《生物分離與純化技術(shù)》授課教案

1、?生物別離與純化技術(shù)?授課教案第一章緒論教學(xué)目的：熟悉生物物質(zhì)的概念、種類和來源；了解別離純化技術(shù)及其根本原理；熟悉別離純化工藝的優(yōu)化、放大和驗(yàn)證工作；掌握別離純化的特點(diǎn)與一般步驟；了解生物別離純化技術(shù)的開展歷史；熟悉生物別離純化技術(shù)的開展趨勢(shì).教學(xué)重點(diǎn)：生物物質(zhì)的概念、種類和來源；別離純化工藝的優(yōu)化、放大和驗(yàn)證工作；別離純化的特點(diǎn)與一般步驟；生物別離純化技術(shù)的開展趨勢(shì).教學(xué)難點(diǎn)：別離純化技術(shù)及其根本原理；別離純化工藝的優(yōu)化、放大和驗(yàn)證工作.教學(xué)課時(shí)：4學(xué)時(shí)教學(xué)方法：多媒體教學(xué)教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)生物別離與純化的概念與原理一、生物物質(zhì)的概念、種類和來源1 .生物物質(zhì)：氨基酸及其衍生物類、活性多肽類

2、、蛋白質(zhì)、酶類、核酸及其降解物、糖、脂類、動(dòng)物器官或組織制劑、小動(dòng)物制劑、菌體制劑.2 .生物物質(zhì)來源：動(dòng)物器官與組織、植物器官與組織、微生物及其代謝產(chǎn)物、細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)物、血液、分泌物及其代謝物二、生物別離純化概念指從發(fā)酵液、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)液、酶反響液或動(dòng)植物組織細(xì)胞與體液等中分離、純化生物產(chǎn)品的過程.三、生物別離純化技術(shù)生物技術(shù)上游：基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程及組織工程；下游：生物產(chǎn)品的回收一一生物別離與純化技術(shù),主要包括離心技術(shù)、細(xì)胞破碎技術(shù)、萃取技術(shù)、固相析出技術(shù)、色譜技術(shù)和膜別離技術(shù)等.四、別離純化根本原理有效識(shí)別混合物中不同組分間物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的差異,利用能夠識(shí)別這些

3、差異的別離介質(zhì)或擴(kuò)大這些差異的別離設(shè)備來實(shí)現(xiàn)組分間的別離或目標(biāo)產(chǎn)物的純化.原理別離純化技術(shù)產(chǎn)物舉例電泳蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸帶電性離子交換色譜氨基酸、后機(jī)酸、抗生素、蛋白質(zhì)、核酸等電點(diǎn)沉淀蛋白質(zhì)、氨基酸電滲析氨基酸、有機(jī)酸、鹽、水化學(xué)性離子交換色譜氨基酸、后機(jī)酸、抗生素、蛋白質(zhì)、核酸親和色譜蛋白質(zhì)、核酸生物功親和色譜蛋白質(zhì)、核酸能特性疏水色譜蛋白質(zhì)、核酸原理別離純化技術(shù)產(chǎn)物舉例離心菌體、細(xì)胞碎片、蛋白質(zhì)分子大小、超濾蛋白質(zhì)、多醵、抗生素形狀微濾菌體、細(xì)胞透析尿素、鹽、蛋白質(zhì)電滲析氨基酸、有機(jī)酸、鹽、水凝膠色譜鹽、分子大小/、同的蛋白質(zhì)萃取氨基酸、后機(jī)酸、抗生素、蛋白質(zhì)、香料鹽析蛋白質(zhì)、核酸溶解度

4、、揮結(jié)晶氨基酸、后機(jī)酸、抗生素、蛋白質(zhì)發(fā)性蒸儲(chǔ)乙醇、香精等電點(diǎn)沉淀蛋白質(zhì)、氨基酸有機(jī)溶劑沉淀蛋白質(zhì)、核酸第二節(jié)別離純化策略一、生物別離純化技術(shù)的特點(diǎn).環(huán)境復(fù)雜、別離純化困難2 .含量低、工藝復(fù)雜3 .穩(wěn)定性差、操縱要求嚴(yán)格4 .目標(biāo)產(chǎn)物最終的質(zhì)量要求很高5 .終極產(chǎn)品純度的均一性與化學(xué)別離上純度的概念并不完全相同二、別離純化方法選擇的原那么1 .技術(shù)路線、工藝流程盡量簡(jiǎn)單化；2 .盡可能采用低本錢的材料與設(shè)備；3 .將完整工藝流程劃分為不同的工序；4 .注意時(shí)效性；5 .采用成熟技術(shù)和可靠設(shè)備；6 .準(zhǔn)備好書面標(biāo)準(zhǔn)操作程序等技術(shù)文件；7 .檢測(cè)純化過程中產(chǎn)物產(chǎn)量和活性三、別離純化的原材料選擇與

5、成品保存1 .原材料的選擇(1)來源與目標(biāo)產(chǎn)物含量相關(guān)的因素適宜的生物品種適宜的組織器官生物材料的種屬特異性適宜的生長(zhǎng)發(fā)育階段適宜的生理狀態(tài)2 .天然生物材料的采后處理天然生物材料需要處理的原因細(xì)胞自溶導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物失活或降解；易受微生物污染導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物失活或降解.易受光照、氧氣等的作用導(dǎo)致其分子結(jié)構(gòu)改變.一般植物材料需進(jìn)行適當(dāng)?shù)目菰锖笤俦４?動(dòng)物材料需經(jīng)清洗后速凍、有機(jī)溶劑脫水或制成丙酮粉在低溫下保存.3 .成品的保存(1)影響生物產(chǎn)品保存的主要因素空氣溫度水分光線pH保存期(2)蛋白質(zhì)和酶制品的保存方法低溫下保存制成干粉或結(jié)晶保存保存時(shí)添加保護(hù)劑四、別離純化的準(zhǔn)備工作1 .軟件材料的準(zhǔn)備2

