今天，我们来看看，在进行核酸优化时，为什么选择整体柱要优于传统的多孔颗粒填充柱？。先放一个制作的整体柱纯化核酸的原理动画，形象生动，易于理解，这篇文章中许多关键的点，在动画中均有描绘。如果看完动画，没有兴趣，那没必要再看下面的文字，因为文章太长，费时费力

=多孔颗粒填充柱和整体柱

扩散和对流基本概念

多孔介质中的扩散传质

在色谱中，固定相和流动相之间的距离非常小，纳米级到微米级，但是对于依靠扩散的方式来实现生物分子传质过程的多孔介质来说，这样的距离是非常大的。在装填多孔颗粒的色谱柱中，扩散是溶质分子进出颗粒孔径内部的 方式（因为孔径内部的流速为0），溶质分子越大，扩散就越慢，那么固定相多孔介质的动态结合容量就越低。

此外，在多孔颗粒色谱中，对流传质和扩散传质的相互作用也会造成固定相介质结合容量的降低。在对流将生物大分子冲走之前，它有一个非常短的时间扩散进入多孔颗粒内部。流速越快，窗口时间就会越短，溶质来不及扩散进入颗粒孔径内部，就已经通过对流冲走了，因此颗粒的结合容量就会越低。由于生物大分子扩散系数降低引起的色谱固相介质结合容量的降低，可通过降低流速来弥补。总结来说，在多孔颗粒介质中，固定相结合容量跟流速和溶质大小成反比。

在多孔颗粒中发生异质性传质，如果流速太快，缓慢的扩散过程无法实现溶质分子在颗粒孔径内部和颗粒空隙之间的浓度平衡。

流速对于固定相介质动态结合容量的影响。左图：由于流速增加，扩散传质效率降低，多孔介质的结合容量随着流速的增加而降低。右图：整体柱中是对流传质，其固相介质结合容量不受流速影响。注：此处的曲线称为Breakthrough Curve，纵坐标指的是由于过载而损失的蛋白占总蛋白的含量，横坐标指的是每ml基质装载的蛋白量（mg protein load/medium volume(mg/ml)）

固相介质孔径和结合表面积差异

大分子物质，比如核酸，在整体柱中拥有更高的结合容量，这也同整体柱为生物大分子提供了一个更大的结合表面积有关。对于整体柱来说，内部管道的整个表面积都是可以被溶质分子结合的。

在多孔介质色谱柱中，溶质分子可以毫无障碍地接触到颗粒外部全部的表面积，但是外部表面积只占到颗粒孔径内部表面积的2%。只有更大的颗粒孔径才能容纳更大的溶质分子，但是，溶质分子要毫无限制地结合到颗粒孔径内部表面，需要颗粒的平均孔径超过溶质分子十倍之多。多孔介质的孔径超过100nm是非常罕见的，因为孔径过大会降低颗粒稳定性。

溶质大小和颗粒孔径大小严重影响介质结合能力

质粒DNA吸附在介质表面

因此，从颗粒孔径和介质单位面积的结合质量来看，整体柱更适合大分子溶质，因为其可以提供更高的介质结合容量。而对于小分子（蛋白）来说，多孔介质具有更高效的结合能力。

不同大小的溶质分子在整体柱和多孔介质中的结合容量差异

整体柱中的层流和多孔介质中的湍流由于摩擦力的存在，介质表面流速为0，越远离介质表面，层流速度越快，引起层流弥散。

弥散是色谱分辨率的敌人。在整体柱中，仅存在微弱的层流弥散，使得其对于各种大小的溶质分子，在各种流速下，均具有良好的色谱分辨率。相反，多孔介质中产生的弥散来源更多，程度更严重，主要包括低效的扩散和漩涡弥散。随着流速的增加，溶质分子的增大，扩散越慢，总弥散程度越严重，分辨率越低。

不同介质，不同流速，引起不同类型的弥散，从而影响色谱分辨率。整体柱的分辨率不会受到溶质分子和流速的影响

多孔颗粒间隙产生的涡流剪切力

总结

整体柱被作为第4代色谱固定相，在快速分离纯化生物大分子方面，与传统多孔介质相比，具有特别的优势，整体柱出众的纯化性能是由于内在的特性决定的，基于对流的传质方式和高效的结合能力（特别是生物大分子）；与溶质大小，流体速度无关的高分辨率；无孔径限制的，广泛的可结合表面积；微弱的剪切力。获得高质量高纯度的质粒DNA和RNA分子，对于DNA疫苗或者RNA疫苗来说，是至关重要的工艺源头。由于巨大的质量和直径，开发质粒DNA或者RNA分子纯化工艺时，性能更优越的整体柱时一个非常不错的选择。