基本信息
- 項目名稱：
- 新型膨脹床吸附介質(zhì)的制備
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 針對商品化膨脹床介質(zhì)品種有限、密度偏低且價格昂貴的不足,采用“反相懸浮交聯(lián)法”，選擇生物相容性好、無毒、易得的天然功能高分子生物材料殼聚糖作為基質(zhì)骨架，不銹鋼粉為增重劑，制備具有合適密度分布和粒徑分布的殼聚糖/不銹鋼粉復(fù)合微球，作為膨脹床吸附劑的空白基質(zhì)。
- 詳細介紹：
- 采取兩種配基分開設(shè)計的方法。制備了同時具有金屬螯合親和配基和疏水作用配基的混合模式膨脹床吸附層析介質(zhì)，考察了介質(zhì)基質(zhì)的基本理化性能和擴張性能。結(jié)果表明，所制備的膨脹床基質(zhì)球形度好、密度較高（大于1.2g/ml）、親水性強，基質(zhì)粒徑具有明顯的正態(tài)分布，金屬螯合配基與疏水作用配基在基質(zhì)上的分布及密度可控，該新型吸附劑在膨脹床內(nèi)呈現(xiàn)良好的穩(wěn)定擴張，滿足膨脹床吸附的要求。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 針對生物分離技術(shù)步驟繁多、效率低、成本高的現(xiàn)狀，制備了一種有望替代進口產(chǎn)品及促進膨脹床吸附技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的殼聚糖基膨脹床吸附介質(zhì)。通過采用相容性好、廉價的殼聚糖作為空白基質(zhì)材料，制備具有合適粒徑分布高密度的殼聚糖/不銹鋼粉復(fù)合微球作為吸附劑的空白基質(zhì)，濕真密度大于1.2g/ml以提高操作流速，并采取兩種配基分開設(shè)計的方法構(gòu)建含有金屬螯合配基和疏水相互作用配基的混合模式吸附層析介質(zhì)，以提高吸附效能。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 以生物相容性好價格低廉的殼聚糖做基質(zhì)，國內(nèi)外尚無報道。采取兩種配基分開設(shè)計的方法構(gòu)建含有金屬螯合配基和疏水相互作用配基的混合模式膨脹床吸附劑，兼有金屬螯合親和作用和疏水相互作用，可以從中等離子強度的料液中直接捕獲目標產(chǎn)物，實現(xiàn)混合模式膨脹床吸附。制備出的殼聚糖基吸附介質(zhì)能提高料液處理效率，減少操作步驟，符合大規(guī)模純化生物產(chǎn)品的低成本要求，有望代替昂貴的進口吸附劑。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 生物工程下游產(chǎn)品成本中的60%以上用在分離純化中，基因產(chǎn)品甚至達90%以上，殼聚糖基吸附介質(zhì)能直接從渾濁的發(fā)酵液或基因重組細胞培養(yǎng)液中捕獲目標生物分子，一定程度上解決了生物類專利難以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的問題。一般來說，下游步驟越少，處理時間越短，產(chǎn)品回收率越高。假設(shè)每一步的回收率是90%，十步后的總回收率只有35%。若能減少三步，總回收率就可以提高至48%。這意味著著極大的經(jīng)濟效益的提高。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 針對商品化膨脹床介質(zhì)品種有限、密度偏低且價格昂貴的不足，采用“反相懸浮交聯(lián)法”，選擇生物相容性好、無毒、易得的天然功能高分子生物材料殼聚糖作為基質(zhì)骨架，不銹鋼粉為增重劑，制備具有合適密度分布和粒徑分布的復(fù)合微球，作為膨脹床吸附劑的空白基質(zhì)。采取兩種配基分開設(shè)計的方法。制備了同時具有金屬螯合親和配基和疏水作用配基的混合模式吸附層析介質(zhì)，考察了微球基質(zhì)的基本理化性能和擴張性能。結(jié)果表明，所制備的膨脹床基質(zhì)球形度好、密度較高（大于1.2/ml）、親水性強，基質(zhì)粒徑具有明顯的正態(tài)分布，金屬螯合配基與疏水作用配基在基質(zhì)上的分布及密度可控，該新型吸附劑在膨脹床內(nèi)呈現(xiàn)良好的穩(wěn)定擴張，滿足膨脹床吸附的要求。
