1、使用膜清洗不同
超濾:超濾用的膜可以通過反洗來有效的清洗膜面,以保持其高流速。
反滲透:反滲透用的膜不能反洗。
2、原理不同
超濾:超濾是一種加壓膜分離技術,即在一定的壓力下,使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特製的薄膜,而使大分子溶質不能透過,留在膜的一邊,從而使大分子物質得到了部分的純化。
超濾原理也是一種膜分離過程原理,超濾利用一種壓力活性膜,在外界推動力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對較高的物質,而水和小的溶質顆粒透過膜的分離過程。
反滲透:把相同體積的稀溶液(如淡水)和濃液(如海水或鹽水)分別置於一容器的兩側,中間用半透膜阻隔,稀溶液中的溶劑將自然的穿過半透膜,向濃溶液側流動,濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度,形成一個壓力差,達到滲透平衡狀態,
此種壓力差即為滲透壓,滲透壓的大小決定於濃液的種類,濃度和溫度,與半透膜的性質無關。若在濃溶液側施加一個大於滲透壓的壓力時,濃溶液中的溶劑會向稀溶液流動,此種溶劑的流動方向與原來滲透的方向相反,這一過程稱為反滲透。
3、優點不同
超濾:超濾技術的優點是操作簡便,成本低廉,不需增加任何化學試劑,尤其是超濾技術的實驗條件溫和,與蒸發、冷凍乾燥相比沒有相的變化,而且不引起溫度、pH的變化,因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶。
反滲透:壓力是反滲透分離過程的主動力,不經過能量密集交換的相變,能耗低;反滲透不需要大量的沉澱劑和吸附劑,運行成本低;反滲透分離工程設計和操作簡單,建設周期短;反滲透凈化效率高,環境友好。
B. 為什麼超濾膜凈水器更健康
RO膜反滲透純水機往往作為賣家的重點宣傳,因為其工藝比超濾凈水器復雜,售價和後期維護成本都遠遠高於超濾凈水器。但是,我們真的需要RO膜反滲透純水機嗎?其實RO膜反滲透純水根本不應該作為家庭飲用水的,作為工業用水才更符合其使命,但因為有利可圖商家的誤導加上大部分家庭對純水和凈水的理解不夠透徹,因此RO膜反滲透純水機現在大行其道。
RO膜反滲透純水機,廣告總是如何宣傳我們的自來水是多麼的不安全,通過TDS測試值讓你感覺純水是多麼的高大上。TDS是溶解性固體總量,包括礦物質。TDS僅能測出水中的可導電物質,原TDS在17的純水經電解水機電解後所得鹼性水的TDS值大約就在300左右,而且無法測出細菌、病毒等物質。有些品牌瓶裝的礦泉水TDS就很高,你能說它不合格?然而恰恰相反。而且純水是死水,並不是生命之水。廣告總是宣傳人體所需的礦物質,95%以上是通過食物攝取的。可是這里有個漏洞,95%並不是全部,並且剩下的5%可能食物中根本吃不來或者很少,這種危害是慢性的。
純凈水進入人體後,因為它不含各種正負離子,所以溶解性能很強,這樣不僅可以把各種有害廢物和有害微量元素溶解,並排出體外。同時,也可以溶解人體非常需要的各種必需微量元素,而被排出體外。純凈水的分子結構,經過凈水器處理後會發生重排現象,使純水分子的結構變為極度串聯和線團化。這種水分子,不易通過細胞膜,會導致身體內有益的生命相關元素向體外流失。有些敏感的人感覺越喝越渴,越渴越想喝。長期喝純凈水會感覺無力。這對正在長身體的青少年有比較突出的副作用。為此,上海市已明確規定,限制中小學生飲用純凈水。
超濾凈水器發展多年,現在基本所有品牌除了山寨產品質量幾乎沒有差別,0.01的過濾精度,加上碳吸附除味,使得超濾凈水器的過濾精度和口感達到穩定程度,各個廠家幾乎沒有什麼賣點,無非新產品可以更方便地更換濾芯,這種產品的濾芯可能不通用價格又很貴,這不僅增加了購買成本而且增加了後期維護成本。
我們買凈水器主要是過濾水質和提升口感,自來水廠的水出廠時本身就是合格的,大多是出廠之後的二次污染,尤其是高層供水系統屬於三次污染,但是重金屬超標在自來水中是罕見的,主要是雜質、顏色和口感方面的,除了不能過濾礦物質,超濾凈水器在功能上和RO膜反滲透相差無幾,然而,這恰恰是RO膜反滲透純水機作為飲用水的劣勢。
