生物工程技术5 PPT课件
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生物分离工程5(细胞破碎技术)
01
02
03
04
生物制药
用于提取和分离药物、蛋白质 、酶等生物制品。
食品工业
用于提取植物和动物细胞中的 营养成分，如植物油、动物蛋
白等。
环境科学
用于处理废水中的有害物质， 如重金属、有机污染物等。
农业领域
用于提取植物细胞中的有用成 分，如植物激素、天然色素等
。
02
细胞破碎技术的基本原理
物理法
01
表面活性剂法
利用表面活性剂改变细胞 壁的通透性，使细胞内容 物释放出来。
有机溶剂法
利用有机溶剂如丙酮、乙 醇等溶解细胞壁，使细胞 内容物释放出来。
生物法
酶解法
利用酶如溶菌酶、蛋白酶等将细胞壁分解，使细胞内容物释 放出来。
细菌分泌的蛋白酶
利用某些细菌分泌的蛋白酶将细胞壁分解，使细胞内容物释 放出来。
细胞破碎技术的历史与发展
最早的细胞破碎技术可以追溯到19世纪末，当时人们开始使用机械研磨法破碎细胞。
随着科技的发展，出现了多种新型的细胞破碎技术，如超声波破碎、高压均质破碎、 化学渗透压破碎等。
近年来，随着生物技术的快速发展，细胞破碎技术也在不断改进和完善，以满足更 高效、环保和低成本的需求。
细胞破碎技术的应用领域
细胞破碎过程需要消耗大量的能量，这可能导致生产成本的增
加。
可能引起样品污染
02
在破碎过程中，如果设备或条件控制不当，可能会引起样品的
交叉污染或样品中原有成分的降解。
对细胞的损伤
03
高强度的破碎条件可能会对细胞内部结构造成损伤，影响后续
的分离和提取过程。
04
细胞破碎技术的应用案例
在制药行业中的应用
生物工程下游技术 PPT课件
• Biochemical Engineering Journal
/science/journal/1369703X
• Separation and Purification Technology
/science/journal/13835866
• Journal of Membrane Science
/science/journal/03767388
References-SCI journals
• Enzyme and Microbial Technology
/science/journal/01410229
• Journal of Chemical Technology and Biotechnology
/jpages/0268-2575
References-SCI journals
• Separation and Purification Reviews
• P. A. Belter, E. L. Cussler, W. Hu. Bioseparations: Downstream Processing for Biotechnology. New York: John Wiley & Sons, 1988
• D. Forciniti. Industrial Bioseparations: Principles and Practice. Iowa: WileyBlackwell, 2008
考核方式
• 根据课程基本要求，结合平时成绩、课程论文及 笔试（期末考试）三方面进行综合评定。
• 平时成绩20％ • 课程论文20％ • 期末考试60％
主要内容
1. 绪论 2. 下游技术理论基础 3. 发酵液预处理与细胞破碎 4. 沉淀 5. 萃取分离 6. 膜分离 7. 吸附与离子交换 8. 色谱分离 9. 亲和色谱
/science/journal/1369703X
• Separation and Purification Technology
/science/journal/13835866
• Journal of Membrane Science