6、.硬件材料的準(zhǔn)備五、別離純化的根本步驟發(fā)理液“成處理一物腿分惠一加耨金一評(píng)加化調(diào)pH值離心分賽研磨紫戰(zhàn)過幫恤-1胞外產(chǎn)物11n贏破司一一|細(xì)胞碎片別離|一|初樂純化離心別離萃取過浪淀的取清庭強(qiáng)萃超層析無菌過濾離子交換超胞吸附冷凍枯燥電泳噴霧干球結(jié)晶六、別離純化技術(shù)的綜合運(yùn)用與工藝放大一種合格產(chǎn)品要運(yùn)用多種別離設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行純化,原由于：在每個(gè)工序中根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備條件和目標(biāo)產(chǎn)物的性質(zhì)、規(guī)格、用途不同可采用多種別離純化手段；每種別離純化操作本身各項(xiàng)影響加工效果的因素都直接影響別離純化的效果和本錢；各工序間具有復(fù)雜的相互影響作用.1 .建立在制品、半制品成品上的檢測(cè)方法是工藝優(yōu)化的前提2 .明確優(yōu)化工

7、藝的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),處理好收率、純度、經(jīng)濟(jì)性之間的平衡應(yīng)將處理體積大、加工本錢低的工序盡量前置,而價(jià)格昂貴、精制工序易放在工藝流程的后段.隨產(chǎn)物純度的提升,對(duì)工藝流程下游加工所用的設(shè)備、試劑的要求亦提圖0七、別離純化的中試放大1 .中試放大具備的條件確定并系統(tǒng)鑒定了生物材料的資源目標(biāo)產(chǎn)物的收率穩(wěn)定即重復(fù)性好,質(zhì)量可靠工藝路線和操作條件已經(jīng)確定,并且已經(jīng)建立了原料、半制品、產(chǎn)品的的分析檢測(cè)方法已經(jīng)進(jìn)行過物料平衡預(yù)算,并且建立了主廢的處理和監(jiān)測(cè)方法確立了中試規(guī)模及所需原材料的規(guī)格和數(shù)量建立了教完善的平安生產(chǎn)預(yù)警舉措和方法2 .中試放大中力求解決及注意的問題(1)進(jìn)一步確定生產(chǎn)中所需原輔料的規(guī)格和來源(2

8、)進(jìn)一步確定生產(chǎn)設(shè)備的選型與設(shè)備材料的質(zhì)量(3)進(jìn)一步確定別離純化操作的條件限度(4)研究和建立原輔材料、中間體及產(chǎn)品質(zhì)量的分析方法和手段3 .中試放大的方法經(jīng)驗(yàn)放大法、相似放大法、數(shù)學(xué)模型放大法、步步為營(yíng)法、一竿子插到底法4 .中試放大的關(guān)鍵環(huán)節(jié)工藝路線及各工序操作步驟設(shè)備材質(zhì)與型號(hào)的選擇原輔材料、中間體的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)操作條件物料衡算平安生產(chǎn)與土廢防治原輔材料、中間體及產(chǎn)品的理化和生物學(xué)測(cè)定消耗定額、原料本錢、操作工時(shí)與生產(chǎn)周期等的計(jì)算八、生物藥品生產(chǎn)工藝的驗(yàn)證1 .驗(yàn)證的概念證實(shí)任何程序、生產(chǎn)過程、設(shè)備、物料、活動(dòng)或系統(tǒng)確實(shí)能到達(dá)預(yù)期結(jié)果的有文件明的一系列活動(dòng).2 .藥品生產(chǎn)驗(yàn)證的主要內(nèi)容設(shè)備

9、與廠房和公用設(shè)施驗(yàn)證、工藝驗(yàn)證、清潔驗(yàn)證、分析方法驗(yàn)證、計(jì)算機(jī)驗(yàn)證3 .生產(chǎn)工藝驗(yàn)證關(guān)鍵工藝步驟的驗(yàn)證關(guān)鍵工藝參數(shù)的驗(yàn)證工藝一致性驗(yàn)證第三節(jié)生物別離純化技術(shù)的開展一、生物別離純化技術(shù)的開展歷史1 .古代釀造業(yè)包括釀酒、制醬油卜醋、酸奶和干酪等,都是家庭作坊式的,產(chǎn)物根本不經(jīng)過后處理而直接使用.2 .原始別離純化時(shí)期第一代生物技術(shù)產(chǎn)品主要指19世紀(jì)60年代到20世紀(jì)40年代青霉素等抗生素出現(xiàn)之前的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè).3 .傳統(tǒng)別離純化方法推廣使用時(shí)期傳統(tǒng)第二代生物技術(shù)產(chǎn)品以青霉素產(chǎn)品的出現(xiàn)為代表.這一時(shí)期的特點(diǎn)是產(chǎn)品類型多,分子結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,對(duì)別離純化提出了更高要求.這期間引進(jìn)吸收了大量的近代化學(xué)工業(yè)的別離技術(shù),據(jù)報(bào)道有80%的化工單元操作技術(shù)被引進(jìn)生物工業(yè).4 .快速開展時(shí)期第三代生物技術(shù)產(chǎn)品一般認(rèn)為以20世紀(jì)70年代末崛起的DNA重組技術(shù)及細(xì)胞融合技術(shù)為代表.如乙肝疫苗、干擾素等一批