生物制備技術(shù)4課件

1、第二章 制備基本技術(shù)第十四節(jié) 離子交換層析法 定義與特點(diǎn) 離子交換層析是利用離子交換劑上的可交換離子與周圍介質(zhì)中被分離的各種離子間的親和力不同，經(jīng)過交換平衡達(dá)到分離的目的的一種柱層析法。該法可以同時(shí)分析多種離子化合物，具有靈敏度高，重復(fù)性、選擇性好，分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前最常用的層析法之一。第二章 制備基本技術(shù)第十四節(jié) 離子交換層析法 方法原理 離子交換樹脂在水中能溶漲，溶漲后，其分子中極性基團(tuán)是一種可交換基團(tuán)，能與溶液中的離子起交換作用；非極性基團(tuán)作為樹脂分子的骨架，使樹脂不溶于水且具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為離子交換的進(jìn)行及溶液與樹脂的分離創(chuàng)造條件。 第二章 制備基本技術(shù)第十四節(jié) 離子交換層析法 方

2、法原理 在離子交換過程中，溶液中的離子自溶液中擴(kuò)散到交換樹脂表面，然后穿過表面，又?jǐn)U散到交換樹脂顆粒內(nèi)，這些離子與交換樹脂中的離子相互交換，交換出來的離子擴(kuò)散到交換樹脂表面外，然后再擴(kuò)散到溶液中去。 離子交換層析包括吸附、吸收、穿透、擴(kuò)散、離子交換、離子親和等物理化學(xué)過程，是綜合作用的結(jié)果。第二章 制備基本技術(shù)第十四節(jié) 離子交換層析法 方法原理 強(qiáng)酸性離子交換樹脂 弱酸性離子交換樹脂 第二章 制備基本技術(shù)第十四節(jié) 離子交換層析法 方法原理 強(qiáng)堿性離子交換樹脂 弱堿性離子交換樹脂 第二章 制備基本技術(shù)第十四節(jié) 離子交換層析法 吸附性能 強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂對(duì)陽離子選擇順序 強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂對(duì)

3、陰離子選擇順序 以上規(guī)律只在稀溶液中成立，若增加某種離子的濃度，則遵循質(zhì)量作用定律向著產(chǎn)物的方向進(jìn)行。 第二章 制備基本技術(shù)第十四節(jié) 離子交換層析法 離子交換樹脂的類型和結(jié)構(gòu) 離子交換樹脂主要根據(jù)其所含的交換基團(tuán)的不同而分類。 強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂（以苯乙烯和二乙烯苯的共聚物為骨架，再引入磺酸基而成） 強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂（樹脂的母體和苯乙烯型強(qiáng)酸樹脂相同，但在母體上連接季胺）第二章 制備基本技術(shù)第十四節(jié) 離子交換層析法 交換容量 離子交換樹脂的交換容量是表示樹脂交換能力大小的指標(biāo)，通常指單位重量或單位體積所含有可交換一價(jià)離子基團(tuán)的量，用mmol/g（干樹脂）、mmol/ml（濕樹脂）表示。

4、交換容量的大小決定于樹脂的交聯(lián)度和所含的可交換基團(tuán)的數(shù)量。第二章 制備基本技術(shù)第十五節(jié) 親和層析法方法原理 生物大分子具有能和某些相對(duì)應(yīng)的專一分子可逆結(jié)合的特性。當(dāng)把可親和的一對(duì)分子的一方固定在固定相時(shí)，另一方隨流動(dòng)相流經(jīng)固定相，雙方即可專一地結(jié)合成復(fù)合物，然后利用親和吸附劑的可逆性質(zhì)，通過特定的洗脫劑吸脫，可以達(dá)到分離、純化與固定相有特異親和能力的某種物質(zhì)。第二章 制備基本技術(shù)第十五節(jié) 親和層析法 第二章 制備基本技術(shù)第十五節(jié) 親和層析法 親和層析設(shè)計(jì)的過程 1. 配基固定化：選擇合適的配基與不溶性的支撐載體偶聯(lián)，或共價(jià)結(jié)合成具有特異親和性的分離介質(zhì)； 2.吸附樣品：親和層析介質(zhì)選擇性吸附酶

5、或其他生物活性物質(zhì)，雜質(zhì)與層析介質(zhì)間沒有親和作用，故不能被吸附而被洗滌去除。 3. 樣品解析：選擇適宜的條件使被吸附的親和介質(zhì)上的酶或其他生物活性物質(zhì)解析下柱。第二章 制備基本技術(shù)第十五節(jié) 親和層析法 親和層析特點(diǎn) 分離效率高 對(duì)設(shè)備要求不高 操作簡便 適用范圍廣 分離條件溫和 親和吸附劑通用性較差第二章 制備基本技術(shù)第十五節(jié) 親和層析法 載體的選擇 具有良好的機(jī)械性能，以利于控制層析速度，最好是均一的珠狀顆粒。 在較寬的pH、離子強(qiáng)度和變性劑濃度范圍內(nèi)，具有化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性 高度親水，使固相吸附容易與水溶液中的生物高分子接近第二章 制備基本技術(shù)第十五節(jié) 親和層析法 主要載體 纖維素 瓊脂糖凝