超濾凈水器應該作為普及的家庭產品,然而,由於產品沒有差異性加上沒有利潤可圖,消費者正在受到商家的誤導而越來越多地購買RO膜反滲透純水機,這是很可悲的事情
C. 其實超濾膜過濾出來的水,和燒開的自來水有什麼區別..
一、水的微量元素含量不同
超濾膜過濾出來的水在過濾的過程中雖然去掉了膠體、懸專浮物等大屬分子有機物,但是也去除了一些微量元素,自來水只進行了粗過濾和殺菌,所以超濾膜過濾出來的水中的鋅等微量元素遠遠低於自來水。
二、水的處理過程不同
超濾膜過濾是一種篩分的過程,以超濾膜為過濾介質,在一定的壓力下,超濾膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質通過,而體積大於膜孔徑的物質則被留下成為濃縮液,從而實現了對水的凈化。
燒開的自來水是一種滅菌除垢的過程,自來水經過粗過濾和滅菌去掉了懸浮物雜質和細菌等有害物質,隨後自來水經煮沸後除垢並進一步滅菌。
(3)超濾細胞內含物擴展閱讀
超濾膜的材質很多,包括:聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯等。當超濾用於水處理時,其材質的化學穩定性和親水性是兩個最重要的性質。
化學穩定性決定了材料在酸鹼、氧化劑、微生物等的作用下的壽命,它還直接關繫到清洗可以採取的方法,親水性則決定了膜材料對水中有機污染物的吸附程度,主要影響膜的通量。
D. 什麼是超濾液
循環血液經過腎小球毛細血管時,血漿中的水和小分子溶質,包括少量分子量較小的血漿蛋白,可以濾入腎小囊的囊腔而形成濾過液。這種濾過液就是超濾液。
尿液首先在腎臟,通過腎小球濾過,形成超濾液,人體每天正常生成的超濾液可以達到180升。超濾液進入腎小管後,稱為小管液,那麼腎小管和集合管可以把人體大部分的水分和各種溶質重吸收回血液,稱之為重吸收。
除此以外,腎小管和集合管還有分泌的功能,可以將某些物質分泌入小管腔內,稱為分泌。經過腎小管和集合管的重吸收和分泌,人體正常每天生成的尿液只有1.5升。
(4)超濾細胞內含物擴展閱讀:
超濾技術:
超濾是一種加壓膜分離技術,即在一定的壓力下,使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特製的薄膜,而使大分子溶質不能透過,留在膜的一邊,從而使大分子物質得到了部分的純化。超濾原理也是一種膜分離過程原理.
超濾利用一種壓力活性膜,在外界推動力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對較高的物質,而水和小的溶質顆粒透過膜的分離過程。通過膜表面的微孔篩選可截留分子量為3x10000—1x10000的物質。當被處理水藉助於外界壓力的作用以一定的流速通過膜表面時.
