ระบบสองเฟสในน้ำ ( ABS ) หรือระบบสองเฟสในน้ำ ( ATPS ) เป็นทางเลือกที่สะอาดกว่าสำหรับระบบ การสกัดด้วยตัว ทำละลาย อินทรีย์ - น้ำ แบบดั้งเดิม

ABS เกิดขึ้นเมื่อผสมพอลิเมอร์ สองชนิด พอลิเมอร์หนึ่งชนิดกับเกลือโคสโมโทรปิก หนึ่งชนิด หรือเกลือสองชนิด ( เกลือเคออโทรปิก หนึ่งชนิดและเกลือโคสโมโทรปิกอีกหนึ่งชนิด) ในความเข้มข้นที่เหมาะสมหรือที่อุณหภูมิที่กำหนด เฟสทั้งสองส่วนใหญ่ประกอบด้วยน้ำและส่วนประกอบที่ไม่ระเหย จึงช่วยขจัด สารประกอบอินทรีย์ระเหยได้มีการใช้ ABS มานานหลายปีในงานด้านเทคโนโลยีชีวภาพ ในฐานะตัวกลางในการแยก ที่ไม่ทำให้เสียสภาพและเป็นมิตร เมื่อเร็วๆ นี้ พบว่า ATPS สามารถใช้ในการแยกไอออนโลหะ เช่น ปรอทและโคบอลต์^{[ 1 ]}ท่อนาโนคาร์บอน [ ^{2 ] [ 3 ] [ 4 ] การ}บำบัดสิ่งแวดล้อมการใช้งานทางโลหะวิทยา และเป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยา

ในปี พ.ศ. 2449 Beijerinckสังเกตเห็น 'ความไม่เข้ากัน' ของสารละลายอะการ์ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้ กับแป้งหรือเจลาตินที่ ละลายน้ำได้เป็นครั้งแรก ^{[ 5 ]} เมื่อผสมกันแล้ว สารละลายทั้งสองจะแยกออกเป็นสองเฟสที่ไม่สามารถผสม กัน ได้

การตรวจสอบเพิ่มเติมนำไปสู่การค้นพบระบบสองเฟสในน้ำอื่นๆ อีกมากมาย ซึ่ง ระบบ โพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) - เดกซ์แทรนเป็นระบบที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางที่สุด ระบบอื่นๆ ที่ก่อให้เกิดเฟสสองในน้ำ ได้แก่ PEG - โซเดียมคาร์บอเนตหรือ PEG กับฟอสเฟตซิเตรตหรือซัลเฟตระบบสองเฟสในน้ำเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในกระบวนการผลิตขั้นปลายโดยส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพและเคมี

เป็นที่สังเกตกันโดยทั่วไปว่า เมื่อ เท น้ำมันและน้ำลงในภาชนะเดียวกัน พวกมันจะแยกตัวออกเป็นสองเฟสหรือสองชั้น เนื่องจากพวกมันไม่สามารถผสมกันได้โดยทั่วไปแล้ว สารละลายในน้ำ (หรือสารละลายที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบหลัก) ซึ่งมีขั้ว จะไม่สามารถผสมกับตัวทำละลายอินทรีย์ที่ไม่มีขั้ว (เช่นน้ำมันปรุงอาหารคลอโรฟอร์มโทลูอี น เฮกเซนเป็นต้น) และจะเกิดเป็นระบบสองเฟส อย่างไรก็ตาม ในระบบ ABS ส่วนประกอบที่ไม่สามารถผสมกันได้ทั้งสองอย่างนั้นเป็นสารละลายที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบหลัก

การก่อตัวของเฟสที่แตกต่างกันนั้นได้รับผลกระทบจากค่าpH อุณหภูมิและความเข้มข้นของไอออนของส่วนประกอบทั้งสอง และการแยกตัวจะเกิดขึ้นเมื่อปริมาณของพอลิเมอร์ที่มีอยู่เกินความเข้มข้นจำกัดที่กำหนด (ซึ่งถูกกำหนดโดยปัจจัยข้างต้น)

"เฟสบน" เกิดจาก โพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) ซึ่ง มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ มากกว่า และมีความหนาแน่น ต่ำ กว่า "เฟสล่าง" ซึ่งประกอบด้วยสารละลาย เดกซ์แทรน ที่มี คุณสมบัติชอบน้ำ มากกว่า และมีความหนาแน่นสูง กว่า

แม้ว่า PEG จะมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำโดยธรรมชาติ แต่ก็ครอบครองชั้นบน เชื่อกันว่าเป็นเพราะคุณสมบัติการ "จัดเรียง" ของตัวทำละลาย ซึ่งกีดกันน้ำส่วนเกิน ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมของน้ำที่มีความหนาแน่นต่ำ^{[ 6 ]}ระดับการพอลิเมอไรเซชันของ PEG ยังส่งผลต่อการแยกเฟสและการแบ่งส่วนของโมเลกุลระหว่างการสกัดด้วย

ABS เป็นวิธีการที่ยอดเยี่ยมสำหรับการสกัดโปรตีน / เอนไซม์และโมเลกุลชีวภาพที่ไม่เสถียร อื่นๆ จากสารสกัดเซลล์ดิบหรือสารผสมอื่นๆ โดยส่วนใหญ่แล้ว เทคนิคนี้จะถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีเอนไซม์ในการผลิตเอนไซม์ในระดับอุตสาหกรรมหรือห้องปฏิบัติการ

