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从糖到盐的分层秘密：为什么不同的盐类和聚合物会形成双相系统？
在当今生物技术和化学工业中，水性双相系统（ABS，或称水性两相系统）正逐渐成为传统有机溶剂提取系统的洁净替代方案。这些系统不仅能够高效地分离生物分子，还能在不使用挥发性有机化合物的情况下操作。 ABS 是由两种聚合物、一种聚合物与一种稳定盐（kosmotropic salt），或者两种盐（其中之一为混乱盐，chaotropic salt，另一个则为稳定盐）以适当的浓度或温度混合而成的。
ABS 的独特之处在于它们可以用于金属离子的分离，例如汞和钴，环境修复，金属冶炼以及作为反应介质。
引言
1896年，Beijerinck 首次注意到在明胶或可溶性淀粉的溶液中，当混合水溶性聚合物如琼脂时会出现所谓的“不相容性”，进而形成两个不可混合的相。随后的研究确认了许多其他的水性双相系统，其中聚乙二醇（PEG）- 糖苷（dextran）系统是最广泛研究的。其他形成水性双相的系统还包括 PEG - 碳酸钠或 PEG 与磷酸盐、柠檬酸盐或硫酸盐的组合。
在生物技术和化学工业的下游处理中，水性双相系统已成为常见的应用。
两个相的特性
我们常见的情况是，当将油和水倒入同一容器时，它们会分成两个不同的相或层次，因为它们是不可混合的。一般来说，水基溶液由于极性，与非极性有机溶剂（如食用油、氯仿、甲苯、己烷等）不相容，形成双相系统。
然而，在 ABS 中，两个不可混合的组件都是水性溶液。相的分层受 pH 值、温度和两个组件的离子强度影响，当聚合物的含量超过某一极限浓度时，即会发生分离。
PEG–糖苷系统
在 PEG–糖苷系统中，“上相”是由更疏水的聚乙二醇（PEG）组成，而“下相”则由更亲水且密度较高的糖苷溶液组成。尽管 PEG 本身比水更密，但它占据了上层，这被认为是由于其“有序化”特性，排除了过剩水，创造了一个低密度的水环境。
PEG 的聚合度也会影响相的分离及分子的分配。
优势
ABS 是从粗细胞提取蛋白质、酶和其他不稳定生物分子的优秀方法。这一技术经常用于酶技术，支持酶在工业或实验室中的生产流程。其优势包括：
- 提供不会损害或变性不稳定生物分子的温和环境。
- 相界面应力远低于水-有机溶剂系统，对提取分子造成的损害更小。
- 聚合物层稳定提取出的蛋白质分子，促进期望蛋白质在一个层中的浓度增高。
- 可通过改变温度、聚合度和某些离子的存在等因素，专门设计系统以促进特定化合物的富集。
这些系统还可与离子交换树脂同时使用以提高提取效率。相的分离与化合物的分配发生迅速，这使得我们能在内源性蛋白酶破坏之前提取到所需的分子。
热力学建模
除了实验研究，拥有良好的热力学模型来描述和预测液-液平衡条件在工程和设计中也至关重要。要获得全球可靠的热力学模型参数，通常需要相平衡数据。由于聚合物，电解质和水的存在，各类不同的相互作用需被考虑。到目前为止，已经使用了多种模型，如 NRTL、Chen-NRTL、Wilson、UNIQUAC、NRTL-NRF 和 UNIFAC-NRF，所有这些模型在再现聚合物/盐水相系的捆绑线数据上都非常成功。
然而，尽管这些系统展现出多种优势和潜力，但成本因素仍然是一个不容忽视的挑战。尤其是高纯度的糖苷材料的价格不菲，虽然还有其他低成本的替代选择可供选择，如低纯度糖苷和高盐溶液。
对于未来的研究，这样的双相系统是否能在更广泛的应用中发挥其潜力，并降低操作成本，成为技术实现的关键挑战？