水分子和分子量小於300—500的溶質透過膜,而大於膜孔的微粒、大分子等由於篩分作用被截留,從而使水得到凈化。也就是說,當水通過超濾膜後,可將水中含有的大部分膠體硅除去,同時可去除大量的有機物等。
超濾原理並不復雜。在超濾過程中,由於被截留的雜質在膜表面上不斷積累,會產生濃差極化現象,當膜面溶質濃度達到某一極限時即生成凝膠層,使膜的透水量急劇下降,這使得超濾的應用受到一定程度的限制。
為此,需通過試驗進行研究,以確定最佳的工藝和運行條件,最大限度地減輕濃差極化的影響,使超濾成為一種可靠的反滲透預處理方法。
超濾是一種膜分離技術,(UItrafil-tration 簡稱UF)。能夠將溶液凈化,分離或者濃縮。超濾是介於微濾與納濾之間,且三者之間無明顯的分界線。一般來說,超濾膜的孔徑在0.05 um–1 nm之間,操作壓力為0.1–0.5 Mpa。
主要用於截留去除水中的懸浮物、膠體、微粒、細菌和病毒等大分子物質。超濾膜根據膜材料,可分為有機膜和無機膜。按膜的外型,又可分為:平板式、管式、毛細管式、中空纖維和多孔式。目前家用超濾凈水器,多以中空膜為主。
超濾膜的工作以篩分機理為主,以工作壓力和膜的孔徑大小來進行水的凈化處理。以中空纖維為例。
以進水方式可分為外壓式:原水從膜絲外進入,凈水從膜絲內製取。反之則為內壓式。內壓式的工作壓力較外壓式要低。超濾膜在飲用水深度處理,工業用超純水和溶液濃縮分離等許多領域中,得到了廣泛應用。
參考資料資料:網路-原尿
參考資料資料:網路-超濾技術
E. 生物大分子分離方法和理論依據
一般的有:
層析
電泳
離子交換器
F. 透析,微濾,超濾,納濾,反滲透,電滲析,滲透氣化等膜分離技術各自的特點
1.透析(dialysis)是通過小分來子經過半源透膜擴散到水(或緩沖液)的原理;
2.微濾適用於細胞、細菌和微粒子的分離,在生物分離中,廣泛用於菌體的分離和濃縮,目標物質的大小范圍為0.01-10 μm,一般用於預處理;
3.超濾技術的優點是沒有相的轉變,無需添加任何強烈的化學物質,可以在低溫下操作,過濾速度較快,便於無菌處理等,一般用於預處理;
4.納濾 特點是能截留小分子的有機物並可同時透析出鹽,集濃縮與透析於一體;
操作壓力低,因為無機鹽能通過納米濾膜而透析,使得納米過濾的滲透壓遠比反滲透為低,所以納米過濾所需的外加壓力比反滲透低得多;
5.反滲透法具有設備構型緊湊,佔地面積小、單位體積產水量及能量消耗少等優點;
6.電滲析的特點時可以同時對電解質水溶液起淡化、濃縮、分離、提純作用、可以用於蔗糖等非電解質的提純,以除去其中的電解質、在原理上,電滲析器是一個帶有隔膜的電解池,可以利用電極上的氧化還原效率高;
7.滲透氣化對共沸物系和近沸物系等難分物系的分離, 顯示特有的優越性。
G. 如何提取細胞膜(動物細胞)上的蛋白質
NRC Institute for Biological Sciences
Triton X-114 extraction protocol (Hydrophobic protein preparation)
Ressuspend cells in Solution A (dil 1/8) and add 15 μl of mammalian cocktail proteases inhibitor (Sigma).
Add 1 third of the volume of solution B
Incubate on ice for 1 hour with frequent vortexing.
Centrifuge at 10 000g for 10 minutes at 4°C to pellet unbroken cells and nuclei.
Transfer supernatant in clean eppendorfs then incubate at 30°C for 3 minutes (until sln is cloudy).
Centrifuge at 1 300g for 10 minutes at room temperature.
Transfer Aqueous phase in new eppendorf (but keep detergent phase at room temperature).
Add X volume of triton X-114 to Aqueous phase:
Vol of Aq phase = X vol of triton X-114
24.6
Shake well then incubate 3 minutes at 30°C (until cloudy) then transfer on top of detergent phase slowly.
Centrifuge at 1 300g for 10 minutes at room temperature.
Remove Aqueous phase with pipette down to detergent interphase.
Precipitate hydrophobic protein (detergent phase) with 10X volume of acetone. Place overnight at -20°C.
