生物分离过程研究的新趋势_高效集成化_梅乐和
生物分离和分析技术的创新和发展
生物分离和分析技术的创新和发展生物分离和分析技术是生物学和医学研究中不可或缺的一部分。
随着生物学和医学等领域的快速发展，对生物分离和分析技术也提出了更高的要求。
为了满足这些要求，科学家们不断地进行技术创新和发展。
一、蛋白质分离技术的创新和发展蛋白质是细胞中最基本的功能分子。
蛋白质分离技术的创新和发展一直是生物学和医学研究的重要方向之一。
传统的蛋白质分离技术主要是基于电泳、色谱、质谱等原理。
近年来，科学家们提出了一些新的蛋白质分离技术，如表面等离子体共振（SPR）技术、蛋白质鉴定和定量技术等。
这些新技术的出现大大提高了蛋白质分离的速度和灵敏度，同时也为蛋白质相关的研究提供了更多的方法和手段。
二、基因芯片技术的创新和发展基因芯片是近年来生物学和医学研究领域中最热门的技术之一。
基因芯片可以同时检测众多基因的表达情况，从而为研究人员提供了更全面的信息。
随着技术的不断发展，基因芯片技术越来越成熟，并应用于癌症、染色体异常、遗传性疾病等领域的研究中。
同时，科学家们还开发了一些新的基因芯片技术，如基于双标记的1K芯片、利用导电聚合物材料制备的基因芯片等，这些新技术的出现进一步提高了基因芯片技术的灵敏度和准确性。
三、单细胞分析技术的创新和发展传统的细胞分析技术不能满足现代生物学和医学研究的需求，因为它们只能对大量同种细胞进行分析。
而单细胞分析技术可以对单个细胞进行分析，这为研究人员提供了更精确的信息。
随着技术的不断创新和发展，单细胞分析技术也越来越成熟。
科学家们提出了一些新的单细胞分析技术，如基于微流控技术的单细胞测序分析技术、基于图像分析的单细胞分析技术等。
这些新技术的出现极大地拓展了单细胞分析技术的应用范围和精确度。
四、细胞和分子成像技术的创新和发展细胞和分子成像技术是生物学和医学研究中不可或缺的技术之一。
随着细胞和分子成像技术的不断创新和发展，研究人员能够看到更详细的生物分子信息。
细胞和分子成像技术的创新主要包括生物标记的发展以及成像技术的改进。
生物提取和纯化技术的发展和应用前景
生物提取和纯化技术的发展和应用前景随着生物技术的迅速发展和应用场景的不断扩大，越来越多的生物材料需要提取和纯化，从而能够更好地应用到生产或研究中。
而生物提取和纯化技术的不断发展，也为生产和研究提供了更加高效和精确的方法。
接下来，我们将探讨生物提取和纯化技术的发展以及其应用前景。
一、生物提取和纯化技术的发展生物提取和纯化技术的发展经历了多个阶段。
早期的方法大多是依靠试错的过程，没有明确的理论依据和标准化的步骤。
后来，随着生物化学的不断发展，研究人员开始尝试利用分子量、电荷、疏水性等性质对生物大分子进行分离和纯化。
逐渐地，越来越多的生物提取和纯化技术涌现出来。
离子交换、凝胶层析、超滤、透析等技术在生物材料的提取和纯化中得到广泛应用。
而近年来，随着纳米技术的飞速发展，越来越多的生物提取和纯化技术开始涉及到纳米材料的制备和应用。
通过合理的设计，纳米材料可以更加精准地提取和分离生物大分子，同时减少对环境的污染和人体的伤害。
二、应用前景生物提取和纯化技术在医药、食品、生物农业、化学等领域中的应用日益广泛。
以下介绍几个典型的应用场景。
1. 生物医药行业生物提取和纯化技术在生物医药行业中得到了广泛应用。
例如，利用蛋白质分离技术可以制备出许多有重要生物学功能和临床应用前景的重组蛋白质药物，如重组人干扰素、重组血管内皮生长因子等。
同时，利用纳米材料对生物大分子进行提取和纯化，可以提高药物的功效和降低副作用。
因此，生物提取和纯化技术为开发新型药物和提高药效提供了有效手段。
2. 食品工业生物提取和纯化技术对食品工业也起到了重要作用。
例如，利用酵素对食品中的糖类、蛋白质等进行降解或转化，可以增强食品的口感、品质和保鲜期。
同时，利用离子交换和凝胶层析技术可以从食品中提取出各种营养成分，如植物提取物、色素等。
