CN115109435A - 水溶性荧光染料偶联物的纯化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水溶性荧光染料偶联物的纯化方法。该方法包括：对待纯化样品依次进行阴离子交换层析纯化和反相制备液相色谱纯化，得到纯化产品。该方法结合阴离子交换层析法与反相制备液相色谱法对水溶性荧光染料偶联物进行纯化，可在有效降低样品损耗的同时，显著提高样品的纯化效果，且易于实现规模化生产。

Description

水溶性荧光染料偶联物的纯化方法

技术领域

本发明涉及物质分离纯化技术领域，具体而言，本发明涉及水溶性荧光染料偶联物的纯化方法。

背景技术

物质在吸收入射光的过程中，光子的能量传递给物质分子，分子被激发，处于激发态的分子不稳定，可通过辐射跃迁的衰变过程而返回基态，衰变过程伴随着光子的发射，即产生荧光。一些能产生荧光的物质运用到生物染色剂中，我们称之为荧光染料(dye)。荧光染料被广泛用于蛋白、抗体、核酸及其他生物分子的标记和检测。一般将水溶性荧光染料连接一段连接臂(linker)(如PEG等)然后连接到基因芯片上，应用于基因测序。也可以利用共价键将染料与连接臂相连，然后连接到寡核苷酸上形成特异性的荧光探针。连接臂一般含有三个以上的碳原子，三个碳原子以上的连接臂可以使荧光染料与核苷酸或蛋白保持一定的距离，从空间上不会阻碍杂交或酶催化过程。为了生物检测方面的应用更加方便，常常在染料的结构上引入羟基、羧基以及磺酸基等强极性基团，这在提高染料水溶性的同时使得产物与副产物间的极性差异减小，从而增大了后续分离纯化的难度。为了确保标记和检测结果的准确性以及满足各类标记和检测的需求，短时间内，制备获得高纯度荧光染料偶联物(dye-linker)成为了制约基因测序和荧光探针行业发展的瓶颈。

目前，常用的荧光染料偶联物的纯化方法是利用传统的硅胶柱、硅胶板或反相制备液相。传统硅胶柱是正相柱，适合极性较小或极性一般的化合物的纯化。对于水溶性较好或极性较大的化合物易出现不可逆吸附，因此会有部分样品浪费。此外，该方法会用到甲醇、二氯甲烷等有机溶剂作为洗脱剂，此类溶剂存在一定毒性，不够环保。制备硅胶板常用于小量样品的制备，难以实现规模化生产。而如果仅用反相制备液相分离纯化，在保证较高纯度的条件下，纯化通量会受到影响；提高纯化通量则难以获得高纯度的样品。因此，开发出一套快速制备高纯度荧光染料偶联物的纯化方法已迫在眉睫。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出水溶性荧光染料偶联物的纯化方法。该方法结合阴离子交换层析法与反相制备液相色谱法对水溶性荧光染料偶联物进行纯化，可在有效降低样品损耗的同时，显著提高样品的纯化效果，且易于实现规模化生产。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种水溶性荧光染料偶联物的纯化方法。根据本发明的实施例，该方法包括：对待纯化样品依次进行阴离子交换层析纯化和反相制备液相色谱纯化，得到纯化产品。

根据本发明上述实施例的水溶性荧光染料偶联物的纯化方法，首先对待纯化样品进行阴离子交换层析纯化。不同化合物所带电荷存在差异，因而在阴离子交换树脂上是吸附能力不同。由此，通过阴离子交换层析纯化，可除去样品中的大部分杂质。同时，阴离子交换树脂的洗脱剂是水和盐溶液，水溶性荧光染料偶联物在此体系中的溶解性较好，可以减少产品的损耗，也避免了有机溶剂的使用，减少了污染。此外，阴离子交换层析法可以规模化生产，一次纯化量可高达10g或者更多。后续，将阴离子交换树脂纯化后的样品进行反相制备液相色谱纯化，因样品杂质较少，分离原理与阴离子交换层析法互补，可在较短的分析时间内将样品的纯度提高到99％以上，从而实现在较短的时间内获得大量高纯度的荧光染料偶联物产品。同时，由于荧光染料偶联物具有极性较大的特点，可以在较低比例的有机相中出峰，从而减少了反相制备液相色谱纯化中有机溶剂的使用。另外，水溶性荧光染料偶联物在阴离子交换树脂和反相制备液相色谱填料中均无不可逆吸附，纯化样品的产率也能够得到保证。

