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生物分子的救星：ABS如何以溫和手段提取寶貴的蛋白質？
在今天的生物技術領域，水相雙相系統（ABS）逐漸崭露頭角，成為提取蛋白質和其他生物分子的理想選擇。隨著針對傳統有機水溶劑提取系統的關注增強，ABS因其環保特性而受到青睞。這種系統可以簡單地通過混合兩種聚合物、一種聚合物與鹽，或是兩種鹽來創造出兩個水相相分離的層次。這些系統以水為主，消除了揮發性有機化合物的使用，成為生物技術應用的非變性和良性分離介質。
ABS的形成是基於聚合物和鹽之間的相互作用，這些相互作用共同決定了系統的性質和行為。
歷史背景
早在1896年，科學家Beijerinck首次觀察到凝膠的水溶性聚合物與可溶性澱粉的「不相容性」，兩者混合後，便分為兩個不可混合的相。經過隨後的研究，發現了多種水相雙相系統，其中聚乙二醇（PEG）-右旋糖酐系統是最廣為研究的案例。其他類似系統如PEG-碳酸鈉或PEG與磷酸鹽、檸檬酸鹽、硫酸鹽等的組合也表現出類似的性質。
ABS的組成
水相雙相系統的特性在於，即使組成是水溶性的，當比例調整到一定程度，仍然可以形成分層。例如，在PEG-右旋糖酐系統中，上層是相對疏水的聚乙二醇，而下層則是具有更高密度的右旋糖酐。此特殊的結構安排讓研究人員得以以溫和的方式分離目標化合物，避免了使用傳統有機溶劑所帶來的高風險。
聚乙二醇在分離過程中雖然比水密度低，但卻能形成上層，這是由於它的溶劑「有序」性質，能夠排除多餘的水分，創造出低密度的水環境。
ABS的優勢
使用ABS進行蛋白質和其他脆弱生物分子的提取有著眾多優勢：
- 提供不會危害或變性不穩定生物分子的溫和條件。
- 相間的界面張力遠低於水-有機溶劑系統，對待提取的分子造成的損害顯著減少。
- 聚合物層可穩定提取的蛋白質，提高提取效率。
- 可根據需要調整組成，以專門增強某一特定化合物的提取。
- 快速的相分離讓目標分子能在內源性蛋白酶降解之前被提取。
挑戰與經濟考量
儘管ABS有顯著的優勢，使用高純度的右旋糖酐等材料仍相對昂貴。好在，研發者們也開始探索其他低成本替代品，如低精煉的右旋糖酐、水解澱粉衍生物及高鹽溶液等，這或許能進一步推動ABS技術的普及及商業化。
熱力學模型的意義
在設計和工程應用中，擁有良好的熱力學模型以描述和預測液-液平衡條件是相當重要的。這不僅能協助改善ABS的應用效果，還能在工業規模的生產中提供必要的數據參考。
熱力學模型的準確性能夠有效地預測不同聚合物和鹽的相互作用，從而提高ABS技術的穩定性與可靠性。
結論
水相雙相系統正逐步改變我們提取和利用生物分子的方式，其在生物技術及環保領域的潛力無疑是一個吸引人的話題。隨著技術的進一步發展，ABS是否能更廣泛地應用於不同的行業，成為生物工程的未來趨勢呢？