相比于传统的热处理工艺，生物提取和纯化技术具有其独特的优点，如保留了食品中的营养成分，同时还能使食品质量更为稳定。
3. 生物农业生物提取和纯化技术在生物农业中也有广泛应用。
现代生物分离技术
现代生物分离技术生物分离技术是生物学领域中的一项重要科研技术，主要利用生物体中分子间所存在的电性、磁性、电荷、大小、形状等特性，从而通过各种不同的分离技术来获得所需的分子。
现代生物分离技术可以分为物理分离技术和化学分离技术两大类，其中物理分离技术包括了色谱分离、电泳分离、离心分离、过滤分离等各种技术，而化学分离则主要是利用化学反应或结构差异来实现生物分子的分离。
本文将对现代常用的生物分离技术进行详细说明，讨论其原理、特点及应用。
一、色谱分离技术色谱分离技术是基于质量、分子量、分子大小、溶解性、极性或疏水性等特性，将混合物中的物质从复杂的混合物中分离出来的一种分离技术。
色谱分离技术是现代分离技术中应用最广泛的一种技术，其主要原理是利用各种固定相（如气相、液相、固体等）与流动相（如气体、液体、超临界流体等）之间的相互作用来实现生物物质的分离。
主要包括了气相色谱、液相色谱、离子交换色谱、凝胶层析、亲和层析等。
色谱分离技术广泛应用于复杂的生物分子的分离和纯化，如对蛋白质、多肽、核酸等生物大分子的分离和纯化。
二、电泳分离技术电泳分离技术是利用电场作用力将荷电粒子（如DNA、蛋白质等）从混合物中分离出来的一种分离技术。
其原理是将混合物置于电场中，根据电荷的性质，荷电粒子在电场中产生运动，并在电极上沉淀。
电泳分离技术广泛应用于DNA、RNA、蛋白质等生物分子的分离和定量。
三、离心分离技术离心分离技术是根据生物分子的密度、大小、形状等物理特性将生物分子从混合物中分离出来的一种分离技术。
其主要原理是利用高速旋转的离心机作用，将混合液中的生物分子产生沉降差异，最终通过离心分离技术将生物分子分离出来。
离心分离技术广泛应用于细胞分离、蛋白质纯化、细胞器组分分离、病毒富集等方面。
四、过滤分离技术过滤分离技术是利用精密的过滤器或膜将混合物中的生物分子分离出来的一种分离技术。
其原理是利用过滤膜的孔径选择性来实现分离，对于小的分子可以通过膜的小孔径，而大分子由于尺寸过大而不能穿过膜孔。
生物医学分离技术的研究与进展
生物医学分离技术的研究与进展随着科学技术的不断发展，人类对于生物医学分离技术的研究和发展也越来越深入。
生物医学分离技术是一种重要的生命科学技术，其主要作用是根据不同物质的性质和特征，将其分离出来，从而达到提纯、分析、检测等目的。
本文将以生物医学分离技术的研究与进展作为主题，探讨该领域的现状和未来发展趋势。
一、生物医学分离技术的研究和发展历程生物医学分离技术在生物医学领域的研究和应用可以追溯到20世纪初期。
当时，研究人员通过对血液成分的分离和纯化，成功地发现了人类的血型。
此后，随着科学技术的不断进步，生物医学分离技术取得了惊人的发展。
在分离技术方面，传统的分离技术包括离心、层析、电泳和过滤等。
然而，这些技术都具有时间耗费长、操作难度大、样品容易受到污染等缺点。
为了克服这些问题，人们开始研究新的生物医学分离技术。
近年来，震荡技术、微流控技术、固相萃取技术等新的生物医学分离技术相继出现。
这些新技术的出现，使得生物医学领域的分离技术得到了新的突破性进展。
二、生物医学分离技术的研究和应用领域生物医学分离技术的研究和发展，为生命科学领域的研究和应用提供了有力的支撑。
下面，本文将从几个方面分别介绍在生物医学领域中，生物医学分离技术的具体应用。
1. 生物分析领域生物医学分离技术在生物分析领域的应用广泛，可以用于蛋白质、DNA、RNA等的提纯、分离和分析。
例如，在蛋白质分离和分析方面，人们正致力于通过新的技术手段，例如二维凝胶电泳和液相色谱等，进一步提高蛋白质分离和分析的灵敏度和准确性。
2. 细胞处理领域生物医学分离技术在细胞处理领域的应用也非常广泛。