另外，根据本发明上述实施例的水溶性荧光染料偶联物的纯化方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述阴离子交换层析纯化所采用的阴离子交换树脂为DEAE树脂。

在本发明的一些实施例中，所述DEAE树脂的质量与所述待纯化样品的质量比例为(8～12):1。

在本发明的一些实施例中，所述阴离子交换层析纯化包括：(1)将阴离子交换树脂装柱，并利用水进行冲洗；(2)将待纯化样品上样，利用2～5倍柱体积的水进行冲洗；(3)利用第一TEAB水溶液和水对所述待纯化样品进行梯度洗脱。

在本发明的一些实施例中，所述第一TEAB水溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。

在本发明的一些实施例中，所述反相制备液相色谱纯化中，利用第二TEAB水溶液和乙腈对所述阴离子交换层析纯化获得的样品进行梯度洗脱。

在本发明的一些实施例中，所述第二TEAB水溶液的浓度为0.02～0.15mol/L。

在本发明的一些实施例中，所述水溶性荧光染料偶联物包括荧光染料和连接臂。

在本发明的一些实施例中，所述荧光染料选自罗丹明、荧光素、香豆素、花青、芘、氟硼荧染料、Alexa系列染料、ATTO系列染料及其衍生物中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述连接臂具有以下结构中的至少之一：

其中，R为卤素原子、C_1-8烷基、C_1-8烷氧基、氨基、氰基、硝基、羧基或叠氮基。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是实施例1中待纯化的AF532-Linker反应液的HPLC图谱；

图2是实施例1中经DEAE纯化后AF532-Linker的HPLC图谱；

图3是实施例1中经反相制备液相色谱纯化后AF532-Linker的HPLC图谱；

图4是实施例2中待纯化的If700-Linker反应液的HPLC图谱；

图5是实施例2中经DEAE纯化后If700-Linker的HPLC图谱；

图6是实施例2中经反相制备液相色谱纯化后If700-Linker的HPLC图谱；

图7是实施例3中待纯化的ROX-C4-Linker反应液的HPLC图谱；

图8是实施例3中经DEAE纯化后ROX-C4-Linker的HPLC图谱；

图9是实施例3中经反相制备液相色谱纯化后ROX-C4-Linker的HPLC图谱。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种水溶性荧光染料偶联物的纯化方法。根据本发明的实施例，该方法包括：对待纯化样品依次进行阴离子交换层析纯化和反相制备液相色谱纯化，得到纯化产品。下面进一步对根据本发明实施例的水溶性荧光染料偶联物的纯化方法进行详细描述。

首先，根据本发明的实施例，对待纯化样品进行阴离子交换层析纯化。DEAE树脂可以与带负电荷的染料和染料偶联物发生正负电荷吸附作用，实现染料、染料偶联物与不带电荷或带正电荷杂质的分离，然后，通过提高流动相的盐离子浓度，实现不同带电荷物质在不同离子浓度下解吸，从而将染料偶联物进行纯化。上述阴离子交换层析纯化中所采用的阴离子交换树脂的具体种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本发明的一些实施例，阴离子交换层析纯化所采用的阴离子交换树脂可以为DEAE树脂。

根据本发明的一些实施例，DEAE树脂的质量与待纯化样品的质量比例为(8～12):1，例如8:1、9:1、10:1、11:1、12:1等。发明人发现，通过控制DEAE树脂与待纯化样品的质量比例在上述范围，可以较好进行杂质和产品的分离；如果DEAE树脂的用量过少，则可能样品和填料的结合力不够，导致化合物提前洗脱，影响分离效果；如果DEAE树脂的用量过多，则可能导致柱高增加，使系统压力升高，分离效果变差，且填料的使用寿命变短。

