双水相系统

水性双相系统 (ABS) 或水性两相系统 (ATPS) 是传统有机水溶剂萃取系统的清洁替代品。

当两种聚合物，一种聚合物和一种亲液盐，或两种盐（一种离液盐和另一种亲液盐）在适当的浓度或特定温度下混合时，就会形成 ABS。 两相主要由水和非挥发性成分组成，从而消除了挥发性有机化合物。 它们作为非变性和良性分离介质已在生物技术应用中使用多年。 最近，已经发现 ATPS 可用于分离金属离子如汞和钴、碳纳米管、环境修复、冶金应用和作为反应介质。

1896 年，Beijerinck 首次注意到琼脂（一种水溶性聚合物）溶液与可溶性淀粉或明胶的“不相容性”。 混合后，它们分成两个不混溶的相。

随后的调查导致确定了许多其他水性双相系统，其中聚乙二醇 (PEG) – 葡聚糖系统是研究最广泛的。 其他形成水性双相的系统是：PEG – 碳酸钠或 PEG 和磷酸盐、柠檬酸盐或硫酸盐。 水性双相系统主要用于生物技术和化学工业的下游加工。

常见的观察结果是，当油和水倒入同一个容器中时，它们会分离成两相或两层，因为它们不混溶。 通常，极性的水溶液（或水基）溶液与非极性有机溶剂（食用油、氯仿、甲苯、己烷等）不混溶并形成两相系统。 然而，在 ABS 中，两种不混溶的组分都是水基的。

不同相的形成受两种组分的 pH 值、温度和离子强度的影响，当存在的聚合物量超过某个极限浓度（由上述因素决定）时，就会发生分离。

ABS 是一种极好的方法，可用于从粗细胞提取物或其他混合物中提取蛋白质/酶和其他不稳定的生物分子。 大多数情况下，这种技术在酶的工业或实验室生产过程中被用于酶技术。

• 它们提供温和的条件，不会伤害或使不稳定/不稳定的生物分子变性
• 界面应力（在两层之间的界面处）远低于（400 倍）用于溶剂萃取的水-有机溶剂系统，对要萃取的分子造成的损害较小
• 聚合物层稳定提取的蛋白质分子，有利于其中一层中更高浓度的所需蛋白质，从而实现有效提取
• 可以开发专门的系统（通过改变温度、聚合度、某些离子的存在等因素），以促进特定化合物或化合物类别富集到两相之一。 它们有时与离子交换树脂同时使用以获得更好的萃取效果。
• 相分离和化合物分配迅速发生。 这允许在内源性蛋白酶降解之前提取所需分子。
• 这些系统适合放大，从实验室规模的设置到能够满足工业生产要求的设置。 它们可用于连续的蛋白质提取过程。

通过将对所需酶具有特异性的配体标记到聚合物上，可以进一步提高特异性。 这导致酶优先与聚合物结合，从而提高提取的效率。

然而，一个主要缺点是所涉及材料的成本，即为此目的使用的高纯度葡聚糖。 但是，也可以使用其他低成本替代品，例如精制程度较低的葡聚糖、羟丙基淀粉衍生物和高盐溶液。

除了实验研究外，在工程和设计中，拥有一个良好的热力学模型来描述和预测液-液平衡条件也很重要。