獲獎情況
- 《新型膨脹床吸附介質(zhì)》榮獲2010年遼寧省“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)業(yè)大賽一等獎
鑒定結(jié)果
- 情況實屬
參考文獻
- 繆志俊,林東強,雷引林,等.纖維素/不銹鋼粉復(fù)合擴張床基質(zhì)的制備，浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2005，39：457--460； 繆志俊,林東強,雷引林,等.纖維素/不銹鋼粉復(fù)合擴張床基質(zhì)的制備，浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2005，39：457--460； 姚善涇,高棟,林東強.一種新的生物分離方法——混合模式吸附層析[J].化工學(xué)報,2007, 58(9): 2169-2177。
同類課題研究水平概述
- 膨脹床吸附過程的實現(xiàn)還必須有特殊設(shè)計的吸附劑。吸附劑性能的好壞直接影響分離效果，開發(fā)出性能良好的吸附劑基質(zhì)，是該項技術(shù)得以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。吸附劑顆?？梢栽诖矊又行纬煞€(wěn)定分級的流態(tài)化，介質(zhì)的運動受顆粒密度及密度分布、尺寸及尺寸分布、流體流速和物性等因素的影響。在液固系統(tǒng)中，當最大與最小介質(zhì)顆粒直徑比大于一定值時，分級現(xiàn)象占主導(dǎo)地位。因此，不同于普通的層析介質(zhì)，膨脹床吸附劑介質(zhì)具有一定的密度和粒徑分布要求。制備吸附劑的方法主要有共混包埋法、反向懸浮法、表面改性法。不同的吸附劑適合于不同的分離物質(zhì)，開發(fā)出適合多種物質(zhì)分離的吸附劑也是膨脹床分離技術(shù)研究的一個重要方向。膨脹床吸附主要包括膜傳質(zhì)和孔內(nèi)擴散傳質(zhì)，顆粒直徑越小，孔擴散傳質(zhì)阻力越小，密度越大則允許通過的料液速度越大，處理能力越強。 Amersham公司(現(xiàn)為GE Healthcare公司)的Streamline系列膨脹床吸附介質(zhì)是專用于膨脹床的陰離子交換樹脂，采用石英砂作增重內(nèi)核，外層為交聯(lián)瓊脂糖，具有大孔特征，外觀球形，粒徑在100~300μm之間，密度接近1.2g／cm3。作為成熟的商品化的樹脂，它具有吸附性能較好、性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點。但是作為進口樹脂，其昂貴的價格制約了它在國內(nèi)的應(yīng)用，另外Streamline系列樹脂基質(zhì)密度還太小，操作流速只能在100~300cm/h之間，仍然存在著流速操作范圍偏窄的不足。此外，Palsson等則以不銹鋼作內(nèi)核，得到了密度更高的瓊脂糖膨脹床吸附劑，吸附劑的密度可達到3.3g／cm3和4.4g／cm3，操作流速提高至3000cm／h。由于密度高和傳質(zhì)層薄，吸附劑表現(xiàn)出更好的膨脹床穩(wěn)定性和更快的吸附動力學(xué)特征。早期Th?rnmes等使用多孔玻璃基質(zhì)膨脹床純化單克隆抗體，發(fā)現(xiàn)該吸附劑不易在床內(nèi)形成平推流，返混程度隨流速的增大明顯加劇。其原因是該吸附劑密度均勻，而粒度又太偏離高斯分布。Voute等研究了以多孔ZrO2共聚改性得到聚丙烯酰胺水凝膠，密度為3.2g／cm3，粒徑為35~120μm，對蛋白質(zhì)的分辨率得到了提高。
