親和超濾技術的研究進展

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引言

親和超濾技術的研究進展

傳統的分離和純化生物產物的方法很多,大都是利用其物理和化學性質的差異,如分子的大小、形狀、溶解度、帶電性質、等電點、親疏水性以及與其它分子的親和性等。而80年代誕生的親和超濾技術結合了親和層析與超濾技術共同特點,它既有良好的選擇性又易於大規模的操作,從而成爲很有前途的分離純化技術。

1 親和超濾技術的基本原理及其操作體系

親和超濾[1](Affility Ultrafiltration)是將連有特異性配基的載體(微粒或水溶性高聚物)在適當流動狀態下與目標初提液混合,親和上偶聯的親和配基特異性地與溶液中的目標物配合,形成體積及相對分子質量遠大於雜質的複合物。超濾時,複合物被超濾膜截留,而雜質則透過膜被除去,然後用合適的洗脫劑將結合的目標物洗脫下來,該目標物透過膜而得到分離純化的產品,親和載體則被截留循環使用。一般而言,親和超濾技術的體系關鍵是選擇合適的載體、特異性配體以及合適孔徑的超濾膜。

1。1 載體

親和超濾所用的載體有兩類,一類是水不溶性微載體,另一類是水溶性大分子載體。在親和超濾中,最吸引人的是可採用水溶性高分子爲載體,這種聚合物可帶有對酶、蛋白質等起抑制作用或親和作用的官能團,這樣親和作用在均相中進行。水溶性高分子載體有許多優點:親和載體與目標蛋白在均相體系中反應速度快,達到吸附或洗脫平衡的時間極短,吸附容量大。這一點對親和超濾很有利,可以將目標蛋白溶液與親和載體溶液,一邊混合,一邊進行超濾,而無需另備儲槽進行反應;洗脫時也一樣。 同時親和超濾技術也可選用小粒子載體,使其自由地懸浮在提取液中,從而增加了親和作用機率,也防止了膜的濃差極化和堵塞現象。

1。2 配體(配基)

配基是親和過程的核心物質,在分離中起特異性吸附欲分離物的作用。配基一般分爲天然配基(包括糖結合配基和蛋白質結合配基)、染料配基、氨基酸類親和配基、核苷酸及核苷酸類似物配基和仿生配基等幾類。配基與欲分離物吸附作用的大小主要與配基的空間結構有關,它們與載體的連接方法也關係到洗脫過程。但它們之間的結合力仍不外乎對應的功能基團之間的氫鍵、靜電作用、疏水作用等。

在親和超濾過程中,大規模連續生產要求吸附(親和) 和解吸迅速。 因此,配基與欲分離目標產物之間的親和力要控制在一定的範圍之內,若親和力太低,則分離的效果不好;若親和力太高,則洗脫太困難。同時爲了提高吸附量,配體必須有足夠的接觸面積(粒子儘可能小或呈多孔結構) 並且應廉價、專一性強,在親和洗脫條件下很穩定,在高剪切力下無損傷,易回收、無毒。 若配體爲小分子物質,則必須固定於載體表面。

1。3 超濾膜

超濾膜一般爲高分子分離膜,是一種具有超級“篩分”分離功能的多孔膜。它的孔徑只有幾納米到幾十納米。在膜的一側施以適當壓力,就能篩出大於孔徑的溶質分子,以分離分子量大於500 道爾頓、粒徑大於2~20 納米的顆粒。超濾膜根據膜材料的不同,可分爲無機膜和有機膜,而膜的結構則有對稱和非對稱之分。

親和超濾過程的透過速率由超濾膜的孔徑或截留分子量決定。選用截留分子量大的超濾膜可提高透過速率。由於超濾膜分離的選擇性較低,選用載體的分子量應至少比親和體的分子量大10 倍[2]。此外,超濾膜在使用過程中會受到吸附、沉澱和生物等污染,使得超濾膜化學清洗頻率較高,而且超濾膜的製造成本相對較高,膜壽命較低。上述問題,使得超濾膜工藝的運行能耗和運行成本中折舊費用增加,因此人們一直在不斷開發研究各種新型超濾膜[3—6],以期滿足工業生產的需要。

2 親和超濾技術和傳統的親和層析及過濾技術的比較

親和超濾技術是親和層析技術和超濾技術的有機結合,與這兩者相比,親和超濾技術在物質分離純化方面擁有自己獨特的特點。