膜的亲和过滤课件.ppt

《膜的亲和过滤课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《膜的亲和过滤课件.ppt（42页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、,第七章 膜亲和过滤法,本章的主要内容：亲和膜分离技术亲和错流膜过滤,概述,随着生物工程和生命科学的迅速发展，对生物大分子分离纯化的要求越来越苛刻。为获得高纯度、高质量、低成本的生物产品，突破传统的分离方法，寻找一种既经济又有效的新型分离途径已成为迫切需要。膜亲和过滤法是一项新兴的技术，兼有膜分离和亲和色谱的优点，可有效地进行生物产品的分离和纯化。,在传统的研究中，膜分离和亲和分离是两个平行发展的研究方向，在生物分子的分离和纯化方面各具特色，但也存在着一些不可克服的技术缺陷。膜分离过程设备简单，易于放大，成本低，分离速度快，可连续操作；而亲和分离的选择性和特异性较强。由膜与亲和分离相结合的亲和

2、膜分离技术，可发挥两者的特色，具有处理量大、选择性强、易于放大等显著优点。,膜分离是根据分子大小不同来实现分离的，一般相对分子质量相差10倍以上的物系才具有分离作用，因此它还远远不能满足生化分离的需要。而生物亲和作用也存在载体价格昂贵;色谱柱易堵塞和污染等许多难以克服的缺点。亲和膜分离技术，综合了两种方法的优点，而且相互互补克服缺点，具有传质阻力小、压降低、设备体积小、配基利用率高等优点。但在使用过程中存在着膜的污染和膜孔堵塞等现象，这些现象的出现会使膜的分离效率下降、寿命缩短。,两个分支：,亲和膜分离技术，制备带有亲和配基的分离膜，直接进行产物分离；亲和错流膜过滤，将水溶性或非水溶性高分子亲

3、和载体与产物进行特异反应，然后用膜进行错流过滤。,7.1 亲和膜分离技术,概述,亲和膜分离(Afinity Membrane Separation)是将亲和层析与膜分离技术结合起来以提高过程选择性的一项新型分离技术。亲和膜技术的研究始于20世纪中期，自1991年Klein的亲和膜(Affinity Membrane)专著出版以来，促进了对亲和膜技术的研究，在基膜材料改性、亲和配基偶联、亲和膜组件设计、过程动力学以及亲和膜应用方面都有了较大的发展，但还有许多问题有待进一步深人研究。,7.1.1亲和膜的基本过程和操作方式,（一）亲和膜的分离过程,分离膜的改性：即通过适当的化学反应，在膜表面接上可反

4、应的官能团或者是一定长度的“间隔臂”(3个碳原子的化合物)。,常用的亲和膜载体材料有：脂族烃类(聚乙烯、聚丙烯)，芳香族共聚物(聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜)，脂族聚酰胺(尼龙6、尼龙66)，以及一些特殊的聚合物，如聚乙烯醇、纤维素。,亲和膜制备：选用一个适合的亲和配基(Ligand)，在一定条件下让其与间隔臂分子产生共价结合，生成带有亲和配基的膜分离介质。,（1）特异性配基：这类配基只与其对应的分子发生特异性结合，如抗原、抗体、抑制剂、激素、激素受体等;（2）通用型配基：这类配基能与某一类物质结合，如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)辅酶能与许多需要这种辅酶的酶结合。此外，由于活性染料的分子形状、大

5、小以及电荷分布在某种程度上与辅酶相似，使之成为较常用的通用型配基之一，比较常见的染料配基是三嗪类染料。,接配基的方法有：溴化氰活化法、高碘酸氧化法和表氯醇法。,亲和络合：将样品混合物缓慢地通过膜，使样品中欲分离的物质与亲和配基产生特异性相互作用，产生络合，生成配基和配位物为一体的复合物，其余不和膜上配基产生亲和作用的物质则随流动相通过膜流走。,洗脱：改变条件，加洗脱液的组成、pH值、离子强度、温度等使复合物产生解离并将解离物收集起来进一步处理。亲和膜再生：将解离后的亲和膜进行洗涤、再生、平衡，以备下次分离操作时再用。,微孔膜,亲和膜的制备方法,亲和膜的作用机理,7.1.2亲和分离需解决的几个关

6、键问题：膜表面要有足够多并可利用的化学基团(一般为一OH基)，使其能进行活化，接上合适的间隔臂和配基。要有足够数量可利用的化学基团则必需有足够高的表面积，以便于让生物大分子自由地出入膜，必需有足够大的孔径。,孔分布应窄而均匀，以获得高的通适量和分离效能。为了实现快速分离，常要加压操作，因此要求膜有一定的机械强度，能承受力，长期使用不变形。亲和膜要耐酸、耐碱、耐高浓度的缓冲浪和有机溶剂。,7.1.3 操作方式,连接上的配基用于亲和膜用于分离时，主要的操作方式有：亲和超滤亲和微滤,亲和超滤过程（分离目标物的同时，浓缩其他成分）,微孔亲和过滤过程（仅分离目标物）,7.1.4 亲和膜组件的形式,亲和膜