/science/journal/03767388
References-SCI journals
• Enzyme and Microbial Technology
/science/journal/01410229
• Journal of Chemical Technology and Biotechnology
/jpages/0268-2575
References-SCI journals
• Separation and Purification Reviews
• P. A. Belter, E. L. Cussler, W. Hu. Bioseparations: Downstream Processing for Biotechnology. New York: John Wiley & Sons, 1988
• D. Forciniti. Industrial Bioseparations: Principles and Practice. Iowa: WileyBlackwell, 2008
考核方式
• 根据课程基本要求，结合平时成绩、课程论文及 笔试（期末考试）三方面进行综合评定。
• 平时成绩20％ • 课程论文20％ • 期末考试60％
主要内容
1. 绪论 2. 下游技术理论基础 3. 发酵液预处理与细胞破碎 4. 沉淀 5. 萃取分离 6. 膜分离 7. 吸附与离子交换 8. 色谱分离 9. 亲和色谱
(完整版)生物技术概论ppt
• 利用细胞工程技术生产单克隆抗体则为利用生 物技术进行疾病防治的另一途径。例如：用于 治疗肿瘤的“生物导弹”，就是将用于治疗肿 瘤的药物与抗肿瘤细胞连接在一起，利用抗原 抗体结合的高度专一性，使得抗肿瘤药物集中 于肿瘤部位，以达到高效杀伤肿瘤细胞并减少 对正常细胞的毒性反应。
• 胃肠道：各类抗菌药物尤其口服给药者均可由药物本身 刺激作用引起恶心、呕吐、腹痛、腹泻等反应。
• 神经精神系统：青霉素类可对大脑皮层产生直接刺激， 出现肌阵挛、惊厥、癫痫、昏迷等；链霉素、卡那霉素 等均可损害第八对脑神经，导致听力或前庭功能损害； 氯霉素、普鲁卡因霉素等有时可引起幻觉、幻听、定向 力丧失等精神症状。
现代生物技术概论
第1章 现代生物技术总论
• 第一节 生物技术的含义
• 一 生物技术的定义
• 生物技术(biotechnology ),有时也称生物工 程(bioengineering),是指人们以现代生命科 学为基础,结合其他基础学科的科学原理,采 用先进的工程技术手段,按照预先的设计改造 生物体或加工生原料,为人类生产出所需产品 或达到某种目的.
• 2. 细胞工程 • 细胞工程(cell engineering)是指以细胞为基本单
位,在体外条件下进行培养,繁殖;或人为地使细胞 某些生物学特性按人们的意愿发生改变,从而达 到改良生物品种和创造新品种;或加速繁育动、 植物个体;或获得某种有用的物质的过程.
• 3 酶工程 • 酶工程(enzyme engineering)是利用酶,细胞器或
细胞所具有的特异催化功能,对酶进行修饰改造, 并借助生物反应器和工过程来生产人类所需产品 的一项技术.
• 4 发酵工程
• 利用微生物生长速度快,生长条件简单以及代谢 过程特殊等特点,在合适条件下,通过现代工程技 术手段,由微生物的某种特定功能生产出人类所 需的产品称为发酵工程.
生物技术与工程课件ppt
总结词
细胞工程的主要技术包括细胞培养、细胞繁殖、基因编辑和细胞融合等。
详细描述
细胞培养是细胞工程的基础技术，通过提供适宜的体外环境，使细胞在体外进行生长和繁殖。基因编辑技术如 CRISPR-Cas9等，可以对细胞基因进行精确的编辑和改造，实现定向的遗传改良。细胞融合技术则是将不同种类 的细胞融合在一起，形成杂种细胞，以实现新的细胞特性的获得。
培养基的配制与灭菌
根据微生物的生长需求，配制适合的 培养基，并进行灭菌处理。
