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水性二相系（ABS）または水性二相系（ATPS）は、従来の有機溶媒と水を用いた抽出システムに代わるクリーンな選択肢である。
ABSは、2種類のポリマー、1種類のポリマーと1種類のコスモトロピック塩、または2種類の塩（1種類のカオトロピック塩ともう1種類のコスモトロピック塩）を適切な濃度または特定の温度で混合したときに形成されます。2つの相は主に水と不揮発性成分で構成されているため、揮発性有機化合物は除去されます。これらは、非変性で無害な分離媒体として、バイオテクノロジー用途で長年使用されてきました。最近では、ATPSは、水銀やコバルトなどの金属イオン[ 1 ] 、カーボンナノチューブ[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 、環境修復、冶金用途、および反応媒体として使用できることがわかりました。
1896年、ベイエリンクは、水溶性ポリマーである寒天と可溶性デンプンまたはゼラチンの溶液に「不適合性」があることを初めて指摘した。[ 5 ]混合すると、それらは混ざり合わない2つの相 に分離した。
その後の調査により、他にも多くの水性二相系が特定され、中でもポリエチレングリコール（PEG）-デキストラン系が最も広く研究されている。水性二相を形成する他の系としては、PEG-炭酸ナトリウム系、またはPEGとリン酸塩、クエン酸塩、硫酸塩系などがある。水性二相系は、主にバイオテクノロジー産業や化学産業における下流工程で利用されている。
油と水を同じ容器に注ぐと、混ざり合わない性質のため、2つの相または層に分離することはよく知られています。一般的に、極性を持つ水溶液（または水系溶液）は、非極性の有機溶媒（食用油、クロロホルム、トルエン、ヘキサンなど）とは混ざり合わず、二相系を形成します。しかし、ABS樹脂では、混ざり合わない両方の成分が水系です。
異なる相の形成は、 2つの成分のpH、温度、イオン強度によって影響を受け、ポリマーの量が一定の限界濃度（上記の要因によって決定される）を超えると分離が起こる。
「上層」は、より疎水性の高いポリエチレングリコール（PEG）で構成されており、より親水性で密度の高いデキストラン溶液からなる「下層」よりも密度が低い。
PEGは本来水よりも密度が高いにもかかわらず、上層を占めます。これは、余分な水を排除して低密度の水環境を作り出す、PEGの溶媒「秩序化」特性によるものと考えられています。[ 6 ] PEGの重合度も、抽出中の相分離と分子の分配に影響を与えます。
ABSは、粗細胞抽出物やその他の混合物からタンパク質、酵素、その他の不安定な生体分子を抽出するのに優れた方法です。この技術は、酵素の工業生産や実験室生産において、酵素技術の分野で最もよく用いられます。
ポリマーに目的の酵素に特異的なリガンドを標識することで、特異性をさらに高めることができる。これにより、酵素がポリマーに優先的に結合し、抽出効率が向上する。
しかし、大きな欠点の一つは、使用する材料、特に高純度デキストランのコストが高いことである。ただし、精製度の低いデキストラン、ヒドロキシプロピルデンプン誘導体、高塩濃度溶液など、より低コストな代替品も利用可能である。
実験的研究に加えて、工学および設計において液液平衡条件を記述および予測するための優れた熱力学モデルを持つことが重要です。熱力学モデルの全体的かつ信頼性の高いパラメータを取得するには、通常、相平衡データがこの目的に適しています。ポリマー/塩系にはポリマー、電解質、水が存在するため、すべての異なるタイプの相互作用を考慮する必要があります。これまで、NRTL、Chen-NRTL、Wilson、UNIQUAC、NRTL-NRF、UNIFAC-NRFなどのいくつかのモデルが使用されてきました。すべての場合において、上記のモデルはポリマー/塩水性二相系のタイラインデータを再現することに成功していることが示されています。これまでの研究のほとんどでは、過剰ギブス関数がモデリングに使用されています。[ 7 ]
{{cite journal}}: CS1 maint: 無題の定期刊行物 (リンク)