Pellet proteins by centrifugation at max speed for 10 minutes at 4°C. Ressuspend proteins in IEF sln (7M urea, 2M thiourea, 4% CHAPS, 1% DTT) then precipitate protein again with 10 volume of acetone. Place 5-10 min at -20°C.
Pellet proteins by centrifugation at max speed for 10 minutes at 4°C. Air dry pellet then dissolve protein in IEF solution
Solution:
Solution A: 80 mM Tris-HCl, pH 7.4 ; 1,2M NaCl
0,63 g Tris-HCl
3,51 g NaCl
Dissolve in 30 ml of water
Adjust pH to 7.4
Adjust volume to 50 ml with water
Solution B: 40 mM Tris-HCl, pH 7.4 ; 600 mM NaCl ; 4% triton X-114
5 ml of sln A
Add triton to have a final concentration off 4%
4% x 10 ml = ml
[triton X114]
Adjust volume to 10 ml with water
H. 如何進行蛋白超濾設備選型
如何進行蛋白超濾設備選型?在分離分析特別是蛋白質分離分析中,層析是相當重要、且相當常見的一種技術,其原理較為復雜,對人員的要求相對較高,這里只能做一個相對簡單的介紹。
一、 吸附層析
1、 吸附柱層析
吸附柱層析是以固體吸附劑為固定相,以有機溶劑或緩沖液為流動相構成柱的一種層析方法。
2、 薄層層析
薄層層析是以塗布於玻板或滌綸片等載體上的基質為固定相,以液體為流動相的一種層析方法。這種層析方法是把吸附劑等物質塗布於載體上形成薄層,然後按紙層析操作進行展層。
3、 聚醯胺薄膜層析
聚醯胺對極性物質的吸附作用是由於它能和被分離物之間形成氫鍵。這種氫鍵的強弱就決定了被分離物與聚醯胺薄膜之間吸附能力的大小。層析時,展層劑與被分離物在聚醯胺膜表面競爭形成氫鍵。因此選擇適當的展層劑使分離在聚醯胺膜表面發生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附的連續過程,就能導致分離物質達到分離目的。
二、 離子交換層析
離子交換層析是在以離子交換劑為固定相,液體為流動相的系統中進行的。離子交換劑是由基質、電荷基團和反離子構成的。離子交換劑與水溶液中離子或離子化合物的反應主要以離子交換方式進行,或藉助離子交換劑上電荷基團對溶液中離子或離子化合物的吸附作用進行。`
三、 凝膠過濾
凝膠過濾又叫分子篩層析,其原因是凝膠具有網狀結構,小分子物質能進入其內部,而大分子物質卻被排除在外部。當一混合溶液通過凝膠過濾層析柱時,溶液中的物質就按不同分子量篩分開了。
四、 親和層析
親和層析的原理與眾所周知的抗原一抗體、激素一受體和酶一底物等特異性反應的機理相類似,每對反應物之間都有一定的親和力。正如在酶與底物的反應中,特異的廢物(S')才能和一定的酶(E)結合,產生復合物(E-S')一樣。在親和層析中是特異的配體才能和一定的生命大分子之間具有親和力,並產生復合物。而親和層析與酶一底物反應不同的是,前者進行反應時,配體(類似底物)是固相存在;後者進行反應時,底物呈液相存在。實質上親和層析是把具有識別能力的配體L(對酶的配體可以是類似底物、抑制劑或輔基等)以共價鍵的方式固化到含有活化基團的基質M(如活化瓊脂糖等)上,製成親和吸附劑M-L,或者叫做固相載體。而固化後的配體仍保持束縛特異物質的能力。因此,當把圍相載體裝人小層析柱(幾毫升到幾十毫升床體積)後,讓欲分離的樣品液通過該柱。這時樣品中對配體有親和力的物質S就可藉助靜電引力、范德瓦爾力,以及結構互補效應等作用吸附到固相載體上,而無親和力或非特異吸附的物質則被起始緩沖液洗滌出來,並形成了第一個層析峰。然後,恰當地改變起始緩沖 液的PH值、或增加離子強度、或加人抑③劑等因子,即可把物質S從固相載體上解離下來,並形成了第M個層析峰(見圖6-2)。顯然,通過這一操作程序就可把有效成分與雜質滿意地分離開。如果樣品液中存在兩個以上的物質與固相載體具有親和力(其大小有差異)時,採用選擇性緩沖液進行洗脫,也可以將它們分離開。用過的固相載體經再生處理後,可以重復使用。