发酵条件的控制
通过调节温度、pH、溶氧等发酵条 件，优化微生物的生长和代谢。
产物分离与提取
利用物理、化学或生物分离技术，提 取和纯化发酵产物。
发酵工程的应用实例
酒精发酵
利用酵母菌进行酒精发酵，生 产乙醇。
抗生素生产
通过微生物发酵，生产抗生素 药物。
通过蛋白质工程研究细胞信号转导过程中的蛋白质相互作用和调控机制。
生物材料与组织工程
利用蛋白质工程设计和制备生物材料和组织工程支架，用于再生医学和组织修复。
感谢您的观看
THANKS
细胞工程的应用实例
总结词
细胞工程在医学、农业、工业等领域有着广泛的应用 ，例如药物研发、组织工程、疫苗生产等。
详细描述
在医学领域，细胞工程可以用于药物研发和生产，通过 大规模培养和繁殖特定细胞，可以生产出大量的药物或 疫苗。在农业领域，细胞工程可以用于转基因作物的研 发和生产，以提高作物的抗病性和产量。在工业领域， 细胞工程可以用于生物燃料的研发和生产，利用微生物 细胞生产燃料酒精和生物柴油等可再生能源。此外，细 胞工程还可以用于组织工程领域，通过培养和繁殖人体 细胞，可以用于修复和替换损伤的人体组织器官。
从生物材料中分离和纯化酶，是酶工程的 重要技术之一。常用的方法包括离心、过 滤、沉淀、萃取等。
细胞工程的主要技术包括细胞培养、细胞繁殖、基因编辑和细胞融合等。
详细描述
细胞培养是细胞工程的基础技术，通过提供适宜的体外环境，使细胞在体外进行生长和繁殖。基因编辑技术如 CRISPR-Cas9等，可以对细胞基因进行精确的编辑和改造，实现定向的遗传改良。细胞融合技术则是将不同种类 的细胞融合在一起，形成杂种细胞，以实现新的细胞特性的获得。
培养基的配制与灭菌
根据微生物的生长需求，配制适合的 培养基，并进行灭菌处理。
发酵条件的控制
通过调节温度、pH、溶氧等发酵条 件，优化微生物的生长和代谢。
产物分离与提取
利用物理、化学或生物分离技术，提 取和纯化发酵产物。
发酵工程的应用实例
酒精发酵
利用酵母菌进行酒精发酵，生 产乙醇。
抗生素生产
通过微生物发酵，生产抗生素 药物。
通过蛋白质工程研究细胞信号转导过程中的蛋白质相互作用和调控机制。
生物材料与组织工程
利用蛋白质工程设计和制备生物材料和组织工程支架，用于再生医学和组织修复。
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细胞工程的应用实例
总结词
细胞工程在医学、农业、工业等领域有着广泛的应用 ，例如药物研发、组织工程、疫苗生产等。
详细描述
在医学领域，细胞工程可以用于药物研发和生产，通过 大规模培养和繁殖特定细胞，可以生产出大量的药物或 疫苗。在农业领域，细胞工程可以用于转基因作物的研 发和生产，以提高作物的抗病性和产量。在工业领域， 细胞工程可以用于生物燃料的研发和生产，利用微生物 细胞生产燃料酒精和生物柴油等可再生能源。此外，细 胞工程还可以用于组织工程领域，通过培养和繁殖人体 细胞，可以用于修复和替换损伤的人体组织器官。
从生物材料中分离和纯化酶，是酶工程的 重要技术之一。常用的方法包括离心、过 滤、沉淀、萃取等。
《生物技术及应用》课件
利用酶工程改良作物品 质、提高抗逆性等。
CHAPTER
05
发酵工程
发酵工程的定义与原理
定义
发酵工程是指利用微生物的代谢 活动，通过现代工程技术手段， 生产出人类所需产品的过程。
原理
发酵工程基于微生物的代谢机制 ，通过控制发酵条件，实现微生 物代谢产物的定向生产。
发酵工程的基本技术
01
02
03
04
酶反应器设计
根据酶促反应的特点和要求， 设计合理的酶反应器，实现高
效、连续的生产。
酶工程的应用实例
生物医药领域
利用酶工程生产药物， 如抗生素、疫苗、蛋白
质药物等。
环保领域
利用酶工程处理工业废 水、废气，降低环境污
染。
食品工业
利用酶工程改善食品品 质、风味和安全性，如 面包、奶酪、果汁等的
生产。