细胞处理技术包括细胞培养、细胞分离、细胞凋亡等，这些技术可以用于细胞治疗领域。
例如，人们可以利用细胞处理技术，将疾病患者的细胞进行处理，获得更为准确和有效的细胞治疗手段。
3. 药物研发领域生物医学分离技术在药物研发领域的应用也非常广泛。
药物的研发需要大量的分离和提纯工作，此时分离技术就显得尤为重要。
生物分离工程课程的教学改革与体会
生物分离工程课程的教学改革与体会摘要主要阐述了生物分离工程课程的内容和特点，通过对教学内容、实验教学方法、考核方式等方面的思考，探讨了如何提高生物分离工程课程的教学质量、学生学习积极性及能力等问题，让学生在掌握生物分离技术基本原理的同时能在实践中加以应用。
关键词生物分离工程;教学改革;体会生物分离工程课程是在生物学、微生物学、生物化学、化学、化学工程学、物理化学、机械和电子等学科的基础上发展而来，其具有明显的工程性和科学性的双重特点。
通过该课程的学习，能使学生针对不同的生化产品的特性，独立运用所学的有关生化技术方面的知识，设计合理的提取或精制的工艺路线和改造现有工艺，并能从理论上解释生产实际中的各种现象，提高学生分析和解决问题的能力，对学生在生化产品的生产、质量控制、检验等综合职业能力的培养上，是必不可缺的[1-2]。
1生物分离工程课程主要内容和特点生物分离工程课程主要包括细胞的分离与破碎、初级分离、膜分离、萃取、吸附分离技术和理论、液相色谱、亲和色谱、电泳、结晶、干燥等，有些内容对学生来说是初次涉及，如分离技术、吸附技术、结晶、干燥;而有些内容被涵盖在其他课程之中，如液相色谱和亲和色谱在仪器分析中有重要讲解，电泳在生物化学中有重要讲述。
生物分离工程课程是一门多学科交叉、发展性和比较前沿的学科，是一门含有现代生物科学和工程的科学技术。
生物分离技术不同于传统的化工分离过程，近年来在国内外大受重视，发展非常迅速，许多适合生物活性物质的新型分离纯化技术也不断产生，被广泛地应用到工业、农业、医药等各个领域[3-5]。
它所涉及的相关课程和知识较多，如物理、化学、微生物、高等数学、计算机等，基础性和实践性都很强。
它所涉及的基础理论、基本知识较多、较散，各知识点间相互联系不是很紧密，内容相对比较抽象，若单纯地讲授理论知识学生很难理解。
2教学改革2.1拓展教学内容，激发学习兴趣一是生物分离工程课程的教学，应与该领域的前沿科技与时俱进，及时、快速、准确地更新地教学内容，将最新的科技新闻传播给学生们，以自由讨论的形式，在课堂上与学生进行广泛的交流与沟通，与学生们产生共鸣，从而提高学生学习生物分离工程的兴趣。
生物分离工程的研究与进展
膜分离技术的应用与研究进展孟思童1090809010【摘要】介绍了气体膜和液膜的分离原理、技术特点，阐述了这两种膜分离技术一些新的研究与应用，对膜分离技术的发展提出了展望。
【Abstract】In this paper, the principle and the characters of liquid and gas membrane separation technology were introduced.The new application and the progress of the research of the two membrane separation technologies were Described. And the expectation on development of membrane separation technology were proposed.【关键词】膜分离技术；液膜；气体膜；应用和研究进展【key words】m embrane separation technology；liquid membrane；gas membrane；application and the progress of the research【正文】一、引言1.膜分离技术定义膜分离技术(membrane separation technique,MST)是一项新兴的高效分离技术,是通过膜对混合物中各组分的选择渗透作用的差异,以外界能量或化学位差为推动力对双组分或多组分混合物的气体或液体进行分离、分级、提纯和富集的方法.。
