基本信息
- 项目名称：
- 新型膨胀床吸附介质的制备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 针对商品化膨胀床介质品种有限、密度偏低且价格昂贵的不足,采用“反相悬浮交联法”，选择生物相容性好、无毒、易得的天然功能高分子生物材料壳聚糖作为基质骨架，不锈钢粉为增重剂，制备具有合适密度分布和粒径分布的壳聚糖/不锈钢粉复合微球，作为膨胀床吸附剂的空白基质。
- 详细介绍：
- 采取两种配基分开设计的方法。制备了同时具有金属螯合亲和配基和疏水作用配基的混合模式膨胀床吸附层析介质，考察了介质基质的基本理化性能和扩张性能。结果表明，所制备的膨胀床基质球形度好、密度较高（大于1.2g/ml）、亲水性强，基质粒径具有明显的正态分布，金属螯合配基与疏水作用配基在基质上的分布及密度可控，该新型吸附剂在膨胀床内呈现良好的稳定扩张，满足膨胀床吸附的要求。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 针对生物分离技术步骤繁多、效率低、成本高的现状，制备了一种有望替代进口产品及促进膨胀床吸附技术产业化的壳聚糖基膨胀床吸附介质。通过采用相容性好、廉价的壳聚糖作为空白基质材料，制备具有合适粒径分布高密度的壳聚糖/不锈钢粉复合微球作为吸附剂的空白基质，湿真密度大于1.2g/ml以提高操作流速，并采取两种配基分开设计的方法构建含有金属螯合配基和疏水相互作用配基的混合模式吸附层析介质，以提高吸附效能。
科学性、先进性及独特之处
- 以生物相容性好价格低廉的壳聚糖做基质，国内外尚无报道。采取两种配基分开设计的方法构建含有金属螯合配基和疏水相互作用配基的混合模式膨胀床吸附剂，兼有金属螯合亲和作用和疏水相互作用，可以从中等离子强度的料液中直接捕获目标产物，实现混合模式膨胀床吸附。制备出的壳聚糖基吸附介质能提高料液处理效率，减少操作步骤，符合大规模纯化生物产品的低成本要求，有望代替昂贵的进口吸附剂。
应用价值和现实意义
- 生物工程下游产品成本中的60%以上用在分离纯化中，基因产品甚至达90%以上，壳聚糖基吸附介质能直接从浑浊的发酵液或基因重组细胞培养液中捕获目标生物分子，一定程度上解决了生物类专利难以实现工业生产的问题。一般来说，下游步骤越少，处理时间越短，产品回收率越高。假设每一步的回收率是90%，十步后的总回收率只有35%。若能减少三步，总回收率就可以提高至48%。这意味着着极大的经济效益的提高。
学术论文摘要
- 针对商品化膨胀床介质品种有限、密度偏低且价格昂贵的不足，采用“反相悬浮交联法”，选择生物相容性好、无毒、易得的天然功能高分子生物材料壳聚糖作为基质骨架，不锈钢粉为增重剂，制备具有合适密度分布和粒径分布的复合微球，作为膨胀床吸附剂的空白基质。采取两种配基分开设计的方法。制备了同时具有金属螯合亲和配基和疏水作用配基的混合模式吸附层析介质，考察了微球基质的基本理化性能和扩张性能。结果表明，所制备的膨胀床基质球形度好、密度较高（大于1.2/ml）、亲水性强，基质粒径具有明显的正态分布，金属螯合配基与疏水作用配基在基质上的分布及密度可控，该新型吸附剂在膨胀床内呈现良好的稳定扩张，满足膨胀床吸附的要求。
获奖情况
- 《新型膨胀床吸附介质》荣获2010年辽宁省“挑战杯”创业大赛一等奖
鉴定结果
- 情况实属
参考文献
- 缪志俊,林东强,雷引林,等.纤维素/不锈钢粉复合扩张床基质的制备，浙江大学学报(工学版)，2005，39：457--460； 缪志俊,林东强,雷引林,等.纤维素/不锈钢粉复合扩张床基质的制备，浙江大学学报(工学版)，2005，39：457--460； 姚善泾,高栋,林东强.一种新的生物分离方法——混合模式吸附层析[J].化工学报,2007, 58(9): 2169-2177。
同类课题研究水平概述
- 膨胀床吸附过程的实现还必须有特殊设计的吸附剂。吸附剂性能的好坏直接影响分离效果，开发出性能良好的吸附剂基质，是该项技术得以广泛应用的关键。吸附剂颗粒可以在床层中形成稳定分级的流态化，介质的运动受颗粒密度及密度分布、尺寸及尺寸分布、流体流速和物性等因素的影响。在液固系统中，当最大与最小介质颗粒直径比大于一定值时，分级现象占主导地位。因此，不同于普通的层析介质，膨胀床吸附剂介质具有一定的密度和粒径分布要求。制备吸附剂的方法主要有共混包埋法、反向悬浮法、表面改性法。不同的吸附剂适合于不同的分离物质，开发出适合多种物质分离的吸附剂也是膨胀床分离技术研究的一个重要方向。膨胀床吸附主要包括膜传质和孔内扩散传质，颗粒直径越小，孔扩散传质阻力越小，密度越大则允许通过的料液速度越大，处理能力越强。 Amersham公司(现为GE Healthcare公司)的Streamline系列膨胀床吸附介质是专用于膨胀床的阴离子交换树脂，采用石英砂作增重内核，外层为交联琼脂糖，具有大孔特征，外观球形，粒径在100~300μm之间，密度接近1.2g／cm3。作为成熟的商品化的树脂，它具有吸附性能较好、性质稳定的优点。但是作为进口树脂，其昂贵的价格制约了它在国内的应用，另外Streamline系列树脂基质密度还太小，操作流速只能在100~300cm/h之间，仍然存在着流速操作范围偏窄的不足。此外，Palsson等则以不锈钢作内核，得到了密度更高的琼脂糖膨胀床吸附剂，吸附剂的密度可达到3.3g／cm3和4.4g／cm3，操作流速提高至3000cm／h。由于密度高和传质层薄，吸附剂表现出更好的膨胀床稳定性和更快的吸附动力学特征。早期ThÖrnmes等使用多孔玻璃基质膨胀床纯化单克隆抗体，发现该吸附剂不易在床内形成平推流，返混程度随流速的增大明显加剧。其原因是该吸附剂密度均匀，而粒度又太偏离高斯分布。Voute等研究了以多孔ZrO2共聚改性得到聚丙烯酰胺水凝胶，密度为3.2g／cm3，粒径为35~120μm，对蛋白质的分辨率得到了提高。