农业领域
03
细胞工程
细胞工程的定义与原理
总结词
细胞工程是通过操纵细胞遗传物质来改变细胞结构和功能的技术。
详细描述
细胞工程是生物工程的一个重要分支，它利用细胞作为基本单位，通过操纵细胞的遗传物质来改变细 胞的结构和功能。细胞工程的基本原理是建立在细胞生物学和分子生物学的基础上，利用细胞的分裂 、分化、融合等过程来达到预期的改变。
基因工程的基本技术
01
02
03
基因克隆技术
通过限制性内切酶和DNA 连接酶等工具，将外源 DNA片段插入到载体 DNA中，形成重组DNA 分子，再将其导入宿主细 胞中。
基因转移技术
将重组DNA分子导入受体 细胞的方法，包括质粒转 化、显微注射、病毒载体 等方法。
基因表达技术
通过调控基因的表达，实 现对生物性状的定向改造 。包括启动子调控、RNA 干扰等技术。
CHAPTER
05
发酵工程
发酵工程的定义与原理
定义
发酵工程是指利用微生物的代谢 活动，通过现代工程技术手段， 生产出人类所需产品的过程。
原理
发酵工程基于微生物的代谢机制 ，通过控制发酵条件，实现微生 物代谢产物的定向生产。
发酵工程的基本技术
01
02
03
04
酶反应器设计
根据酶促反应的特点和要求， 设计合理的酶反应器，实现高
效、连续的生产。
酶工程的应用实例
生物医药领域
利用酶工程生产药物， 如抗生素、疫苗、蛋白
质药物等。
环保领域
利用酶工程处理工业废 水、废气，降低环境污
染。
食品工业
利用酶工程改善食品品 质、风味和安全性，如 面包、奶酪、果汁等的
生产。
农业领域
03
细胞工程
细胞工程的定义与原理
总结词
细胞工程是通过操纵细胞遗传物质来改变细胞结构和功能的技术。
详细描述
细胞工程是生物工程的一个重要分支，它利用细胞作为基本单位，通过操纵细胞的遗传物质来改变细 胞的结构和功能。细胞工程的基本原理是建立在细胞生物学和分子生物学的基础上，利用细胞的分裂 、分化、融合等过程来达到预期的改变。
基因工程的基本技术
01
02
03
基因克隆技术
通过限制性内切酶和DNA 连接酶等工具，将外源 DNA片段插入到载体 DNA中，形成重组DNA 分子，再将其导入宿主细 胞中。
基因转移技术
将重组DNA分子导入受体 细胞的方法，包括质粒转 化、显微注射、病毒载体 等方法。
基因表达技术
通过调控基因的表达，实 现对生物性状的定向改造 。包括启动子调控、RNA 干扰等技术。
生物工程下游技术5.3双水相萃取NEW-2006
双水相系统的应用
生物行业 食品工业
表5 双水相萃取在生物分离中的应用
酶的提取和纯化
表6 从破碎的细胞中萃取分离酶
菌体
酶
双水相组 成 PEG-粗 粗 Dex PEG/盐 盐 PEG1550 /磷酸钾盐 磷酸钾盐
细胞浓度 /% 20 30 25
分配系 数 .95 8.2 5.7
Candida Boidinii Saccharomg ces Cerevisine Escherichia Coli
生长激素的纯化： 生长激素的纯化 ： 用 PEG/ 盐体系可提 纯人的生长激素,回收率 回收率Y= 60% 纯人的生长激素 回收率 干扰素的分离： 用PEG- 磷酸酯 盐体 磷酸酯/ 干扰素的分离： 系分离β- 干扰素, 系分离 干扰素 Y= 97 %; 从重组大 肠杆菌匀浆中提取α- 干扰素, 肠杆菌匀浆中提取 干扰素 Y= 99.15 % ,纯度提高 纯度提高25 倍 纯度提高
表2 葡聚糖分子对不同相对分子量蛋白质分配系数的影响 蛋白质 相对分子 量 葡聚糖 40 12384 69000 140000 250000 800000 0.18 0.18 0.06 0.11 <0.01 葡聚糖组成 葡聚糖 70 0.14 0.23 0.05 0.23 0.01 葡聚糖 葡聚糖 220 500 0.15 0.31 0.09 0.40 0.01 0.17 0.34 0.16 0.79 0.02 葡聚糖 2000 0.21 0.41 0.10 1.15 0.03
