凝膠起分子篩的作用，很少涉及表面吸附問題。八十年代中期在分析化學、無機化學和物理化學領域人們開展交聯葡聚糖凝膠表面吸附效能的研究，發現它是一種優良的固體吸附劑，從而廣泛用於色譜分離，固相吸附及分析等領域。

葡聚糖凝膠的製備

交聯葡聚糖是最早發展的有機凝膠，它的製備一般是先用細菌發酵的方法，以蔗糖為培養基經過腸膜狀明串珠菌、葡聚糖明串珠菌及黃桿菌發酵生成高分子量的葡聚糖，分子量範圍在1×10

7

-3×10

8

，然後用稀鹽酸降解成平均分子量4X10

4

-20 X 10

的葡聚糖。將葡聚糖懸浮在油中，加入交聯劑環氧氯丙烷後透過醚鍵相互交聯聚合而成G類凝膠。隨著製備時交聯度的變化，網孔大小也隨而異。交聯前平均分子量低的交聯葡聚糖，製備成滲透極限低的凝膠填料，交聯前平均分子量高的交聯葡聚糖，製備成滲透極限高的凝膠填料。

在G類交聯葡聚糖凝膠上引入二乙氨基乙基的弱鹼性陰離子交換劑，製得二乙氨基乙基葡聚糖凝膠A（A表示陰離子交換劑）。由於分子中含有胺基和羥基，所以對水有強的親合力。放在水中膨脹形成凝膠顆粒。在G類交聯葡聚糖凝膠上引入二乙基-（2-羥丙基）氨基乙基的強鹼性陰離子交換劑獲得委銨乙基交聯葡聚糖膠A。如果引入羧甲基的弱酸性陽離子交換劑可得到既具有離子交換性質，又具有G類葡聚糖凝膠的優點（如非特異性吸附很少，不易使包括酶在內的蛋白質變性等）的羧甲基交聯葡聚糖凝膠C-25、C-50。引入磺酸乙基、磺酸丙基的強酸性陽離子交換劑，則得到SE-葡聚糖凝膠C-25、SP-葡聚糖凝膠C-25。交聯葡聚糖凝膠LH-20系在葡聚糖凝膠G-25上引入羥丙基製得，它既具有親水性，又具親脂性［1］。

葡聚糖凝膠的性質

交聯葡聚糖凝膠為白色珠狀微粒，在電子顯微鏡下放大7000倍時能看到有網路皺紋。交聯葡聚糖適用於水，二甲基亞碸，甲醯胺，乙二醇以及水和低階醇的混合物。在水、鹽水溶液、有機溶劑，鹼性和弱酸性溶液中穩定，在強酸性溶液中糖苷鍵會水解，但是實驗表明凝膠浸泡在0．1M HCl中1-2小時沒有顯著變化，在0．02M的HCI中可浸泡半年之久而不受影響。使用時要避免氧化劑的存在。由於凝膠骨架上含有大量的羥基有很強的吸附能力。Sephadex的型號很多，其中G型屬親水型凝膠，型號是根據交聯度來編制的，型號中的數字為吸水量的十倍。例如G-10的“10”表示此幹凝膠每克的吸水量為1．0毫升。“交聯度”是指交聯劑在原料中所佔的重量百分比，交聯度越大，凝膠的網結構愈緊密，吸水後膨脹愈小，能分離的分子量越小，反之交聯度越小，網狀結構愈疏鬆，吸水後膨脹愈大。交聯葡聚糖中有很多孔隙，小分子可以進入孔隙之中；大分子不能進入孔內，只能隨流動相在凝膠顆粒間隙中流動，最先被淋洗出來，因此能作為分子篩使用，分離大小不同的分子。此分離方法叫凝膠過濾法。在蛋白質、多肽和氨基酸的分離中起著重要作用。交聯葡聚糖凝膠在潮溼狀態下儲存易長黴。較長時間不用，應根據需要選擇加入防腐劑，如氯仿和甲苯等。

圖1 葡聚糖凝膠的色譜效能

交聯葡聚糖的應用

將巰基團引入交聯葡聚糖骨架上，製得了巰基交聯葡聚糖凝膠，該凝膠對多種重金屬離子有良好的吸附和分離效能，吸附容量大，洗脫容易，而且機械強度好，使用方便。利用巰基交聯葡聚糖凝膠分離富集光度法可測水樣中微量的鎘、鐵和硒。Pablo等人將QAE-Sephadex用於流動注射光度法測定每毫升納克級的鎘。交聯葡聚糖凝膠還被用於放射化學領域吸附分離放射性元素Ce、U等。用交聯葡聚糖凝膠吸附測定海水中痕量的C0等金屬離子。交聯葡聚糖凝膠吸附富集碳酸溶液中的Ge，然後洗脫，可測定岩石中每千克毫克級的Ge。

交聯葡聚糖凝膠優良的吸附效能，只需很少量的凝膠能將大體積溶液中的微量物質選擇性地吸附富集。固相分光光度法是直接測定吸附富集了待測物質的凝膠相吸光度，故靈敏度和選擇性遠遠高於溶液分光光度法，一般要提高1～2個數量級。交聯葡聚糖凝膠相分光光度法測定痕量級的金屬離子，有機物在分析化學應用的研究報道很多，例如用Sephadex QAEA-25凝膠吸附V5+，在560及850nm測量凝膠的吸光度，可直接測定原油及天然水中的微量礬。CM-Sephadex能夠吸附形成絡離子的稀土元素，將含有熒光特性的稀土絡離子的試樣溶液匯入一個（內徑1．5mm）熔合的石英管（裝有lmg CM-Sephadex）中，凝膠相熒光強度增大，從而吸附其上的稀土元素能夠被直接而精確地測定，被測的稀土元素為銪、鋱、鏑、釤。Sephadex G一25凝膠用於同步固相熒光光度法測定水中的苯並芘。交聯葡聚糖凝膠用於一階導數同步固相熒光光度法，可同時測定混合溶液、自然水中的AL、Be、Mo和w。有人用矽鉬蘭凝膠相雙波長分光光度法直接測定高純稀土氧化物中的痕量矽。此外，還有用交聯葡聚糖凝膠吸附雜多陰離子固相雙波長光度法測定痕量砷和磷的報道。

參考文獻

［1］ Yoshida H，Nishihara H，KataokaT．Sep．Sci．’Techn01．。1994，29（17）：2227～44