[1]它包括了微滤、超滤、纳滤和反渗透等。
[2]膜技术日趋成熟,已开始应用于医药领域,如临床用于血透、血液净化、亲和过滤、肾透等。
在生物制药领域,用于抗生素和氨基酸的生产、发酵液和培养液的澄清,生物制品的灭菌与去除热源等,以及用于多肽、蛋白质、酶、细胞、病毒等大分子的富集、浓缩和纯化。
生物分离技术研究进展
生物分离技术研究进展随着科技的不断发展，生物分离技术得到了广泛的应用和研究。
生物分离技术是一种基于生物学原理，将复杂的混合物分离成单一成分的技术。
生物分离技术的研究和应用可以帮助人们更好地认识生命的本质，对于医疗、食品加工、环境保护等领域都有着不可替代的价值。
生物分离技术包含多种方法，如柱层析、高速离心、电泳等。
其中，柱层析技术是生物分离技术的一种重要方法。
柱层析技术利用柱状吸附剂分离混合物中的目标化合物。
在该技术中，样品首先通过样品装置进入柱中，然后通过一系列缓慢的洗脱步骤被分离成纯化的单一物质。
柱层析技术被广泛应用于分离蛋白质、DNA和RNA等生物大分子。
另一种常用的生物分离技术是电泳技术。
电泳技术是一种将带电生物大分子分离的基本方法。
一般而言，电泳技术包括凝胶电泳和毛细管电泳两种类型。
其中凝胶电泳是一种在凝胶矩阵内使用电场分离生物大分子的技术。
使用该技术，人们可以分离蛋白质、DNA、RNA等生物大分子。
毛细管电泳则是一种利用毛细管内壁的微小空间将带电生物大分子分离的技术。
毛细管电泳适用于分离小分子和高效速度的分离。
除柱层析和电泳外，高速离心是生物分离技术的另一个常用方法。
高速离心可以将混合物中的不同细胞或成分分离开来。
在高速离心中，样品以高速旋转的方式被分离成相对纯化的单一成分。
高速离心广泛用于细胞培养、病毒过滤和DNA纯化等领域。
生物分离技术的研究近年来取得了令人瞩目的进展，从基础研究到应用研究都有着不同程度的推动力。
以柱层析技术为例，传统的柱层析技术存在分离效率低、分离过程复杂等问题，这些问题使得该技术无法应用于高通量分析。
近年来，一种新型柱层析技术——流动式柱层析技术（FPLC）的出现解决了这一问题。
该技术使用自动控制和高速运动的柱子，可以大大提高分离效率和分析速度，具有广泛的应用前景。
此外，随着生物大数据时代的到来，生物分离技术也日益受到关注，高通量分离技术被广泛应用于蛋白质质谱数据分析中。
不同种类黄原酸酯的应用研究
不同种类黄原酸酯的应用研究摘要：简述不同种类黄原酸酯的应用，为更加深刻得了解黄原酸酯奠定基础。
关键词：黄原酸酯合成应用研究黄原酸酯是是一类具有通式S=C-SR1（OR2）的化合物。
近几十年来，人们在设计和合成黄原酸酯及其配合物方面付出了相当大的努力，因其良好的生物活性及各方面优越的性能，黄原酸酯及其配合物的应用引起了人们极大的兴趣，并且成为热门研究课题之一。
一、不溶性黄原酸酯的合成与应用刘志昌、刘凡[1]等指出，随着化工产业的发展，化工产业的排放物也逐渐引起了人们的重视。
化工废水在排放之前必须进行废水处理。
而不溶性淀粉黄原酸酯对含有镉废水处理方面有很大的优势，ISX成本低、造作简单、去除率高、降低二次污染，是处理低浓度镉废水的有效途径。
而吕延文、吾国强[2]等在主要研究了碱的用量和交联剂的用量对不溶性淀粉黄原酸酯稳定性的影响。
通过正交实验得出在交联反应中对实验结果影响最大的是环氧氯丙烷，其次是二硫化碳，硫酸镁的用量也对其稳定性产生影响。
同时也要注意反应时间。
张淑媛、李自法[3]以淀粉为原料，系统地研究了不溶性淀粉黄原酸醋的最佳合成条件，探讨了合成元素以及外界因素对产品性能的影响。
