離子交換擴張床吸附中生物質-吸附劑相互作用研究——細胞破碎和介質表面修飾.pdf

1、擴張床吸附是一種新型的生化分離技術，可以直接從細胞培養(yǎng)液或細胞勻漿液中捕獲目標物，集固液分離、濃縮和初步純化于一個操作單元中。擴張床吸附中應用最廣泛是離子交換吸附，吸附容量較大，適用范圍廣。但是，中性pH條件下生物質(細胞或細胞碎片)一般帶負電荷，很容易吸附到帶正電荷的陰離子交換介質表面，降低吸附容量，破壞床層的穩(wěn)定性。前期研究表明，經勻漿處理的生物質與吸附劑間相互作用會減弱。本研究詳細考察了兩種常用的細胞破碎方法(超聲破碎和高壓勻漿)

2、的不同操作條件對生物質/吸附劑相互作用的影響。為了深入探索生物質/吸附劑相互作用的微觀機理，引入zeta電位概念，希望找到輔助擴張床吸附過程設計的控制參數(shù)。 選擇Escherichiacoli，Bacillussubtilis和Pichiapastoris作為模型生物質(分別代表革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌和酵母菌)；典型的陰離子交換劑STREAMLINEDEAE作為擴張床吸附劑。通過生物質脈沖響應實驗獲得生物質穿透指數(shù)(BTI)

3、，用來定量評估生物質/吸附劑間相互作用。BTI的大小和生物質/吸附劑相互作用強弱成反比關系，BTI=0.9可作為含生物質料液形成穩(wěn)定擴張床層的最低要求。結果表明，對于不同的模型生物質來說，BTI均隨著超聲功率的增大或者超聲時間的延長而顯著增加。提高FrenchPress的操作壓力或者增加其循環(huán)破碎次數(shù)也能達到同樣的效果。在破碎過程中，對細胞碎片的平均粒徑和zeta電位進行了測量分析，平均粒徑隨著破碎條件的加強而逐漸減小，最終達到極限值；

4、在平均粒徑減小的同時，zeta電位絕對值也相應減小。利用帶電球體(生物質顆粒)與帶電平板(吸附劑表面)靜電作用的模型，進行必要的簡化后，發(fā)現(xiàn)參數(shù)(-ζA·ζB·dB)可表征擴張床中生物質/吸附劑間相互作用，其中ζA是吸附劑的zeta電位，ζB是生物質的zeta電位，dB是生物質的平均粒徑。將BTI值與相應的(-ζA·ζB·dB)作圖，兩者之間存在良好的線性關系。當(-ζA·ζB·dB)＜120mV2μm時，BTI＞0.9，該指標可作為細

5、胞破碎過程的控制參數(shù)。這表明合適的細胞破碎方法能夠減弱生物質/吸附劑相互作用，改善擴張床的穩(wěn)定性。同時應用zeta電位參數(shù)可簡化擴張床吸附的過程設計，更快找到合適的分離條件。 此外本文還對陰離子交換介質表面修飾削弱介質/生物質相互作用進行了初步探索。結果表明，聚丙烯酸(PAA)修飾的STREAMLINEDEAE確實能有效減少生物質的吸附，同時不會對目標蛋白的吸附造成影響。但是，如何確保修飾物質在吸附劑的反復再生過程中穩(wěn)定尚需要進