➢ 一般采用室温操作： 成相系统聚合物PEG对蛋白质有稳定作用，常温下蛋 白质不会发生变性； 常温下溶液粘度较低， 容易相分离； 常温操作节省冷却费用。
4.双水相萃取技术的发展
（1）历史：
➢ 早在1896年，Beijerinck发现，当明胶与琼脂或明胶与 可溶性淀粉溶液相混时，得到一个混浊不透明的溶液，随 之分为两相，上相富含明胶，下相富含琼脂（或淀粉）， 这种现象被称为聚合物的不相溶性（incompatibility）； ➢ 20世纪60年代，瑞典Lund大学的Albertsson P A及同事 最先提出了双水相萃取技术； ➢ 1979年，西德的Kula M R等人首次将ATPE应用于生物产 品分离；
➢大量研究表明：生物分子的分配系数取决于溶质与双水相系统 间的各种相互作用，主要有静电作用、疏水作用和亲和作用等， 其分配系数可为各种相互作用之和。
ln m ln me ln mh ln ml
①静电作用：两相系统中若有带电溶质存在，会ห้องสมุดไป่ตู้大分子在两 相间的分配系数产生影响。（图5-15） Donnan Potential:当大分子或粒子带有静电荷时，在带有电荷 分配不相等时，就会在两相间产生电位差，称为道南电位。 ②疏水作用：某些大分子物质表面具有疏水区，溶质的表面疏 水性会对其在两相间的分配系数产生影响。
3.影响双水相分配的主要因素
高聚物的相对分子质量 高聚物的浓度 盐的种类和浓度 PH值 温度
（1）高聚物的相对分子质量：
➢在高聚物浓度保持不变的前提下，降低该高聚物的相对分子质 量，被分配的可溶性生物大分子如蛋白质或核酸，或颗粒如细 胞或细胞碎片和细胞器，将更多地分配于该相。
以PEG-Dextran体系为例，↓Dextran→K↓ ↓PEG→K↑（表5-4）
➢这种影响与蛋白质相对分子质量也存在关系，相对分子质量越 大，影响也随之增大。
（2）高聚物的浓度：
➢成相物质的总浓度越高，蛋白质越容易分配于其中的某一相； 而对于细胞等颗粒来说，在临界点附近细胞大多分配于其中的 某一相。
（3）盐的种类和浓度：
➢盐的种类和浓度对分配系数的影响，主要反映在相间电位和
蛋白质的疏水性差异上，这是由于当双水相系统中存在这些
VT CA VB AB
（4）双水相体系的种类：
①高聚物-高聚物双水相(如PEG-Dextran)：易于与后续
处理连接，如直接上离子交换柱而不必脱盐。
②高聚物-盐双水相(如PEG-
PO3 4
/ NH
4
SO4
):盐浓度高，蛋
白质易盐析，废水处理困难。
③非离子表面活性剂水胶团双相体系(如Triton-114表
93%水
3%PEG6000 下层组成：7%Dextran500
90%水
（2）双水相体系形成的原因： 聚合物的不相溶性（空间位阻）
➢聚合物的不相溶性：各个聚合物分子，都倾向于在其 周围有形状、大小和极性相同的分子，同时，由于不同 类型分子间的斥力大于同它们的亲水性有关的相互吸引 力，因此聚合物发生分离，形成两个不同的相。
内容提纲：
1.双水相体系 2.双水相萃取的基本原理 3.影响双水相分配的主要因素 4.双水相萃取技术的发展 5.双水相萃取操作及应用
1.双水相体系
（1）双水相系统：一定浓度的两种水溶性高聚物或一
种高聚物与盐类在水中能形成两层互不相溶的匀相水溶液， 这样的水相系统称为双水相系统。
5%PEG6000 上层组成：2%Dextran500
➢对于某些聚合物溶液与一些无机盐溶液相混时，只要 浓度达到一定范围时，体系形成双水相的机理尚不清楚。
➢聚合物溶液的混合 混合过程熵的增加：两种物质混合时，熵的增加与涉
及的分子数目有关。 分子间相互作用力(能)：主要表现为分子中各个集团
间的相互作用力，随着分子量的增加，分子间各个集团数 目相应增加，其相互作用力也增大。
二醇
羧甲基纤维素钠盐
磷酸钾
聚乙二醇-聚乙烯 醇
羧甲基纤维素钠盐-甲基纤 维素
甲氧基聚乙二醇 -磷酸钾
聚乙二醇-葡萄糖
聚乙二醇-磷酸 钾
聚吡咯烷酮-甲基 纤维素
聚丙烯乙二醇葡萄糖
（5）双水相体系萃取的特点：
①易于工业放大； ②纯化倍数高(2-20倍)，目标产物有较高的收率(80%)； ③易于实现连续化操作，设备简单； ④不易引起生物活性物质失活(含水量高达75%-90%)； ⑤操作条件温和（常温常压）； ⑥不存在有机溶剂残留问题，而且操作环境对人体无害 （高聚物一般为不挥发性物质）； ⑦成本较高（聚合物价格昂贵，难以回收）。
电解质时，达到平衡时，各项均需保持电中性的原则。
（4）PH的影响：
➢双水相系统的PH值能影响蛋白质上可解离集团的离解度，使
蛋白质表面电荷改变，影响其分配系数；另外，PH值也会影
响盐的解离（ ）。 PO3 4
HPO24
H
2
PO4
（5）操作温度：
➢温度影响双水相系统的相图，继而影响蛋白质的分配系数，
在临界点附近尤为显著。
2.双水相萃取的基本原理
➢双水相萃取法：不同的高分子溶液相互混合可产生两相
或多相系统，利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的 差异来进行萃取的方法。 ➢基本原理：物质在两相间的选择性分配。（双水相系统萃 取属于液-液萃取范畴）
m cT cB
m:总分配系数，CT、CB分别为上相和下相中溶质的浓度。
面活性剂)：相成分简单，易于回收，应用还不多。
④阴阳离子表面活性剂双水相体系（如SDS-CATB）
⑤醇-盐双水相体系(如乙醇/丙醇-无机盐-水)
常见的双水相系统
聚合物-聚合物-水
聚合物电解质-聚合物-水
聚合物电解质-聚 合物电解质-水
聚合物-盐-水
聚丙烯乙二醇-甲 氧基聚乙二醇
硫酸葡萄糖钠盐-聚丙烯乙 硫酸葡萄糖钠盐- 聚丙烯乙二醇-
当分子间相互作用力与熵的增加相比占主导地位时， 就会分层。 ➢一般认为，只要两聚合物水溶液的憎水程度有所差异， 混合时就会发生相分离。
（3）双水相体系的相图：
➢ 双节线；A-体系总组成；B、C-节点；B(A)C-系线;系线 的长度；K-临界点；
➢在同一系线上的不同点，总组成不同，而上下两相组成相 同，只是体积VT、VB不同，但它们均服从杠杆原理。
双水相萃取
很多生物产品无法使用有机溶剂萃取的方法进行分离纯化。 蛋白质一般亲水性强，不溶于有机溶剂； 蛋白质在有机溶剂相中易变形失活。
双水相萃取(溶剂萃取法新技术之一）
（ATPE:Two-aqueous phase extraction)
萃取
超临界萃取 液固萃取或浸提
液液萃取
有机溶剂萃取 双水相萃取 液膜萃取 反胶团萃取