• สภาวะเหล่านี้ไม่รุนแรงและไม่เป็นอันตราย ทำให้โมเลกุลชีวภาพที่ไม่เสถียร/เปราะบางเสียสภาพ หรือ ถูกทำลาย
• ความเค้นที่บริเวณรอยต่อ(ที่ส่วนต่อประสานระหว่างสองชั้น) ต่ำกว่ามาก (ต่ำกว่าถึง 400 เท่า) เมื่อเทียบกับระบบน้ำ-ตัวทำละลายอินทรีย์ที่ใช้ในการสกัดด้วยตัวทำละลายทำให้โมเลกุลที่จะถูกสกัดได้รับความเสียหายลดลง
• ชั้นพอลิเมอร์ช่วยทำให้โมเลกุลโปรตีนที่สกัดออกมามีความเสถียร ส่งผลให้มีความเข้มข้นของโปรตีนที่ต้องการในชั้นใดชั้นหนึ่งสูงขึ้น ทำให้การสกัดมีประสิทธิภาพมากขึ้น
• อาจมีการพัฒนาระบบเฉพาะทาง (โดยการปรับเปลี่ยนปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ระดับการเกิดพอลิเมอร์ การมีอยู่ของไอออนบางชนิด เป็นต้น) เพื่อส่งเสริมการเพิ่มความเข้มข้นของสารประกอบเฉพาะ หรือกลุ่มของสารประกอบ ในเฟสใดเฟสหนึ่งจากสองเฟส บางครั้งระบบเหล่านี้จะถูกใช้ร่วมกับเรซินแลกเปลี่ยนไอออนเพื่อให้ได้การสกัดที่ดีขึ้น
• การแยกเฟสและการแบ่งส่วนของสารประกอบเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้สามารถสกัดโมเลกุลที่ต้องการได้ก่อนที่เอนไซม์โปรตีเอสในร่างกาย จะย่อยสลายพวกมัน
• ระบบเหล่านี้สามารถขยายขนาดได้ ตั้งแต่ระดับห้องปฏิบัติการไปจนถึงระดับที่สามารถรองรับความต้องการของการผลิตในระดับอุตสาหกรรม และสามารถนำไปใช้ในกระบวนการสกัดโปรตีนอย่างต่อเนื่องได้

ความจำเพาะสามารถเพิ่มขึ้นได้อีกโดยการติดลิแกนด์ที่จำเพาะต่อเอนไซม์ที่ต้องการลงบนพอลิเมอร์ ซึ่งจะทำให้เอนไซม์จับกับพอลิเมอร์ได้ดีกว่า ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการสกัดเพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตาม ข้อเสียเปรียบที่สำคัญประการหนึ่งคือต้นทุนของวัสดุที่ใช้ ซึ่งก็คือเดกซ์แทรนที่มีความบริสุทธิ์สูงที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์นี้ แต่ก็มีทางเลือกอื่นที่มีต้นทุนต่ำกว่า เช่น เดกซ์แทรนที่ผ่านการกลั่นน้อยกว่าอนุพันธ์ของไฮดรอกซีโพรพิลสตาร์ชและสารละลายเกลือเข้มข้นสูง

นอกจากการศึกษาเชิงทดลองแล้ว การมีแบบจำลองทางเทอร์โมไดนามิกที่ดีเพื่ออธิบายและทำนายสภาวะสมดุลของของเหลวสองเฟสในงานวิศวกรรมและการออกแบบก็มีความสำคัญเช่นกัน โดยทั่วไปแล้ว ข้อมูลสมดุลเฟสจะเหมาะสมสำหรับการหาพารามิเตอร์โดยรวมและเชื่อถือได้สำหรับแบบจำลองทางเทอร์โมไดนามิก เนื่องจากในระบบพอลิเมอร์/เกลือมีทั้งพอลิเมอร์ อิเล็กโทรไลต์ และน้ำ จึงควรพิจารณาปฏิสัมพันธ์ทุกประเภทที่แตกต่างกัน จนถึงปัจจุบัน มีการใช้แบบจำลองหลายแบบ เช่น NRTL, Chen-NRTL, Wilson, UNIQUAC, NRTL-NRF และ UNIFAC-NRF ซึ่งแสดงให้เห็นว่าในทุกกรณี แบบจำลองที่กล่าวถึงประสบความสำเร็จในการจำลองข้อมูลเส้นเชื่อมของระบบสองเฟสพอลิเมอร์/เกลือในน้ำ ในงานก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่ มีการใช้ฟังก์ชัน Gibbs ส่วนเกินสำหรับการสร้างแบบจำลอง^{[ 7 ]}

• Albertsson, PA (1986). การแบ่งส่วนของอนุภาคเซลล์และโมเลกุลขนาดใหญ่ . John Wiley & Sons.
• Zaslavsky, Boris (1995). การแบ่งเฟสสองเฟสในสารละลาย: เคมีกายภาพและการประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์ทางชีวภาพ . Marcel Dekker Inc. ISBN 978-0-8247-9461-3.
• Bakhshi, Hamid; Mobalegholeslam, Poorya (2017). "การคำนวณสมดุลเฟสของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีน้ำ-พอลิเมอร์-เกลือโดยใช้แบบจำลองทางเทอร์โมไดนามิกใหม่ ซึ่งสามารถนำไปใช้ได้ในระบบสองเฟสในน้ำ" Fluid Phase Equilibria . 434 : 222– 32. doi : 10.1016/j.fluid.2016.11.033 .
• Hamta, Afshin; Dehghani, Mohammad Reza; Gholami, Mahsa (2017). "ข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับระบบสองเฟสในน้ำที่มี PEG–6000 และ Na2CO3 ที่อุณหภูมิ T = (293.15, 303.15 และ 313.15) K"". วารสารของของเหลวโมเลกุล . 241 : 144– 149. doi : 10.1016/j.molliq.2017.05.149 .

• มหาวิทยาลัยลอนดอนเซาท์แบงก์ บนถนน ABS