上面介紹的親和層析法亦稱特異性配體親和層析法。除此之外,還有一種親和層析法叫通用性配體親和層析法。這兩種親和層析法相比,前者的配體一般為復雜的生命大分子物質(如抗體、受體和酶的類似底物等),它具有較強的吸附選擇性和較大的結合力。而後者的配體則一般為簡單的小分子物質(如金屬、染料,以及氨基酸等),它成本低廉、具有較高的吸附容量,通過改善吸附和脫附條件可提高層析的解析度。
五、 聚焦層析
聚焦層析也是一種柱層析。因此,它和另外的層析一樣,照例具有流動相,其流動相為 多緩沖劑,固定相為多緩沖交換劑。
聚焦層析原理可以從PH梯度溶液的形成、蛋白質的行為和聚焦效應三方面來闡述。
1、PH梯度溶液的形成
在離子交換層析中,PH梯度溶液的形成是靠梯度混合儀實現的。例如,當使用陰離子 劑進行層析時,制備PH由高到低呈線性變化的梯度溶液的方法是,在梯度儀的混合室(這層析柱者)中裝高PH溶液,而在另一室裝低PH極限溶液,然後打開層析柱的下端出口,讓洗脫液連續不斷地流過柱體。這時從柱的上部到下部溶液的PH值是由高到低變化的。而在聚焦層析中,當洗脫液流進多緩沖交換劑時,由於交換劑帶具有緩沖能力的電荷基團,故PH梯度溶液可以自動形成。例如,當柱中裝陰離子交換劑PBE94(作固定相)時,先用起始緩沖液(配方見表了一2)平衡到PHg,再用含PH6的多緩沖劑物質(作流動相)的淋洗液通過柱體,這時多緩沖劑中酸性最強的組分與鹼性陰離子交換對結合發生中和作用。隨著淋洗液的不斷加人,住內每點的PH值從高到低逐漸下降。照此處理J段時間,從層析柱頂部到底部就形成了PH6~9的梯度。聚焦層析柱中的PH梯度溶液是在淋洗過程中自動形成的,但是隨著淋洗的進行,PH梯度會逐漸向下遷移,從底部流出液的PH卻由9逐漸降至6,並最後恆定於此值,這時層析柱的PH梯度也就消失了。
2.蛋白質的行為
蛋白質所帶電荷取決於它的等電點(PI)和層析柱中的PH值。當柱中的PH低於蛋白質的PI時,蛋白質帶正電荷,且不與陰離於交換劑結合。而隨著洗脫劑向前移動,固定相中的PH值是隨著淋洗時間延長而變化的。當蛋白質移動至環境PH高於其PI時,蛋白質由帶正電行變為帶負電荷,並與陰離子交換劑結合。由於洗脫劑的通過,蛋白質周圍的環境PH 再次低於PI時,它又帶正電荷,並從交換劑解吸下來。隨著洗脫液向柱底的遷移,上述過程將反復進行,於是各種蛋白質就在各自的等電點被洗下來,從而達到了分離的目的。
不同蛋白質具有不同的等電點,它們在被離子交換劑結合以前,移動之距離是不同的,洗脫出來的先後次序是按等電點排列的。
供靜脈注射的25%人胎盤血白蛋白(即胎白)通常是用硫酸銨鹽析法、透析脫鹽、真空濃縮等工藝制備的,該工藝流程硫酸銨耗量大,能源消耗多,操作時間長,透析過程易產生污染。改用超濾工藝後,平均回收率可達97.18%;吸附損失為1.69%;透過損失為1.23%;截留率為98.77%。大幅度提高了白蛋白的產量和質量,每年可節省硫酸銨6.2噸,自來水16000噸。目前國外生產超濾膜和超濾裝置最有名的廠家是美國的Milipore公司和德國的Sartorius公司。
隨著現代生物技術的發展, 通過基因工程生產蛋白質葯物在治療人類面臨的重大疾病如癌症等方面展示出巨大的潛力. 為滿足生物技術產品工業化生產的需要, 開發高通量、低成本、高效的分離純化方法已引起人們的高度關注. 超濾技術由於具有通量高, 操作條件溫和, 易於放大等特點, 特別適合生物活性大分子的分離. 在生物技術領域, 超濾技術目前已廣泛應用於細胞收集分離、除菌消毒、緩沖液置換、分級( fract ionatio n) 、脫鹽及濃縮[ 1] . 近年來越來越多的研究表明, 通過選擇適當的膜或膜表面改性,以及對分離過程進行優化, 充分利用和調控膜—蛋白質以及蛋白質—蛋白質之間的靜電相互作用, 可以實現分子量相近的兩種蛋白質的高選擇性超濾分離[2- 7] .