实验发现共有五大因素对其的稳定性产生较大的影响，分别是碱（NaOH）用量的影响、CS2用量的影响、黄原酸化温度的影响、黄原酸化时间的影响、以及真空干燥时间的影响。
二、新型黄原酸衍生物的合成与应用刘艳丽、赵鸿斌[4]等利用氯代乙酰苯胺衍生物和乙基黄原酸钠进行实验。
得出了3种难溶于水的添加剂。
这三种添加剂为乙基黄原酸-N-对氯乙酰苯胺、乙基黄原酸-N-对甲氧基乙酰苯胺和乙基黄原酸-N-乙酰苯胺。
其热稳定性能够满足一般工况条件的要求。
随后他们又对新型黃原酸衍生物进行了研究。
采用氯亚甲基苯并咪唑与不同烷基的黄原酸钠盐进行反应实验，合成了新的化合物。
S-苯并咪唑亚甲基O-癸基黄原酸酯、S-苯并咪唑亚甲基O-十四烷基黄原酸酯和S-苯并咪唑亚甲基O-十八烷基黄原酸酯。
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生物分离过程研究的新趋势 高效集成化梅乐和 姚善泾 林东强 朱自强(浙江大学化工学院生物化工系,杭州310027)分析了生物分离过程研究的现状和发展趋势,着重介绍生物分离过程的研究新趋势 高效集成化,并列举了亲和双水相分配技术,亲和膜分离技术以及扩张床吸附技术等集成化技术及其在生物分离过程中的应用。
关键词:生物分离过程 高效集成化 研究趋势生物技术是本世纪末以及下世纪初发展国民经济的关键技术之一,生物技术的发展,为人类提供了丰富多采的生物产品。
多数生物技术产品的生产过程是由菌体选育 菌体培养(发酵) 预处理 浓缩 产物捕集 纯化 精制等单元组成。
习惯上将菌体培养以前部分称为 上游过程 ,与之相应的后续过程就称之为 下游过程 或 生化分离和纯化过程 。
如所周知,生物技术要走向产业化,上下游过程必须兼容、协调,以使全过程能优化进行。
与上游过程相比,下游处理过程是一个多步骤、高能耗、低效率的过程,由于历史的原因,生物技术发展初期,绝大多数的投资是在上游过程的开发,而下游处理过程的研究投入要比上游过程少得多,因而使得下游处理过程的研究明显落后,已成为生物技术整体优化的瓶颈,严重地制约了生物技术工业的发展。
因此,当务之急是要充实和强化下游处理过程的研究,以期有更多的积累和突破,使下游处理过程尽快达到和适应上游过程的技术水平和要求。
1 生物分离技术研究现状难度大、成本高 ,这是包括美国MI T著名教授Daniel I. C.Wang在内的,活跃在生物工程领域里的专家对生物分离技术现状的评价。
生物技术产品一般具有多样性、易变性和复杂性,因此生物物质的分离除了要达到化学物质分离的纯度和经济性指标外,还要满足构象、异质性和稳定性等要求,特别要防止生物产品的失活。
这样对分离技术和分离过程提出了更高的要求,使得原本就落后的下游过程处理技术更增添了几分难度。
目前文献中出现的各种生物分离技术和生物分离过程,除了传统的沉淀法、吸附法、离子交换、萃取法外,还有超滤、反渗透、电渗析、凝胶电泳、离子交换色谱、亲和色谱、疏水色谱、等电聚焦、区带离心分离、凝胶萃取、超临界萃取、逆胶束萃取、双水相分配技术等。
在这些分离方法和技术中,尤以逆胶束萃取、双水相分配技术以及涉及亲和机理的分离技术等引人注目,但是大多数处于实验室研究阶段,真正的实用还有不少问题有待解决。
2 生物分离过程的高效集成化从发展趋势来看,生化分离技术研究的目的是要缩短整个下游过程的流程和提高单项操作的效率,以前的那种零敲碎打的做法,既费时、费力,效果又不明显,跟不上发展的步伐。
现在对整个生物分离过程的研究要有一个质的转变,国内外许多专家和研究者认同了这种转变,并认为可以从两个方面着手,其一,继续研究和完善一些适用于生化工程的新型分离技术;其二,进行各种分离技术的高效集成化。
目前出现的一些新型单元分离技术,如亲和法、双水相分配技术、逆胶束法、液膜法、各类高效层析法等,就是方向一的研究结果,而作为方向二的高效集成化,目前研究比较热门的是将双水相分配技术与亲和法结合而形成的效率更高[2]、选择性更强的双水相亲和分配组合技术;将亲和色谱及膜分离结合的亲和膜分离技术;可以将离心的处理量、超滤的浓缩效能及层析的纯化能力合而为一的扩张床吸附技术等。
