3D打印微流控色谱柱的开发及其在生物大分子下游加工中的高效应用研究

这篇研究创新性地利用3D打印技术开发了容积仅54 μL的微流控色谱柱，采用阳离子交换树脂Eshmuno CPX填充，通过KI示踪实验验证了柱效参数（孔隙率ε=0.72，板数N及不对称因子0.8S<1.8）。以溶菌酶为模型蛋白，量化了其饱和吸附容量（q∞=88.14 g/Lresin）及NaCl浓度对吸附等温线的影响，揭示了Langmuir向anti-Langmuir的转变（≥300 mM）。该技术仅需30 μL树脂和<1 g蛋白即可建立完整的传质模型，为生物药开发提供了高效、低耗的新工具。

　　

3D打印微流控色谱柱的开发与表征

研究团队通过计算机辅助设计（CAD）构建了容积54 μL的微流控色谱柱模型，采用Anycubic Waterwash+光敏树脂在Elegoo Mars 2 Pro打印机上实现制备。为解决50 μm树脂颗粒的截留问题，创新性地使用600 μm聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）珠作为底层滤板。柱体通过突破曲线实验测得孔隙率ε=0.72，与常规色谱柱（如GE Tricorn 5×50 mm柱）结果高度一致。

柱效分析与流体动力学性能

采用KI脉冲实验结合轴向扩散模型（D_ax=8.01×10^?9 m²/s）量化柱效，发现死体积对峰形影响显著（占总系统体积83%）。通过Van Deemter曲线显示，在50-200 μL/min流速范围内，HETP值从0.5 mm升至1.2 mm，符合对流主导的传质特征（Pe=2.7）。不对称因子A_S在>50 μL/min时稳定在0.8-1.8区间，满足工业标准。

溶菌酶吸附行为的精准解析

以溶菌酶为模型蛋白，发现其在20 mM NaH₂PO₄缓冲液中的饱和吸附容量q^∞=88.14 g/L_resin（340 cm/h），与厂商声明（85-135 g/L）吻合。突破性发现：当NaCl浓度≥300 mM时，吸附等温线呈现从Langmuir向anti-Langmuir的转变，该现象通过线性溶剂强度（LSS）模型量化，揭示参数S_a和S_K对盐浓度的指数依赖性。

传质机制的模型构建

通过平衡-扩散模型拟合获得轴向扩散系数D_AX=6.7×10^?9 m²/s，并建立线性驱动