蛋白質(zhì)超濾分離的機理及其應(yīng)用研究.pdf

1、超濾是一種新型生物分離技術(shù),具有操作簡單、易于放大等優(yōu)點,在生物大分子的規(guī)?；苽浞矫婢哂袕V闊的潛在應(yīng)用。因此,開展有關(guān)超濾分離機理的研究對指導(dǎo)超濾分離策略設(shè)計和實際應(yīng)用具有重要意義。本文將蛋白質(zhì)接近、通過膜的過程分為三個階段(Ⅰ,彈性碰撞階段;Ⅱ,濃差極化階段;Ⅲ,孔內(nèi)形變階段),并為每個階段分別構(gòu)建了物理模型和相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。根據(jù)物理模型的分析結(jié)果,在階段Ⅱ中,蛋白質(zhì)接近膜表面時的阻力來自邊界層濃差極化效應(yīng);在階段Ⅲ中,通過膜孔的

2、阻力來自蛋白質(zhì)形變產(chǎn)生的彈性力和蛋白質(zhì)及膜孔表面雙電層形變帶來的靜電相互作用力。當(dāng)膜孔阻力小于邊界層阻力時,控制步驟是階段Ⅱ;當(dāng)膜孔阻力大于邊界層阻力時,控制步驟將由階段Ⅱ轉(zhuǎn)變?yōu)殡A段Ⅲ。
　　 本研究在單組份蛋白質(zhì)模擬體系中,考察了溶液pH值、離子強度、攪拌速率和通量對蛋白質(zhì)超濾的影響。實驗結(jié)果表明:在溶液pH值等于蛋白質(zhì)等電點時,蛋白質(zhì)的篩分系數(shù)最大;在低離子強度下(＜100mM),蛋白質(zhì)的自我靜電排斥作用使得其篩分系數(shù)降低,

3、在高離子強度時(＞100mM),屏蔽作用使得蛋白質(zhì)的篩分系數(shù)穩(wěn)定在某一定值附近;攪拌速率或通量的增加均可降低蛋白質(zhì)的篩分系數(shù)。此外,應(yīng)用響應(yīng)面法數(shù)值模擬對各因素之間的交互作用進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,在單組份蛋白質(zhì)模擬體系中,攪拌速率對篩分系數(shù)具有重要影響,且相對獨立;pH值分別與離子強度和通量存在交互作用;離子強度與通量之間的交互作用相對較弱。實驗規(guī)律同物理模型和數(shù)值模擬的推論一致。雙組份蛋白質(zhì)模擬體系中,同樣考察了溶液pH值、離子強度、

4、攪拌速率和通量對超濾分離選擇性的影響。結(jié)果表明,攪拌速率、pH值和離子強度都是是影響蛋白質(zhì)超濾分離選擇性的重要因素。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子量接近時,蛋白質(zhì)之間、蛋白質(zhì)與膜之間的靜電相互作用對分離結(jié)果影響顯著:攜帶與膜表面相反電荷的蛋白質(zhì)在膜表面具有吸附優(yōu)勢,獲得更多接近膜孔的機會,從而得以進(jìn)入并通過膜孔。未占吸附優(yōu)勢的蛋白質(zhì)在自身排斥和優(yōu)勢蛋白位阻的影響下被截留。以蛋白質(zhì)超濾分離機理的研究結(jié)果為指導(dǎo),利用截留分子量為100 kDa的再生纖維素膜和