6、膠 聚丙烯酰胺凝膠 聚乙烯凝膠 其他載體第二章 制備基本技術(shù)第十五節(jié) 親和層析法 配基的選擇： 配基與配體有足夠大的親和力 配基必須有適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)基團(tuán)可與活化的載體相連，且配基與載體連接之后并不影響配基與分離物之間的親和力 第二章 制備基本技術(shù)第十五節(jié) 親和層析法 配基與載體的結(jié)合 首先活化載體上的功能基團(tuán)，再將配基連接到活化基團(tuán)上，此反應(yīng)需在溫和條件下進(jìn)行。 偶聯(lián)后要反復(fù)洗滌載體，以除去殘存的未偶聯(lián)的配基。第二章 制備基本技術(shù)第十五節(jié) 親和層析法 層析條件選擇 吸附：非專一性吸附（離子效應(yīng)、疏水基團(tuán)、復(fù)合親和力） 洗滌 洗脫：非專一性洗脫、特殊洗脫、專一性洗脫 再生：用親和吸附緩沖液充分平衡后

7、即可重復(fù)使用第二章 制備基本技術(shù)第十六節(jié) 離心分離技術(shù) 離心分離是通過離心機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使離心加速度超過重力加速度的成百上千倍，而使沉降速度增加，以實(shí)現(xiàn)不同密度的物質(zhì)進(jìn)行分離。 第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十七節(jié) 結(jié)晶和重結(jié)晶作用 結(jié)晶是溶質(zhì)呈晶態(tài)從溶液中析出的過程。 從比較不純的結(jié)晶再通過結(jié)晶作用精制得到的較純的結(jié)晶，這一過程叫做重結(jié)晶。 第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十七節(jié) 結(jié)晶和重結(jié)晶作用 結(jié)晶操作條件： 純度：所謂純度是指所需要的組分在樣品總量中所占的比例，各種物質(zhì)在溶液中均需達(dá)到一定的純度才能析出結(jié)晶，一般說來純度愈高愈易結(jié)晶。就蛋白質(zhì)和酶而言，結(jié)晶純度不低于50。第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十七節(jié) 結(jié)

8、晶和重結(jié)晶作用 結(jié)晶操作條件： pH：pH值的變化，可以改變?nèi)苜|(zhì)分子的帶電性質(zhì)，是影響溶質(zhì)分子溶解度的一個(gè)重要因素。在一般情況下，結(jié)晶液所選用的pH值與沉淀大致相同。 有些生物大分子對(duì)pH要求很嚴(yán)格，只能在小pH范圍才能實(shí)現(xiàn)結(jié)晶。第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十七節(jié) 結(jié)晶和重結(jié)晶作用 結(jié)晶操作條件： 溫度：冷卻的速度和冷卻的溫度直接影響結(jié)晶效果，冷卻太快引起溶液突然過飽和，易形成大量結(jié)晶顆粒，甚至形成無定形沉淀。冷卻溫度太低，溶液粘度增加，也會(huì)干擾分子定向排列。 第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十七節(jié) 結(jié)晶和重結(jié)晶作用 結(jié)晶操作條件： 時(shí)間：結(jié)晶的形成和生長需要一定時(shí)間，不同的化合物，結(jié)晶時(shí)間長短不一。在生化產(chǎn)

9、品制備中，時(shí)間不宜太長，通常要求在幾小時(shí)之內(nèi)完成。第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十八節(jié) 濃縮與干燥 濃縮 普通濃縮 減壓濃縮第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十八節(jié) 濃縮與干燥 干燥 影響干燥的因素： 蒸發(fā)面積 干燥速度 溫度 濕度 壓力第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十八節(jié) 濃縮與干燥 常壓吸收干燥 常壓吸收干燥是在密閉空間內(nèi)用干燥劑吸收水或溶劑，此法的關(guān)鍵是選用合適的干燥劑。 真空干燥 真空干燥即減壓干燥。 第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十八節(jié) 濃縮與干燥 噴霧干燥 噴霧干燥是將料液（含水50以上的溶液、懸浮液、漿狀液等）噴成霧滴分散于熱氣流中，使水分迅速蒸發(fā)而成為粉粒干燥制品。 噴霧干燥的效果取決于霧滴大小。霧滴直徑為10m

10、，液體形成的液滴總面積可達(dá)600m2/L，表面積大，蒸發(fā)極快，干燥時(shí)間短。 第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十八節(jié) 濃縮與干燥 噴霧干燥 機(jī)械噴霧 氣流噴霧 離心噴霧第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十八節(jié) 濃縮與干燥 冷凍干燥 將待干燥的制品冷凍成固態(tài)，然后將凍結(jié)的制品經(jīng)真空升華逐漸脫水而留下干物的過程成為冷凍干燥。 冷凍干燥的程序包括凍結(jié)、升華和再干燥。第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十九節(jié) 中試放大 進(jìn)入中試需要具備的條件： 產(chǎn)率要達(dá)到一定的穩(wěn)定程度，質(zhì)量要可靠； 工藝路線及操作步驟要確定，建立和確定了產(chǎn)品、中間體及原料的分析方法 已經(jīng)確定系統(tǒng)鑒定了產(chǎn)品的生物材料的資源 第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十九節(jié) 中試放大 進(jìn)入中試需要具備的條件： 已經(jīng)進(jìn)行過物料平衡預(yù)算，而且建立了“三廢”的處理方法 確定了中試規(guī)模及所需原材料的規(guī)格和數(shù)量 建立了安全生產(chǎn)措施和方法第三章 產(chǎn)品獲取技術(shù)第十九節(jié) 中試放大中試研究的內(nèi)容： 對(duì)生產(chǎn)所需設(shè)備材料的質(zhì)量與型號(hào)的選擇性研究 進(jìn)一步建立原輔材料、中間體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)生產(chǎn)工藝路線與各步操作步驟的最