用于连续床层析的超大孔晶胶介质的制备与性能研究

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1、摘要摘要超大孔连续床晶胶层析分离技术是一种近几年才出现的新型生物分离技术，其晶胶介质内具有尺寸达数微米至数百微米的超大孔隙，允许发酵液中的微生物细胞、细胞碎片等固体颗粒顺利通过，柱压低、传质阻力小，目标物的吸附传质主要为对流传质，吸附分离迅速，可在高流速下直接从复杂料液中分离纯化生物分子或生物颗粒。研究晶胶基质的成孔规律和机理、功能基团固载和修饰方法、晶胶介质对蛋白质的吸附分离特性以及晶胶层析的应用等问题，具有十分重要的意义。本论文以聚丙烯酰胺基体系为反应液，用结晶致孔法制各了晶胶基质，研究了基质反应液的液一固相变特性、晶胶基质的成孔规律以及晶胶介质的基本性能和层析性能，考察了控制晶胶基质成孔

2、和性能的影响因素，并探讨了晶胶基质内超大孔隙的形成机理：进而，通过固载金属离子，制备了金属螯合亲和晶胶介质；通过孔内直接接枝法，固载磺酸基和氨基功能基团，制备得到了离子交换晶胶介质；最后，以酵母发酵液中三磷酸胞苷(CTP)和三磷酸腺苷(ATP)的分离为例，探讨了晶胶介质的应用问题。对基质反应液液固相变特性的研究结果表明，基质反应液的起始结晶温度(死)和冰点温度(％。)随反应液浓度、冷冻速率和冷冻终温等的变化而呈现不同的规律：冷冻速率对瓦与％。的影响较小，瓦与％。随冷冻终温的下降略有降低，但％。随反应液浓度增大而减小。对基质成孔规律的研究结果表明，晶胶基质的成孔是溶剂结晶和单体聚合反应两个动态过

3、程同时发生的复杂过程，晶胶基质的孔隙结构和性能受床柱尺寸、冷冻终温、冷冻速率、反应液组成、催化剂用量等因素的影响。通过条件优化，在一定内径的床柱内，于较合适的冷冻速率下，控制冷冻终温在．15℃以下，可得到孔隙大小在10～100“m、分布较均匀、连通性好、孔隙率82～85％、理论等板高度为O．5～1．1mm的晶胶基质。对Cu2十．IDA(illlinodiaceticacid)、Ni2+．IDA、Zn2+．IDA等不同金属螫合亲和浙江大学博士学位论文晶胶介质的实验研究结果表明，螯合金属离子后，晶胶孔隙结构形态、理论等板高度、渗透率等基本不变；金属螯合亲和晶胶介质对牛血清白蛋白(BSA)的吸附和解

4、吸特性受缓冲液pH值、离子强度、流速、洗脱液组成等因素的影响，其吸附机理主要为配位作用和静电作用。当缓冲液pH值在蛋白质等电点附近时，蛋白质吸附容量可达最大值，盐离子的存在会降低吸附容量，但上样流速对吸附容量的影响很小。用咪唑溶液可对蛋白质进行有效洗脱，较小的流速对洗脱有利。对基质孔内接枝方法和相应离子交换晶胶介质的研究结果表明，通过孔内直接接枝法，以K5[Cu(H106)2】溶液为催化剂，可以顺利地将带磺酸基的2一羟基-3．烯丙氧基丙磺酸钠(AHPSA)和带氨基的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)接枝到聚丙烯酰胺基晶胶基质上，得到离子交换晶胶介质。接枝AHPSA的阳离子交换晶胶介质的理论

5、等板高度基本不受接枝反应时间和单体浓度的影响，其渗透率随接枝反应时间增大略有减小，其对溶菌酶的吸附容量与接枝单体的浓度成正比，受接枝反应时间的影响较小。接枝DMAEMA的阴离子交换晶胶介质对BSA的吸附容量随离子强度的增大而下降；料液中存在NaCl或CH3COONa时，吸附容量随离子强度增大呈线性下降；存在C6H5Na307或Na2S04时，吸附容量随离子强度增大呈指数下降。对酵母发酵液中CTP和ATP的晶胶层析分离研究结果表明，用带有氨基的阴离子交换晶胶介质，可以在较高的流速(2～10cm／min)下，直接从含有酵母细胞的发酵料液中分离得到较高纯度的CTP和ArP产品。经过一次层析分离操作，

6、分步洗脱，CTP纯度可达93．4％，回收率为35％；ATP纯度可达98．3％，回收率为58％。在高达1Ocm／min的层析流速下，经过～次层析分离操作，ATP纯度仍可高达97．4％，回收率达49％。关键词：连续床层析，超大孔晶胶介质，孔内接枝，金属螯合亲和层析，离子交换层析，三磷酸胞苷，三磷酸腺苷IV浙江大学博士学位论文c州dinetriphosphate(CTP)andadenosinetriphosphate(ATP)f沁mmeyeaStf-ennentationbrothsaIldtheco玎eSpondingbehaViorswereobtaineda11ddiscussed．Fmmm

7、eresultsoftheliquid—solidphasetransitioncharacteristicsofthereactiVesolution，theactualinitialsolventcrystallizationtempera_ture瓦andthe行eezingpoimtemperature瓦1cchangedwitht11emonomerconcentration，thefk