7、按形状可分为板式、圆盘式、中空纤维式。其中前两种统称为平板亲和膜。平板亲和膜可将膜片一层层叠加起来，组成膜堆或膜柱，其优点是自上而下比较均一，结构简单，成本低，缺点是单位体积内所占的膜面积小，放大时操作压降较大。,中空纤维亲和膜：单位体积内的面积大，放大时可通过增加纤维数来实现，不会增加操作压降，因而便于实现连续、自动、规模化操作中空纤维亲和膜的主要缺点是，由于在膜管轴向与径向上存在流速分布，流速不同会导致亲和吸附的不均匀。,7.1.5 亲和膜分离技术的应用,将水解后的尼龙66微孔膜用二溴丙烷活化，接上己二胺作间隔臂，再用戊二醛法固载上组氨酸，制得的亲和膜可成功地去除氨基酸注射液、牛血清蛋白、

8、溶菌酶等医药制剂中的内毒素，去除率在90以上；采用酰化一胺化和氯甲基化一胺化等途径对聚砜膜进行改性，在芳环上引入末端氨基，制得的亲和超滤膜已被用于胰蛋白酶的固载化和对其抑制剂的亲和分离。,7.1.6 亲和膜分离研究热点,理想基膜的研制，包括基膜材料与基膜结构。对基膜材料的亲水与疏水性，耐碱、耐酸、耐溶剂性，足够的抗压与耐摩性等；基膜的孔结构、孔径分布、表面可反应基团数等。特异性配基筛选和固定化，根据被结合目标分子的特性，开展特种软件进行分子设计，弄清配基与目标分子之间的相互作用机理筛选或制备出特异性配基，并通过合适的方法将其固定在膜上。,研究复杂体系的亲和纯化模型，模型确定亲和纯化的操作条件，

9、使生产达到最优化，从而最大限度地利用膜上配基、增加产率及活性收率。采用微处理器来控制其操作过程，实现亲和膜分离过程吸附、清洗、洗脱、再生的自动化。,7.2 亲和膜过滤,概述,亲和膜过滤(Affinity filtration)，是1981年由Hedda等人首先提出并得到迅速发展的一种新型大规模分离纯处技术。亲和-膜过滤技术既充分利用了载体上的配基对目标组分的专一的可逆的亲和吸附作用和超滤膜分离易于实现大规模生产的优点，又克服了超滤膜分离技术对分子质量相近的大分子无法实现分离的缺点，在生物工程下游产品纯化过程中具有广阔的应用前景。,亲和膜过滤过程及其关键问题,亲和载体：亲和载体的结构包括一个由对

10、生物分子无特异吸附性的物质组成的内核以及内核表面上连接的某些特定基团，这些基团必须对所提取的蛋白质有一定的特异吸附性。分类：水溶性大分子载体水不溶性微载体,水溶性大分子载体,优点:亲和载体与目标蛋白在均相体系中反应速率快,达到吸附或洗脱平衡的时间极短,吸附容量大。,水不溶性微载体,非水溶性载体的种类较多,据报道可用的非水溶性基质有各种菌类的完整细胞(酵母、芽孢杆菌、链球菌等细胞)。纳米硅石微粒、琼脂糖、凝胶、脂质体等也均被作为基质使用过。,亲和载体与目标分子的结合,在亲和-膜过滤过程中,亲和载体与目标分子之间的结合可能存在弱的共价键、离子键、分子键和配位键的作用。,亲和-膜过滤应用,亲和-膜过

11、滤技术应用在分离和纯化蛋白质、酶方面已经有很多成功的例子。朱家文等用DextranT2000，经环氧氯丙烷交联并氧化产生部分羧基，偶联对氨基苯甲脒制得水溶性亲和载体，来纯化的尿激酶。孙彦等研究了脂质体的制备，并利用对氨基苯甲脒修饰的脂质体有效地纯化了胰蛋白酶。,亲和膜过滤纯化伴刀豆蛋白A的实验装置,热杀死酵母细胞作为载体,截断相对分子量 106,随着生物医药工业的发展,生物医药的分离纯化成为一个研究热点,亲和-超滤膜分离技术在手性药物、抗生素等的分离与纯化方面得到了一定程度的应用。例如：以D-丙氨酰-丙胺酸为配基连接到水溶性的聚合物葡聚糖上,将其作为亲和载体来分离糖肽抗生素-万古霉素。,发展前景,相信，随着相关学科的迅速发展，亲和膜技术将能取得突破性的进展，特别是在生化产物的提取与纯化、制剂与血液的脱毒，在疾病预防与环境监测等方面充分发挥其优势，满足人们对该技术的需求与期望。,思考题,简单阐述亲和膜分离技术与亲和错流膜过滤法的区别？,