科学家们一直在努力直接测量蛋白质的运动，即蛋白质扩散，在包括固体和液体成分的材料中。当使用离子交换色谱法(一种基于电荷分离材料的实验室和制造方法)时，他们在材料表面的运动如何影响蛋白质运动方面也存在分歧。蛋白质可以爬进用于离子交换色谱的树脂珠的孔中，并根据电荷结合在壁上。

现在，来自特拉华大学的一个工程师团队与安进制药公司的合作伙伴已经证明，蛋白质转运到离子交换珠中的表面扩散取决于吸附亲和力——一种衡量两种材料之间吸引力的指标。通过利用这种关系，该团队开发了一种纯化单克隆抗体(一种介导免疫的分子)的程序，其生产率比平时高43%。

研究小组的研究结果发表在《科学》杂志上美国国家科学院院刊3月。该论文的作者包括化学工程博士生Ohnmar Khanal;Vijesh Kumar，化学工程博士后;安进首席工程师法布里斯·施莱格尔(Fabrice Schlegel);亚伯拉罕·伦霍夫，艾伦·p·科尔伯恩化学工程教授。

卡纳尔说:“我们为表面扩散的重要性提出了一个非常有力的案例，我们使用多种方法通过一种可以立即实施的简单技术来证实它的重要性。”

该团队使用了色谱法、机械模型、共聚焦显微镜和小角度中子散射。后者是在国家标准与技术研究所的国家中子研究中心进行的。

通过理解和利用离子交换色谱中的蛋白质表面扩散，研究人员可以在这项工作的基础上开发出减少昂贵的药物制造过程中浪费的方法。

“蛋白质的离子交换层析绝对是生物制药生产中的关键操作，”Lenhoff说。

库马尔和伦霍夫目前正在从事另一个独立的项目，该项目由特拉华大学的国家生物制药创新研究所资助，旨在开发色谱的数学模型，这将使设计和开发制造过程的方法更加有效。

研究人员还可以建立在对蛋白质扩散的这一新的基本认识的基础上，并可能将其应用于其他问题。蛋白质在人体表面的扩散也是一种重要的现象。例如，大脑中淀粉样蛋白-ß的运动和颤动与神经变性疾病有关，蛋白质表面扩散可以影响生物传感器的性能。

伦霍夫说:“这是基础研究如何导致实际应用以及在这些实际应用中取得重大进步的一个例子。”

这一切都始于一次头脑风暴，Khanal建议使用互补工具对表面扩散与带电表面结合亲和力的关系进行更深入的研究。

库马尔说:“当我们开始的时候，我们从来没有想过我们会走得这么远。“这是从一个很小的想法开始的。”