根据本发明的一些实施例，上述阴离子交换层析纯化包括：(1)将阴离子交换树脂装柱，并利用水进行冲洗；(2)将待纯化样品上样，利用2～5倍柱体积的水进行冲洗；(3)利用第一TEAB水溶液和水对待纯化样品进行梯度洗脱。具体的，在将阴离子交换树脂装柱后，并利用水进行冲洗的具体方式并不受特别限制，例如可以冲洗2～3个柱体积，或是以一定流速冲洗一定时间(例如以50～70mL/min的流速冲洗20～40min)。进一步地，将待纯化样品上样。该步骤中，优选将待纯化样品的浓度调整至1.8～2.2mg/mL，然后利用2～5倍柱体积的水进行冲洗，由此，可以有效除去样品中不与DEAE树脂结合的不带电荷类杂质。然后用水和TEAB水溶液进行梯度洗脱，逐渐提高洗脱液中TEAB的含量，从而将染料偶联物进行纯化。另外，根据本发明的一些实施例，DEAE树脂在使用前用纯水浸泡过夜，由此，其对荧光染料偶联物的纯化效果更佳。

根据本发明的具体实施例，阴离子交换层析纯化步骤可采用中低压过柱机进行。在纯化产物收集阶段，可根据实际待纯化产物的种类，在仪器上设置相应的紫外吸收阈值，并对超过阈值的流出液进行收集、合并、浓缩和过滤，以便于后续反相制备液相色谱纯化。

根据本发明的一些实施例，上述第一TEAB水溶液的浓度可以为0.5～1.5mol/L，例如0.5mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L等。由此，第一TEAB水溶液的浓度适宜，容易调节洗脱液的梯度，从而可以进一步提高样品的分离效果。

根据本发明的一些实施例，反相制备液相色谱纯化中，利用第二TEAB水溶液和乙腈对阴离子交换层析纯化获得的样品进行梯度洗脱。

根据本发明的一些实施例，第二TEAB水溶液的浓度为0.05～0.15mol/L，例如0.05mol/L、0.08mol/L、0.1mol/L、0.12mol/L、0.15mol/L等。由此，第一TEAB水溶液的浓度适宜，容易调节洗脱液的梯度，从而可以进一步提高样品的分离效果。

另外，需要说的是，上述梯度洗脱所采用的具体梯度设置，可以根据实际纯化样品的具体种类进行调整。

进一步地，根据本发明的实施例，可将反相制备液相色谱纯化得到的产品进行质量检测，并将合格样品浓缩、冻干，得到符合标准的荧光染料偶联物。

根据本发明的一些实施例，水溶性荧光染料偶联物包括荧光染料和连接臂。具体的，荧光染料可以选自罗丹明、荧光素、香豆素、花青、芘、氟硼荧染料、Alexa系列染料、ATTO系列染料及其衍生物中的至少之一；连接臂可以具有以下结构中的至少之一：

其中，R为卤素原子、C_1-8烷基、C_1-8烷氧基、氨基、氰基、硝基、羧基或叠氮基。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

AF532-Linker的纯化

取DEAE 50g，用水浸泡过夜后装层析柱。装好的层析柱连接于Biotage中低压过柱机，以60mL/min流速冲洗30min。将待分离的反应液稀释至2mg/ml，然后以S4管路，30-50mL/min的流速上样。上样完成后，用纯水以60-80mL/min的流速继续冲洗层析柱3～5个柱体积，洗脱出不与填料相互作用的物质。继续按照表1洗脱比例淋洗，分别在545nm和254nm下监测，自动接收阈值设置为100mAU。

表1 AF532-Linker DEAE纯化梯度

目标化合物在40％TEAB比例下出峰。将以上40％TEAB洗脱出来的流出液送检HPLC，其纯度由89.6％上升至95％左右(图1，图2)。将DEAE纯化后的各流出液收集合并，浓缩，过滤，进行反相液相色谱分离纯化，流动相梯度如表2(其中，A为乙腈，B为0.1mol/LTEAB)。经反相液相色谱纯化后的样品纯度在99％以上(图3)，完全满足要求。

