近日，东华大学俞建勇院士及丁彬研究员带领的功能纳米纤维研究团队在蛋白吸附分离材料研究领域取得了重要进展，相关成果以《水下超弹高羧基化多孔纳米纤维气凝胶的制备及其高效蛋白质吸附分离应用》（Highly Carboxylated, Cellular Structured, and Underwater Superelastic Nanofibrous Aerogels for Efficient Protein Separation）为题，发表于《Advanced Functional Materials》上。
蛋白分离与纯化作为一种重要的生物分离技术，在生物医药、生命科学研究、食品加工等领域起着至关重要的作用。目前，蛋白分离纯化主要通过使用微米级多孔颗粒型层析介质来实现，其蛋白质吸附位点大多分布在微米颗粒内部细小的孔隙中，导致其在使用过程中存在传质效率低、阻力压降大、处理通量小等问题，难以充分满足当前蛋白质产品规模化生产过程中高效、快速的要求。
纤维基蛋白质吸附分离材料能够有效提升蛋白质分子的传质吸附速率并可大幅降低液体媒介的流通阻力，但现有纤维层析材料大的纤维直径（多在微米级以上）、传统的二维薄膜结构以及较小的孔径尺寸，导致其仍然面临蛋白质吸附容量和处理通量难以进一步提升的瓶颈。
针对上述问题，研究团队通过将纳米纤维气凝胶成型技术与原位改性方法相结合，首次制备出一种新型高羧基化纳米纤维气凝胶基离子交换型蛋白质吸附分离层析材料。该离子交换纳米纤维气凝胶具有超低的体积密度（1.8mg/cm3）、优异的水下超弹性（千次压缩循环后塑性形变几乎为0）以及良好的形状记忆功能。
离子交换纳米纤维气凝胶的构筑过程、理化结构及蛋白质分离应用示意图
此外，该离子交换纳米纤维气凝胶具有优异的蛋白质吸附分离性能，其静态蛋白质吸附容量可达2.9×103mg/g、动态蛋白质吸附容量可达1.7×103mg/g、重力驱动下处理通量可达2.17×104L/（m2·h），在大型规模化蛋白质分离纯化中工业中展现出巨大的应用潜力。
离子交换纳米纤维气凝胶的动态蛋白质吸附性能及其实际应用性能
该工作将三维纳米纤维气凝胶引入到蛋白质吸附分离材料的开发设计中，制备得到了兼具高蛋白质吸附容量和高处理通量的层析材料，为下一代高效生物分离用层析介质的设计制备提供指导和借鉴。