解析Nuvia IMAC填料：蛋白纯化工艺中的高效解决方案

在生物制药和生命科学研究领域，蛋白质的高效纯化是工艺开发与生产的关键环节。对于组氨酸标签（His-tagged）蛋白的分离纯化，固定化金属亲和色谱（IMAC）技术因其操作简便、选择性高而被广泛应用。然而，传统IMAC填料在高流速下的动态结合能力、反压及规模化生产兼容性等方面常面临挑战。Bio-Rad公司研发的Nuvia IMAC填料，凭借其独特设计与优异性能，为这些难题提供了突破性解决方案。

一、Nuvia IMAC：专为规模纯化设计的高性能填料

Nuvia IMAC是一款质微球的金属螯合亲和填料，以次氮基三乙酸（NTA）为螯合配体，可高效结合二价或三价金属离子（如 Ni^²⁺、Zn^²⁺、Cu^²⁺），从而特异性捕获组氨酸标签蛋白。其核心优势源于对填料关键参数的全面优化，包括机械强度、孔径结构、配体密度和粒径分布，完美适配从实验室小试到工业生产的全工艺需求。

二、核心性能优势：重新定义IMAC工艺效率

1. 高流速下的超强结合能力

动态结合容量（DBC）是衡量填料纯化效率的核心指标，而传统IMAC填料往往在高流速下因传质限制导致DBC显著下降。Nuvia IMAC通过大孔径设计，在300cm/hr的高流速下仍能保持>40mg/ml的DBC，远超同类琼脂糖基质IMAC填料。这意味着在相同时间内，Nuvia IMAC可处理更多样品，大幅提升纯化规模。

图1. Dynamic binding capacity (DBC) vs. flow velocity of Nuvia IMAC Resin:  

Comparison of DBCs of Nuvia IMAC (●), Agarose IMAC Resin A (■) and agarose IMAC Resin B (▲). The resins were packed into 1ml columns (0.5x5cm). Histidine-tagged GFP protein (1.2mg/ml) in 50mM sodium phosphate, 5mM imidazole, 300mM NaCl (pH7.5)  was loaded onto each column until 10% breakthrough (BT) was observed.

2. 卓越的压力 - 流速特性

工业化生产中，高流速常伴随柱压升高，可能导致填料压缩、流速受限，影响生产效率。Nuvia IMAC凭借优化的粒径分布（38-53µm）和1.2-1.25的低压缩因子，在20×20cm的层析柱中，流速达300cm/hr时柱压仍低于2bar，彻底摆脱了 “高流速 -高柱压” 的瓶颈，为规模化生产提供了稳定的操作窗口。

图2. Pressure/flow performance of Nuvia IMAC Resin:

Uncharged Nuvia IMAC Resin slurry prepared in water was packed into a 20x20cm column by axial compression with a compression factor of 1.2. The flow rate reaches as high as 300cm/hr before the pressure reaches 2 bar.

3. 优异的回收率与选择性

Nuvia IMAC的亲水基质表面可大程度减少蛋白与填料的非特异性相互作用，而优化的孔结构确保目标蛋白高效传质。实验数据显示，其对40kD组氨酸标签蛋白的回收率高达96.8%，且纯化后蛋白纯度可轻松达到90%以上。这种高选择性与回收率，能有效降低后续工艺负担。

图3. Recovery performance of Nuvia IMAC Resin: 

10mg of a 40kD histidine tagged protein were loaded onto a 1ml column of Nuvia IMAC (0.46x5cm) at a flow rate of 300cm/hr. The equilibration and post-loading wash was performed with buffer A (50mM sodium phosphate, 300mM NaCl, pH7.5). The elution was performed in 20CV linear gradient with 0-75% buffer B (50mM sodium phosphate, 300mM NaCl, 1M imidazole, pH7.5) and then hold at 100%buffer B for 5CV.Recovery of target protein is 96.8%. A280 (—); %B (—).

4. 良好的化学兼容性和使用寿命

工艺纯化中，填料的重复使用性直接影响成本。Nuvia IMAC表现出极强的化学稳定性，可耐受100次以上原位清洗（CIP）循环（如1N NaOH处理），且DBC无显著下降；其 pH稳定范围宽达2-14，兼容还原剂（如β-ME、DTT）、变性剂（如GnHCl）和各类去污剂，确保长期使用中的性能一致性。

图4. Reusability of Nuvia IMAC Resin: 

Histidine-tagged GFP protein was loaded onto a 0.5x5.1cm column packed with Nuvia IMAC with a compression factor of 1.25. The column was run at 300cm/hr. The binding buffer was 50mM sodium phosphate, 5mM imidazole, and 300mM NaCl (pH7.5) and the elution buffer contained 250mM imidazole. Solutions for column regeneration are listed in Table 1.

5. 产品稳定易规模化

从实验室毫克级纯化到生产级千克级制备，Nuvia IMAC的性能可稳定重现。其一致的粒径分布、机械强度和基配密度，保证了从小柱（如0.5×5cm）到大型生产柱（如20×20cm）的操作参数可直接迁移，显著降低工艺放大的难度与风险。

三、总结

Nuvia IMAC特别适合对效率、纯度和规模化有严格要求的组氨酸标签蛋白纯化场景，包括重组蛋白药物、酶及抗体片段纯化、疫苗研发等。其在高流速下的高结合容量、低柱压、高稳定性和优异的可扩展性，不仅解决了传统IMAC填料的工艺痛点，更为生物制药企业提供了兼具效率与经济性的纯化解决方案。

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