萃取是在兩個液相間進行。大部分萃取采用一個是水相。另一個是有機相。但有機相易使蛋白質等生物活性物質變性。最近，發現有一些高分子水溶液（如分子量從幾千到幾萬的聚乙二醇硫酸鹽水溶液）可以分為兩個水相，蛋白質在兩個水相中的溶解度有很大的差別。故可以利用雙水相萃取過程分離蛋白質等溶于水的生物產品。
　　例如用聚乙二醇（PEG Mr為6000）/磷酸鉀系統從大腸桿菌勻漿中提取β-半乳糖苷酶。這是一個很有前途的新的分離方法，特別適用于生物工程得出的產品的分離。
　　某些親水性高分子聚合物的水溶液超過一定濃度后可以形成兩相，并且在兩相中水分均占很大比例，即形成雙水相系統（aqueous two-phase system,ATPS）。利用親水性高分子聚合物的水溶液可形成雙水相的性質，Albertsson于20世紀50年代后期開發了雙水相萃取法（aqueous two-phase extraction），又稱雙水相分配法。20世紀70年代,科學家又發展了雙水相萃取在生物分離過程中的應用，為蛋白質特別是胞內蛋白質的分離和純化開辟了新的途徑。
　　雙水相萃取的聚合物不相容性：根據熱力學第二定律，混合是熵增過程可以自發進行，但分子間存在相互作用力，這種分子間作用力隨相對分子質量增大而增大。當兩種高分子聚合物之間存在相互排斥作用時，由于相對分子質量較大的分子間的排斥作用與混合熵相比占主導地位，即一種聚合物分子的周圍將聚集同種分子而排斥異種分子，當達到平衡時，即形成分別富含不同聚合物的兩相。這種含有聚合物分子的溶液發生分相的現象稱為聚合物的不相溶性。
　　可形成雙水相的雙聚合物體系很多，如聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（Dx）,聚丙二醇/聚乙二醇，甲基纖維素/葡聚糖。雙水相萃取中采用的雙聚合物系統是PEG/Dx，該雙水相的上相富含PEG，下相富含Dx。另外，聚合物與無機鹽的混合溶液也可以形成雙水相，例如，PEG/磷酸鉀（KPi）、PEG/磷酸銨、PEG/硫酸鈉等常用于雙水相萃取。PEG/無機鹽系統的上相富含PEG,下相富含無機鹽。
　　生物分子的分配系數取決與溶質于雙水相系統間的各種相互作用，其中主要有靜電作用、疏水作用和生物親和作用。因此，分配系數是各種相互作用的和。

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