雙水相系統

雙水相系統（英語：Aqueous two-phase system）對於傳統有機相-水相的溶劑萃取來說是個全新的替代品。

當兩種聚合物、一種聚合物與一種親液鹽或是兩種鹽（一種是離散鹽且另一種是親液鹽）在適當的濃度或是在一個特定的溫度下相混合在一起時就形成了雙水相系統。這兩相大多數情況下由水與非揮發性成分組成，因此避免了揮發性有機成分的使用。多年來，他們作為非至變性且溫和的分離介質被應用於生物技術領域。最近，他們被用於金屬離子分離、環境修復、冶金應用並作為一種反應介質。

介紹

在1896年，馬丁努斯·威廉·拜耶林克首次發現由一種水溶性聚合物——瓊脂與可溶性澱粉或白明膠所組成的溶液是「互不親和」的。經混合，他們被分成了兩個不混溶的相。 後續的科學研究使得更多其他的雙水相系統被發現，其中研究最多的是聚乙二醇（PEG）-右旋糖酐系統。其他可以形成雙水相的系統有：PEG-碳酸鈉或PEG與磷酸鹽、檸檬酸鹽或硫酸鹽。雙水相系統主要在生物技術與化學工業方面被用於下游處理。

兩相

將油與水倒入同一個容器，我們很容易觀察到他們相互分為兩層，因為他們是不混溶的。通常情況下，水（或水性）溶液是極性的，與非極性有機溶劑（三氯甲烷、甲苯、己烷等）是不相混溶的，並會形成一個兩相體系。然而，在一個雙水相系統中，兩種不混溶的成分都是水性的。

兩個截然不同相的形成受到兩種組分pH、溫度與離子強度的影響，且當一種聚合物的量超過一個確定的極限濃度（由以上因素決定）時，兩相才會發生分離。

聚乙二醇-右旋糖酐體系

「上相」是由更加疏水性的聚乙二醇（PEG）所形成，此相較「下相」的密度小，下相由更加親水性且密度大的右旋糖酐溶液組成。

儘管聚乙二醇天生就比水密度大，它卻仍佔據着上層。這被證實是因為它的溶劑「排序」性質，這會排除更多的水分，製造出一個低水密度的環境。聚乙二醇的聚合度亦會影響相分離以及萃取時分子的分配係數。

優點

雙水相系統是一個十分出色的方法，用以進行從粗製細胞濃縮物或其他混合物中萃取蛋白質/酶以及其他易變性生物分子的操作。此項技術經常在酶技術領域用於工業或實驗室生產酶。

• 雙水相系統提供了溫和的操作條件，可以不傷害或使得不穩定/易變性生物分子變性。
• 較用於溶劑萃取的水-有機溶劑系統來說，雙水相系統的界面應力（在兩層界面處）遠低於前者，使得被萃取的分子受到的傷害更小。
• 聚合物層穩定了被萃取的蛋白質分子，有利於在兩相中的一層中增加目標蛋白質濃度，達到更有效地萃取效果。
• 可以研發出一些特定的系統（藉由變化因素，例如溫度、聚合度特定離子的濃度）以促進特定化合物的富集到其中兩相中之一。有時，為了達到更好的萃取效果，可以同時搭配離子交換樹脂使用。
• 迅速達到相分離並分離出化合物。這使得在內源蛋白酶降解目標分子之前就完成對他們的萃取。
• 可以很易控制地放大這些系統，從實驗室規模的裝備到可以處理工業生產要求的裝備。實現他們可能需要使用連續蛋白質-萃取過程。

通過添加與目標酶配對的配體到聚合物上，可使得選擇特異性進一步提高。這會使得酶會優先結合到聚合物上，增加了萃取的效率。

然而有一個很大的劣勢就是涉及的材料費用，即為了達到萃取目的而所用到的高純度右旋糖酐。然而，其他低價的替代品，例如精製程度不那麼高的右旋糖酐、羥丙基澱粉衍生物與高鹽溶液亦可被使用。

外部連結

• London South Bank University on ABS
• 雙水相萃取技術研究進展及應用
• 用雙水相系統釋放大腸桿菌L一天門冬酰胺酶
• 第四章雙水相萃取 - 武漢工業學院