过程集成(Process Inte gration)是一般化学加工过程的重要研究方向,生物分离过程的高效集成化目前国际上尚无明确的定义,但根据国内外期刊上的报导,是否可以认为,生物分离过程的高效集成化技术的含义在于利用已有的和新近开发的生化分离技术,将下游过程中的有关单元进行有效组合(集成),或者把两种以上的分离技术合成为一种更有效的分离技术,达到提高产品收率、降低过程能耗和增加生产效益的目标。
按上述定义,生物分离过程的高效集成化技术包括生化分离技术的集成化和生物分离过程的集成化两方面的内容,这种只需一种技术就达到完成后处理过程中几步或全部操作的方法,高度体现了过程集成化的优势。
2.1 双水相亲和分配技术[1~5]亲和法是生物分离中一种重要的方法,其优点是分离步骤少、专一性高,但它的致命弱点是处理液要先经过过滤等一系列前处理,而双水相分配技术处理量大,可以直接处理液固混合物,但它的专一性较差,如将双水相分配技术与亲和法结合起来,即在组成相系统的聚合物PEG(聚乙二醇)或Dextran(葡聚糖)上接一定的亲和配基,就可形成处理量大、效率更高、选择性更强的双水相亲和分配组合技术。
根据配基性质不同,可有三种类型的亲和双水相系统:基团亲和配基型、染料亲和配基型和生物亲和配基型。
近几年来双水相亲和分配组合技术发展极为迅速,仅在PEG上接上亲和配基就达十多种,分离纯化的物质已有几十种,如Kroner利用染料PEG 和Dextran组成的亲和双水相系统分离葡萄糖-6-磷酸化脱氢酶,葡萄糖-6-磷酸化脱氢酶的分配系数可由非亲和双水相系统中的0.18~0.73提高到193。
Ulrich利用磷酸酯PE G-磷酸盐亲和双水相系统萃取 -干扰素, -干扰素的分配系数可由非亲和双水相系统的1左右提高到630。
双水相亲和沉淀技术利用甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物(Eudriget)具有在碱性条件下形成沉淀和在酸性条件下重新溶解的特性,以及该共聚物具有较好的选择性吸附性能,将共聚物吸附与双水相分配技术组合起来。
将甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物溶于发酵液中,调溶液的pH至碱性,使共聚物沉淀下来并同时把目的产物吸附于共聚物中,然后将共聚物沉淀从溶液中分离出来放入由PEG 盐组成的双水相体系中,调溶液的pH至酸性,使共聚物沉淀重新溶解、使吸附的目的产物进入双水相体系中的上相。
这种共聚物吸附与双水相萃取的组合技术可以达到高效率高选择性的分离。
例如纯化蛋白质A时用人免疫球蛋白为配体,先将此配基固定在Eudriget上,而Eudriget在PEG PES(聚羟丙基淀粉),双水相系统中主要分配在上相,这样因配体和蛋白质A的专一络合反应,将蛋白质A也集中在上相,调节pH值,使Eudriget沉淀,再用洗涤剂冲洗而得到目的产物蛋白质A。
80年代以来,用双水相系统进行生物转化已有不少报道,意味着分离和反应的耦合。
最近两年来,又出现了其它过程的耦合,例如使分离、破碎和释放过程复合在一起,而称为分离、纯化过程的高效化和节能化。
已研究的实例有: -半乳糖苷酶是来自大肠杆菌的胞内酶,可在双水相系统中使其游离释放,并同时进行分离;还可在双水相系统中间歇破碎大肠杆菌,乃使 -半乳糖苷酶的释放产生、分离与破碎复合在一起等。
这些新的动向不仅大大扩展了双水相萃取的应用范畴,也为缩短基因产品分离流程,为节约能量和提高产率创造条件。
2.2 亲和膜分离技术[6~8]亲和膜分离技术是将亲和色谱与膜分离技术结合起来的一项新型分离技术。