70年代中期西德的 年代中期西德的Kula M R和 Kroner 年代中期西德的 和 K H等人首先将双水相系统应用于从细胞 等人首先将双水相系统应用于从细胞 匀浆液中提取酶和蛋白质， 大大改善了 匀浆液中提取酶和蛋白质 ， 胞内酶的提取效果。 胞内酶的提取效果。 1989年Diamond等推导出生物分子在双 年 等推导出生物分子在双 水相体系中的分配模型，但尚有局限。 水相体系中的分配模型，但尚有局限。 由于成本方面的原因， 由于成本方面的原因 ， 双水相萃取技术 上的优势被削弱， 上的优势被削弱 ， 真正工业化的例子很 少。
生物分离工程-第五章-萃取技术PPT课件
mCl
[R Cl - ] [Cl - ]
则
mAKeC mlCl1[H K 2][K H 1 K ]2 21
43
-化学萃取平衡之分配平衡（2）
二（2－乙基己基）磷酸萃取氨基酸为例，其所对应的离 子交换反应
A2(H2RA ) R(3H H R )
KeH[A[AR]([(HH3R]R[2)H])]
氨基酸的表观分配系数为
6
生物产品萃取根据分子量大小划分
小分子类 化合物相对分子量约小于1000，如氨基酸、 抗生素、维生素、有机酸等，采用有机溶 剂萃取
大分子类 相对分子量大于1000，如酶，抗体，蛋白 质等，有机溶剂不适用，可选用反胶团萃 取、双水相萃取等
7
工业上生产青霉素
大多采用醋酸丁酯为萃取剂，pH=1.8～2.2， 相比VO/VW=1/2～1/2.5，温度5℃，反萃取过 程采用碳酸氢钾或碳酸钾水溶液为反萃取剂。
A
A+
A+
AA+
A AClA
有机相
R+Cl-
RR++CA-l-
R+Cl-
R+Cl-
R+Cl-
42
化学萃取平衡之分配平衡
季胺盐萃取氨基酸为例，其所对应的离子交换反应
R C lA R A -C l
[RA-][Cl- ] KeCl [RCl- ][A- ]
氨基酸和氯离子对应的表观分配系数分别为
[R A- ] mA cA
51
2、双水相形成
当两种高分子聚合物之间存在相互排斥作 用时，即一种分子周围将聚集同种分子而 排斥异种分子，则在达到平衡时，就形成 分别富含不同聚合物的两相 。
《生物工程》课件
酶的稳定性
酶在一定的条件下可以保持 稳定，但在某些条件下可能 会失活。
酶工程的基本技术
01
酶的分离与纯化
通过物理、化学或生物的方法将 酶从原料中分离出来，并进行纯
化，得到高纯度的酶。
03
酶的修饰
通过化学或基因工程技术对酶进 行修饰，以提高其稳定性、改变 其催化特性或降低生产成本。
02
酶的固定化
将游离酶或细胞固定在一定载体 上，使其保持活性并可重复使用
总结词
细胞工程的应用包括制备单克隆抗体、干细胞治疗、 转基因动物和植物的培育等。
详细描述
制备单克隆抗体是细胞工程的重要应用之一，通过杂 交瘤技术将免疫细胞与肿瘤细胞融合，制备出能够产 生单一抗体的杂交瘤细胞。干细胞治疗是利用干细胞 的分化能力，将干细胞移植到病变组织中，以修复和 替代受损的细胞和组织。转基因动物和植物的培育是 通过基因转移技术，将外源基因导入动物或植物的受 精卵中，培育出具有新性状的转基因动物或植物。
资源环境问题
生物工程在生产过程中可能产生环境 污染和资源浪费问题。
如何应对生物工程的挑战
加强伦理道德规范
制定严格的伦理道德规范，确保生物工程技 术的合理应用。
加强技术监管
建立完善的技术监管体系，防止技术误用或 滥用。
完善知识产权制度
制定合理的知识产权制度，保护创新成果， 促进技术转移转化。
推动可持续发展
04
CATALOGUE
酶工程
酶工程的定义与原理
酶工程的定义
酶工程是利用酶的催化性质 ，通过生物技术手段将原料 转化为有用物质的一门技术 。
酶工程的基本原理
酶是一种具有高效催化能力 的蛋白质，能够在温和的条 件下催化化学反应，具有高 度的专一性和选择性。