為克服常規蛋白質超濾分離過程優化中存在的實驗蛋白質消耗多、工作量大、費時以及費用高等缺點, 我們相繼開發了脈沖進樣技術( Pulsed sampleinject ion technique ) [8]和參數連續變化超濾技術( Parameter scanning ultraf ilt ration) [9]. 並以此為基礎, 結合載體相超濾技術( Carrier phase ult rafil—t rat ion) [10]進一步提出了一種蛋白質超濾分離快速優化新方法[11], 實現了人血漿白蛋白—免疫球蛋白[12]、人源化單克隆抗體( A lemtuzumab) 單體— 二聚體[13]的超濾分離過程快速優化和高選擇性分離,並在膜的篩選及其適用性快速評估方面展現出巨大的潛力. 該方法的主要特徵是與AKTA Prime 系統聯用, 採用脈動進樣技術顯著減少了蛋白質的用量;而利用雙緩沖體系( 類似梯度洗脫) 的參數連續變化超濾技術, 在pH 或離子強度連續變化的情況下考查pH 或離子強度對蛋白質透過率或截留率的影響, 進一步縮短了實驗時間, 降低了蛋白質的用量,極大地減少了實驗量, 加快了過程優化進程; 另外,載體相超濾技術的應用則可保證超濾分離自始至終在設定的條件下進行, 從而最大限度地保證超濾過程的穩定性.
2012-02-25
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在分離分析特別是蛋白質分離分析中,層析是相當重要、且相當常見的一種技術,其原理較為復雜,對人員的要求相對較高,這里只能做一個相對簡單的介紹。
一、 吸附層析
1、 吸附柱層析
吸附柱層析是以固體吸附劑為固定相,以有機溶劑或緩沖液為流動相構成柱的一種層析方法。
2、 薄層層析
薄層層析是以塗布於玻板或滌綸片等載體上的基質為固定相,以液體為流動相的一種層析方法。這種層析方法是把吸附劑等物質塗布於載體上形成薄層,然後按紙層析操作進行展層。
3、 聚醯胺薄膜層析
聚醯胺對極性物質的吸附作用是由於它能和被分離物之間形成氫鍵。這種氫鍵的強弱就決定了被分離物與聚醯胺薄膜之間吸附能力的大小。層析時,展層劑與被分離物在聚醯胺膜表面競爭形成氫鍵。因此選擇適當的展層劑使分離在聚醯胺膜表面發生吸附、解吸附、再吸附、再解吸附的連續過程,就能導致分離物質達到分離目的。
二、 離子交換層析
離子交換層析是在以離子交換劑為固定相,液體為流動相的系統中進行的。離子交換劑是由基質、電荷基團和反離子構成的。離子交換劑與水溶液中離子或離子化合物的反應主要以離子交換方式進行,或藉助離子交換劑上電荷基團對溶液中離子或離子化合物的吸附作用進行。`
三、 凝膠過濾
凝膠過濾又叫分子篩層析,其原因是凝膠具有網狀結構,小分子物質能進入其內部,而大分子物質卻被排除在外部。當一混合溶液通過凝膠過濾層析柱時,溶液中的物質就按不同分子量篩分開了。
四、 親和層析
