簡介
早在1896年，Beijerinck發現，當明膠與瓊脂或明膠與可溶性澱粉溶液相混時，得到一個混濁不透明的溶液，隨之分為兩相，上相富含明膠，下相富含瓊脂（或澱粉），這種現象被稱為聚合物的不相溶性（incompatibility），從而產生了雙水相體系（Aqueous two phase system,ATPS）。
傳統的雙水相體系是指雙高聚物雙水相體系，其成相機理是由於高聚物分子的空間阻礙作用，相互無法滲透，不能形成均一相，從而具有分離傾向，在一定條件下即可分為二相。一般認為只要兩聚合物水溶液的憎水程度有所差異，混合時就可發生相分離，且憎水程度相差越大，相分離的傾向也就越大。可形成雙水相體系的聚合物有很多，典型的聚合物雙水相體系有聚乙二醇（polyethylene glycol，略作PEG)/葡聚糖（dextran），聚丙二醇（polypropylene glycol)/聚乙二醇和甲基纖維素（methylcellulose)/葡聚糖等。另一類雙水相體系是由聚合物/鹽構成的。此類雙水相體系一般採用聚乙二醇（polyethylene glycol）作為其中一相成相物質，而鹽相則多採用硫酸鹽或者磷酸鹽。
萃取原理
當萃取體系的性質不同時，物質進入雙水相體系後，由於表面性質、電荷作用和各種力（如憎水鍵、氫鍵和離子鍵等） 的存在和環境因素的影響，使其在上、下相中的濃度不同。物質在雙水相體系中分配係數K可用下式表示：
K= C上/ C下
其中K為分配係數，C上和C下分別為被分離物質在上、下相的濃度。
分配係數K等於物質在兩相的濃度比，由於各種物質的K值不同，可利用雙水相萃取體系對物質進行分離。其分配情況服從分配定律，即，“在一定溫度一定壓強下，如果一個物質溶解在兩個同時存在的互不相溶的液體裡，達到平衡後，該物質在兩相中濃度比等於常數”，分離效果由分配係數來表征。
由於溶質在雙水相系統兩相間的分配時至少有四類物質在兩個不同相系統共存，要分配的物質和各相組分之間的相互作用是個複雜的現象，它涉及到氫鍵、電荷相互作用、范德華力、疏水性相互作用以及空間效應等，因此，可以預料到溶質在雙水相系統中兩相間的分配取決於許多因素，它既與構成雙水相系統組成化合物的分子量和化學特性有關，也與要分配物質的大小、化學特性和生物特性相關。
大量研究表明，生物分子在雙水相系統中的實際分配是生物分子與雙水相系統間靜電作用、疏水作用、生物親和作用等共同作用的結果，形式上可以將分配係數的對數值分解為幾項：
InK = InKm+InKe+In Kh+InKb+InKs+InKc
式中，Ke-----靜電作用對溶質分配係數的貢獻；
Kh----- 疏水作用對溶質分配係數的貢獻；
Kb-----生物親和作用對溶質分配係數的貢獻；
Ks----- 分子大小對溶質分配係數的貢獻；
Kc----- 分子構型影響對溶質分配係數的貢獻；
Km -----除上述因素外的其它因素影響對溶質分配係數的貢獻。
值得指出的是，這些因素中雖然沒有一個因素完全獨立於其它因素，但一般來說，這些不同的因素或多或少是獨立存在的。
影響待分離物質在雙水相體系中分配行為的主要參數有成相聚合物的種類、成相聚合物的分子質量和總濃度、無機鹽的種類和濃度、pH 值、溫度等。
雙水相的優勢
ATPE作為一種新型的分離技術，對生物物質、天然產物、抗生素等的提取、純化表現出以下優勢：
（1）含水量高（70%--90%），在接近生理環境的體系中進行萃取，不會引起生物活性物質失活或變性；
（2）可以直接從含有菌體的發酵液和培養液中提取所需的蛋白質（或者酶），還能不經過破碎直接提取細胞內酶，省略了破碎或過濾等步驟；
（3）分相時間短，自然分相時間一般為5min～15 min；
（4）界面張力小（10-7～ 10-4mN/m），有助於兩相之間的質量傳遞，界面與試管壁形成的接觸角幾乎是直角；
（5）不存在有機溶劑殘留問題，高聚物一般是不揮發物質，對人體無害；
（6）大量雜質可與固體物質一同除去；
（7）易於工藝放大和連續操作，與後續提純工序可直接相連線，無需進行特殊處理；
（8）操作條件溫和，整個操作過程在常溫常壓下進行；
（9）親和雙水相萃取技術可以提高分配係數和萃取的選擇性。
雖然該技術在套用方面已經取得了很大的進展，但幾乎都是建立在實驗的基礎上，到目前為止還沒能完全清楚地從理論上解釋雙水相系統的形成機理以及生物分子在系統中的分配機理。
套用
雙水相萃取技術已廣泛套用於生物化學、細胞生物學、生物化工和食品化工等領域，並取得了許多成功的範例，主要是分離蛋白質 ，酶，病毒，脊髓病毒和線病毒的純化，核酸，DNA的分離，干擾素，細胞組織，抗生素，多糖，色素，抗體等。
此外雙水相還可用於稀有金屬/貴金屬分離，傳統的稀有金屬/貴金屬溶劑萃取方法存在著溶劑污染環境，對人體有害，運行成本高，工藝複雜等缺點。雙水相技術萃取技術引入到該領域，無疑是金屬分離的一種新技術。
目前，用此法來提純的酶已達數十種，其分離過程也達到相當規模，I-Horng Pan等人利用PEG1500/ NaH2PO4體系從Trichoderma koningii發酵液中分離純化β-木糖苷酶，該酶主要分配在下相，下相酶活回收率96.3%，純化倍數33；
雙水相體系分類
高聚物/高聚物雙水相體系
高聚物/無機鹽雙水相體系
低分子有機物/無機鹽雙水相體系
表面活性劑雙水相體系
