Desenvolvimento e caracterização de trocador catiônico supermacroporoso para a purificação de macromoléculas | Development and characterization of a supermacroporous cation exchanger to macromolecules purification

A purificação de biomoléculas, em especial macromoléculas, desperta cada vez mais o interesse de pesquisadores em todo o mundo devido ao potencial de uso das mesmas. Para isso, novas técnicas e materiais vêm sendo desenvolvidos, como os criogéis poliméricos, considerados a nova geração de matrizes para os processos cromatográficos. Os criogéis permitem a produção de colunas monolíticas cromatográficas com elevada porosidade e com poros grandes o suficiente para permitir a passagem até mesmo de células inteiras, o que é altamente desejável para a purificação de macromoléculas a partir de meios viscosos e/ou não clarificados. Apesar do crescente interesse nos criogéis, estudos envolvendo as condições de equilíbrio e a dinâmica do deslocamento de fluidos e cinética de transferência de massa nos leitos monolíticos ainda são insuficientes para se caracterizar completamente essa classe de adsorventes. Assim sendo, neste trabalho um novo trocador iônico monolítico voltado para a purificação da proteína lisozima a partir da clara de ovo foi produzido e caracterizado sob diversos aspectos, dentre eles a estrutura física e as relações de equilíbrio de adsorção, bem como o efeito da temperatura e força-iônica da fase móvel nessas reações, o que permitiu compreender melhor o mecanismo de adsorção da lisozima no trocador iônico. O leito monolítico produzido também foi caracterizado quanto à sua hidrodinâmica e um modelo capilar foi proposto para descrever as curvas de ruptura no mesmo, permitindo maior compreensão dos efeitos dispersivos, difusivos e de transferência de massa no seu interior. Por fim, o leito produzido foi empregado com êxito na purificação da lisozima diretamente da clara de com um mínimo preparo da solução de alimentação e em apenas uma etapa cromatográfica.

Researchers around the world are interested in the potential use of biomolecules, in special macromolecules, increasing the application of different techniques to purify its. New methodologies and materials are being developed, such as polymeric cryogels, considered the new generation of chromatographic matrices. Cryogels permit the production of high porosity monolithic columns with large pores that allow the passage even of whole cells, which is highly desirable for the macromolecules purification from viscous and non-clarified feedstock solutions. Despite the growing interest in cryogels, studies involving equilibrium conditions and the dynamics of fluid displacement and mass transfer in monolithic beds are still insufficient to adequately characterize this class of adsorbents. Thus, a new ion exchanger monolithic cryogel for the purification of lysozyme from chicken egg was produced and characterized at various aspects, as the physical structure and adsorption equilibrium relationships, including the effect of temperature and ionicstrength of the mobile phase, allowing a better understanding of the adsorptive mechanism of lysozyme on the ion exchanger. The monolithic bed was also characterized as the capillary hydrodynamic and a model was proposed to describe the breakthrough curves, allowing greater understanding of dispersive, diffusive and mass transfer effects. Finally, monolithic bed produced was successfully employed in the purification of lysozyme directly from egg white in a single chromatographic step, being possible its use with a minimum preparation of the feed solution.