親和層析的原理與眾所周知的抗原一抗體、激素一受體和酶一底物等特異性反應的機理相類似,每對反應物之間都有一定的親和力。正如在酶與底物的反應中,特異的廢物(S')才能和一定的酶(E)結合,產生復合物(E-S')一樣。在親和層析中是特異的配體才能和一定的生命大分子之間具有親和力,並產生復合物。而親和層析與酶一底物反應不同的是,前者進行反應時,配體(類似底物)是固相存在;後者進行反應時,底物呈液相存在。實質上親和層析是把具有識別能力的配體L(對酶的配體可以是類似底物、抑制劑或輔基等)以共價鍵的方式固化到含有活化基團的基質M(如活化瓊脂糖等)上,製成親和吸附劑M-L,或者叫做固相載體。而固化後的配體仍保持束縛特異物質的能力。因此,當把圍相載體裝人小層析柱(幾毫升到幾十毫升床體積)後,讓欲分離的樣品液通過該柱。這時樣品中對配體有親和力的物質S就可藉助靜電引力、范德瓦爾力,以及結構互補效應等作用吸附到固相載體上,而無親和力或非特異吸附的物質則被起始緩沖液洗滌出來,並形成了第一個層析峰。然後,恰當地改變起始緩沖 液的PH值、或增加離子強度、或加人抑③劑等因子,即可把物質S從固相載體上解離下來,並形成了第M個層析峰(見圖6-2)。顯然,通過這一操作程序就可把有效成分與雜質滿意地分離開。如果樣品液中存在兩個以上的物質與固相載體具有親和力(其大小有差異)時,採用選擇性緩沖液進行洗脫,也可以將它們分離開。用過的固相載體經再生處理後,可以重復使用。
上面介紹的親和層析法亦稱特異性配體親和層析法。除此之外,還有一種親和層析法叫通用性配體親和層析法。這兩種親和層析法相比,前者的配體一般為復雜的生命大分子物質(如抗體、受體和酶的類似底物等),它具有較強的吸附選擇性和較大的結合力。而後者的配體則一般為簡單的小分子物質(如金屬、染料,以及氨基酸等),它成本低廉、具有較高的吸附容量,通過改善吸附和脫附條件可提高層析的解析度。
五、 聚焦層析
聚焦層析也是一種柱層析。因此,它和另外的層析一樣,照例具有流動相,其流動相為多緩沖劑,固定相為多緩沖交換劑。
聚焦層析原理可以從PH梯度溶液的形成、蛋白質的行為和聚焦效應三方面來闡述。
1、PH梯度溶液的形成
在離子交換層析中,PH梯度溶液的形成是靠梯度混合儀實現的。例如,當使用陰離子 劑進行層析時,制備PH由高到低呈線性變化的梯度溶液的方法是,在梯度儀的混合室(這層析柱者)中裝高PH溶液,而在另一室裝低PH極限溶液,然後打開層析柱的下端出口,讓洗脫液連續不斷地流過柱體。這時從柱的上部到下部溶液的PH值是由高到低變化的。而在聚焦層析中,當洗脫液流進多緩沖交換劑時,由於交換劑帶具有緩沖能力的電荷基團,故PH梯度溶液可以自動形成。例如,當柱中裝陰離子交換劑PBE94(作固定相)時,先用起始緩沖液(配方見表了一2)平衡到PHg,再用含PH6的多緩沖劑物質(作流動相)的淋洗液通過柱體,這時多緩沖劑中酸性最強的組分與鹼性陰離子交換對結合發生中和作用。隨著淋洗液的不斷加人,住內每點的PH值從高到低逐漸下降。照此處理J段時間,從層析柱頂部到底部就形成了PH6~9的梯度。聚焦層析柱中的PH梯度溶液是在淋洗過程中自動形成的,但是隨著淋洗的進行,PH梯度會逐漸向下遷移,從底部流出液的PH卻由9逐漸降至6,並最後恆定於此值,這時層析柱的PH梯度也就消失了。
2.蛋白質的行為