表2 AF532-Linker反相液相色谱梯度

实施例2

iF700-Linker的纯化

取DEAE 50g，用水浸泡过夜后装层析柱。装好的层析柱连接于Biotage中低压过柱机，以60mL/min流速冲洗30min。将待分离的反应液稀释至2mg/ml，然后以S4管路，30-50mL/min的流速上样。上样完成后，用纯水以60-80mL/min的流速继续冲洗层析柱3～5个柱体积，洗脱出不与填料相互作用的物质。继续按照表3洗脱比例淋洗，分别在683nm和254nm下监测，自动接收阈值设置为100mAU。

表3 iF700-Linker DEAE纯化梯度

目标化合物在35％～45％TEAB比例下出峰。将以上35％～45％TEAB洗脱出来的流出液送检HPLC，其纯度由80％上升至90％左右(图4，图5)。将DEAE纯化后的各流出液收集合并，浓缩，过滤，进行反相液相色谱分离纯化，流动相梯度如表4(其中，A为乙腈，B为0.1mol/L TEAB)。经反相液相色谱纯化后的样品纯度在99％以上(图6)，完全满足要求。

表4 If700-Linker反相液相色谱梯度

实施例3

ROX-C4-Linker的纯化

取DEAE 50g，用水浸泡过夜后装层析柱。装好的层析柱连接于Biotage中低压过柱机，以60mL/min流速冲洗30min。将待分离的反应液稀释至2mg/ml，然后以S4管路，30-50mL/min的流速上样。上样完成后，用纯水以60-80mL/min的流速继续冲洗层析柱3～5个柱体积，洗脱出不与填料相互作用的物质。继续按照表5洗脱比例淋洗，分别在550nm和254nm下监测，自动接收阈值设置为100mAU。

表5 ROX-C4-Linker DEAE纯化梯度

目标化合物在30％TEAB比例下出峰。将以上30％TEAB洗脱出来的馏分送检HPLC，其纯度由88％左右上升至96％左右(图7，图8)。将DEAE纯化后的各馏分收集合并，浓缩，过滤，进行反相液相色谱分离纯化，流动相梯度如表6(其中，A为乙腈，B为0.1mol/LTEAB)。经反相液相色谱纯化后的样品纯度在99％以上(图9)，完全满足要求。

表6 ROX-C4-Linker反相液相色谱梯度

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种水溶性荧光染料偶联物的纯化方法，其特征在于，包括：对待纯化样品依次进行阴离子交换层析纯化和反相制备液相色谱纯化，得到纯化产品。

2.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述阴离子交换层析纯化所采用的阴离子交换树脂为DEAE树脂。

3.根据权利要求2所述的纯化方法，其特征在于，所述DEAE树脂的质量与所述待纯化样品的质量比例为(8～12):1。

4.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述阴离子交换层析纯化包括：

(1)将阴离子交换树脂装柱，并利用水进行冲洗；

(2)将待纯化样品上样，利用2～5倍柱体积的水进行冲洗；

(3)利用第一TEAB水溶液和水对所述待纯化样品进行梯度洗脱。

5.根据权利要求4所述的纯化方法，其特征在于，所述第一TEAB水溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。

6.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述反相制备液相色谱纯化中，利用第二TEAB水溶液和乙腈对所述阴离子交换层析纯化获得的样品进行梯度洗脱。

7.根据权利要求6所述的纯化方法，其特征在于，所述第二TEAB水溶液的浓度为0.02～0.15mol/L。

8.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述水溶性荧光染料偶联物包括荧光染料和连接臂。

9.根据权利要求8所述的纯化方法，其特征在于，所述荧光染料选自罗丹明、荧光素、香豆素、花青、芘、氟硼荧染料、Alexa系列染料、ATTO系列染料及其衍生物中的至少之一。

10.根据权利要求8所述的纯化方法，其特征在于，所述连接臂具有以下结构中的至少之一：

其中，R为卤素原子、C_1-8烷基、C_1-8烷氧基、氨基、氰基、硝基、羧基或叠氮基。

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