今天，我們來看看，在進行核酸優化時，為什么選擇整體柱要優于傳統的多孔顆粒填充柱？。先放一個制作的整體柱純化核酸的原理動畫，形象生動，易于理解，這篇文章中許多關鍵的點，在動畫中均有描繪。如果看完動畫，沒有興趣，那沒必要再看下面的文字，因為文章太長，費時費力

=多孔顆粒填充柱和整體柱

擴散和對流基本概念

多孔介質中的擴散傳質

在色譜中，固定相和流動相之間的距離非常小，納米級到微米級，但是對于依靠擴散的方式來實現生物分子傳質過程的多孔介質來說，這樣的距離是非常大的。在裝填多孔顆粒的色譜柱中，擴散是溶質分子進出顆粒孔徑內部的 方式（因為孔徑內部的流速為0），溶質分子越大，擴散就越慢，那么固定相多孔介質的動態結合容量就越低。

此外，在多孔顆粒色譜中，對流傳質和擴散傳質的相互作用也會造成固定相介質結合容量的降低。在對流將生物大分子沖走之前，它有一個非常短的時間擴散進入多孔顆粒內部。流速越快，窗口時間就會越短，溶質來不及擴散進入顆粒孔徑內部，就已經通過對流沖走了，因此顆粒的結合容量就會越低。由于生物大分子擴散系數降低引起的色譜固相介質結合容量的降低，可通過降低流速來彌補。總結來說，在多孔顆粒介質中，固定相結合容量跟流速和溶質大小成反比。

在多孔顆粒中發生異質性傳質，如果流速太快，緩慢的擴散過程無法實現溶質分子在顆粒孔徑內部和顆粒空隙之間的濃度平衡。

流速對于固定相介質動態結合容量的影響。左圖：由于流速增加，擴散傳質效率降低，多孔介質的結合容量隨著流速的增加而降低。右圖：整體柱中是對流傳質，其固相介質結合容量不受流速影響。注：此處的曲線稱為Breakthrough Curve，縱坐標指的是由于過載而損失的蛋白占總蛋白的含量，橫坐標指的是每ml基質裝載的蛋白量（mg protein load/medium volume(mg/ml)）

固相介質孔徑和結合表面積差異

大分子物質，比如核酸，在整體柱中擁有更高的結合容量，這也同整體柱為生物大分子提供了一個更大的結合表面積有關。對于整體柱來說，內部管道的整個表面積都是可以被溶質分子結合的。

在多孔介質色譜柱中，溶質分子可以毫無障礙地接觸到顆粒外部全部的表面積，但是外部表面積只占到顆粒孔徑內部表面積的2%。只有更大的顆粒孔徑才能容納更大的溶質分子，但是，溶質分子要毫無限制地結合到顆粒孔徑內部表面，需要顆粒的平均孔徑超過溶質分子十倍之多。多孔介質的孔徑超過100nm是非常罕見的，因為孔徑過大會降低顆粒穩定性。

溶質大小和顆粒孔徑大小嚴重影響介質結合能力

質粒DNA吸附在介質表面

因此，從顆粒孔徑和介質單位面積的結合質量來看，整體柱更適合大分子溶質，因為其可以提供更高的介質結合容量。而對于小分子（蛋白）來說，多孔介質具有更高效的結合能力。

不同大小的溶質分子在整體柱和多孔介質中的結合容量差異

整體柱中的層流和多孔介質中的湍流由于摩擦力的存在，介質表面流速為0，越遠離介質表面，層流速度越快，引起層流彌散。

彌散是色譜分辨率的敵人。在整體柱中，僅存在微弱的層流彌散，使得其對于各種大小的溶質分子，在各種流速下，均具有良好的色譜分辨率。相反，多孔介質中產生的彌散來源更多，程度更嚴重，主要包括低效的擴散和漩渦彌散。隨著流速的增加，溶質分子的增大，擴散越慢，總彌散程度越嚴重，分辨率越低。

不同介質，不同流速，引起不同類型的彌散，從而影響色譜分辨率。整體柱的分辨率不會受到溶質分子和流速的影響

多孔顆粒間隙產生的渦流剪切力

總結

整體柱被作為第4代色譜固定相，在快速分離純化生物大分子方面，與傳統多孔介質相比，具有特別的優勢，整體柱出眾的純化性能是由于內在的特性決定的，基于對流的傳質方式和高效的結合能力（特別是生物大分子）；與溶質大小，流體速度無關的高分辨率；無孔徑限制的，廣泛的可結合表面積；微弱的剪切力。獲得高質量高純度的質粒DNA和RNA分子，對于DNA疫苗或者RNA疫苗來說，是至關重要的工藝源頭。由于巨大的質量和直徑，開發質粒DNA或者RNA分子純化工藝時，性能更*的整體柱時一個非常不錯的選擇。