蛋白質所帶電荷取決於它的等電點(PI)和層析柱中的PH值。當柱中的PH低於蛋白質的PI時,蛋白質帶正電荷,且不與陰離於交換劑結合。而隨著洗脫劑向前移動,固定相中的PH值是隨著淋洗時間延長而變化的。當蛋白質移動至環境PH高於其PI時,蛋白質由帶正電行變為帶負電荷,並與陰離子交換劑結合。由於洗脫劑的通過,蛋白質周圍的環境PH 再次低於PI時,它又帶正電荷,並從交換劑解吸下來。隨著洗脫液向柱底的遷移,上述過程將反復進行,於是各種蛋白質就在各自的等電點被洗下來,從而達到了分離的目的。
不同蛋白質具有不同的等電點,它們在被離子交換劑結合以前,移動之距離是不同的,洗脫出來的先後次序是按等電點排列的。
供靜脈注射的25%人胎盤血白蛋白(即胎白)通常是用硫酸銨鹽析法、透析脫鹽、真空濃縮等工藝制備的,該工藝流程硫酸銨耗量大,能源消耗多,操作時間長,透析過程易產生污染。改用超濾工藝後,平均回收率可達97.18%;吸附損失為1.69%;透過損失為1.23%;截留率為98.77%。大幅度提高了白蛋白的產量和質量,每年可節省硫酸銨6.2噸,自來水16000噸。目前國外生產超濾膜和超濾裝置最有名的廠家是美國的Milipore公司和德國的Sartorius公司。
隨著現代生物技術的發展, 通過基因工程生產蛋白質葯物在治療人類面臨的重大疾病如癌症等方面展示出巨大的潛力. 為滿足生物技術產品工業化生產的需要, 開發高通量、低成本、高效的分離純化方法已引起人們的高度關注. 超濾技術由於具有通量高, 操作條件溫和, 易於放大等特點, 特別適合生物活性大分子的分離. 在生物技術領域, 超濾技術目前已廣泛應用於細胞收集分離、除菌消毒、緩沖液置換、分級( fract ionatio n) 、脫鹽及濃縮[ 1] . 近年來越來越多的研究表明, 通過選擇適當的膜或膜表面改性,以及對分離過程進行優化, 充分利用和調控膜—蛋白質以及蛋白質—蛋白質之間的靜電相互作用, 可以實現分子量相近的兩種蛋白質的高選擇性超濾分離[2- 7] .
為克服常規蛋白質超濾分離過程優化中存在的實驗蛋白質消耗多、工作量大、費時以及費用高等缺點, 我們相繼開發了脈沖進樣技術( Pulsed sampleinject ion technique ) [8]和參數連續變化超濾技術( Parameter scanning ultraf ilt ration) [9]. 並以此為基礎, 結合載體相超濾技術( Carrier phase ult rafil—t rat ion) [10]進一步提出了一種蛋白質超濾分離快速優化新方法[11], 實現了人血漿白蛋白—免疫球蛋白[12]、人源化單克隆抗體( A lemtuzumab) 單體— 二聚體[13]的超濾分離過程快速優化和高選擇性分離,並在膜的篩選及其適用性快速評估方面展現出巨大的潛力. 該方法的主要特徵是與AKTA Prime 系統聯用, 採用脈動進樣技術顯著減少了蛋白質的用量;而利用雙緩沖體系( 類似梯度洗脫) 的參數連續變化超濾技術, 在pH 或離子強度連續變化的情況下考查pH 或離子強度對蛋白質透過率或截留率的影響, 進一步縮短了實驗時間, 降低了蛋白質的用量,極大地減少了實驗量, 加快了過程優化進程; 另外,載體相超濾技術的應用則可保證超濾分離自始至終在設定的條件下進行, 從而最大限度地保證超濾過程的穩定性.