它把亲和配体结合在分离膜上,利用膜作基质,对其进行改性,在膜的内外表面活化并耦合上配基,再按吸附、清洗、洗脱、再生的步骤对生物产品进行分离,当目标蛋白质通过时,就留在膜上,而杂质则通过膜而离去,再用解离洗脱剂洗下目标蛋白质,然后把解离剂从膜上除去,得以使配基再生,重复进行再分离目标蛋白。
该技术颇有潜力,可以把澄清、浓缩和纯化步骤集于一体,也可与生物反应器相组合,构成反应-分离新流程。
亲和膜分离技术不仅利用了生物分子的识别功能,可以分离低浓度的生物产品,而且由于膜的渗透通量大,能在纯化的同时实现浓缩,并有操作方便、设备简单、便于大规模生产的特点。
目前亲和膜分离技术已用于单抗、多抗、胰蛋白酶抑制剂的分离以及抗原、抗体、重组蛋白、血清白蛋白、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、干扰素等的纯化。
下表列出了亲和膜分离技术应用的一些实例。
亲和膜分离技术作为新的分离技术正在兴起和发展,相信在不久的将来它会成为生物大分子物质的分离和纯化的有力工具。
亲和膜分离技术应用实例表基质膜材料 配 基 分离物质 聚 砜A蛋白人血清中的 -免疫球蛋白 聚 砜亚氨基二乙酸,Cu2+组氨酸聚乙烯L-苯丙氨酸牛 -球蛋白聚 砜胰蛋白酶胰蛋白酶抑制剂尼龙膜Cibacron Blue F3-GA牛血清白蛋白大孔纤维素膜Active red K2BP碱性磷酸酯酶2.3 扩张床吸附技术[9~18]扩张床(e xpanded bed)是吸附剂处于稳定状态的流化床[9~11]。
与串通的填充床层析不同的是在扩张床吸附操作中吸附剂(或层析剂)层在原料液的流动下可产生适当程度的膨胀,其膨胀度取决于吸附剂的密度、流体速度。
当吸附剂的沉降速度流体向上的流速相等时,扩张床达到平衡。
由于吸附剂的扩张,吸附剂之间的空隙率增大,可以使原料液中的细胞、细胞碎片等固体颗粒顺利通过扩张床而被排除,同时原料液中的目标物质则被吸附在吸附剂上,这样就实现了直接从含菌体、细胞碎片或组织萃取物的发酵液中直接分离目标蛋白质的目标。
扩张床的操作可分为平衡、吸附、冲洗、洗脱和复性清洗等五个步骤,如下图所示。
它将料液的澄清、浓缩和初步纯化集成于一个单元操作中,减少了操作步骤,降低了分离过程的复杂程度,提高了分离效率和产品的收率,已引起人们的广泛兴趣。
国外有关扩张床应用的报道从1993年以来层出不穷,而国内关于扩张床的应用报道几乎为空白。
扩张床吸附流程示意图Barnfield Frej[12]用阳离子交换剂,应用扩张床技术从大肠杆菌破碎液里提取复性后的重组人白介素质,一步得率为97%,纯化倍数为4.35倍。
Johansson等[13]用扩张床技术从大肠杆菌周质中提取重组铜绿单胞外毒素A,处理4.5kg细胞仅用2.5h,外毒素A的比活为0.06mg毒素 mg 蛋白,回收率为79%,而传统的填充床层析处理相同量的细胞则需8~10h,是扩张床的3倍,虽然比活要稍高一些(0.1mg毒素 mg蛋白),但回收率要比扩张床的低(仅为73%)。
美国Genetech公司[14]用扩张床技术从C HO细胞培养液中大规模提取单克隆抗体,一次可处理7324L 未澄清的培养液,可全部除去细胞,抗体浓缩了5倍,回收率高达99%。
Chang和Chase[15,16],分别用含阴离子配基DEAE和染料配基Procion Red H-E7B的吸附剂分离葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。
因染料对葡萄糖-6-磷酸脱氢酶有亲和效应,所以它的纯化倍数比DE AE的要高8.6倍。
Noda等[17]用扩张床从毕赤酵母(P.pastroris)培养液中大规模提取重组人血清白,扩张床柱内径为1000m m,内装150L STRE AMLINE SP,一次可以处理2000L酵母培养液,总收率(87.1%)与中试时得到的结果一致。
采用热处理和扩张床吸附两步操作,可以替代传统的五步操作,不仅减少了操作时间,而且产率提高了30%。