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1、扩张床吸附技术研究进展摘要：扩张床吸附层析技术兼有流化床和填充床层析的优点,不需预先除去料液中的颗粒而可以直接从料液中吸附目标产物。它是一种具有集成化优势的分离纯化技术,在生物工程产品的下游处理过程中有十分广阔的应用前景。开发出性能良好的吸附剂基质,是该项技术得以广泛应用的关键。本文通过文献的查阅及总结，从吸附剂基质及技术的应用两个方面综述了扩张床吸附技术的研究进展。关键词：扩张床吸附技术、进展、吸附剂基质、应用一般而言,生物工程产品下游处理过程可分为目标产物捕获、中期纯化和精制三个阶段,其中产物[1]捕获阶段最为关键,一般由细胞富集、产物释放、澄清、浓缩、初步纯化等操作步骤组成。目前
2、,除去原料液中的固体颗粒最常用的方法是离心和微滤。但当处理含有微细固体颗粒的高粘度料液时,离心的效率会大大降低;而细胞和细胞碎片在膜表面的积累又会使微滤过程的膜通量急剧下降，如果对料液进行稀释,随后的浓缩过程将增加额外的能耗。从发展趋势来看,生化分离技术研究的目的是要缩短整个下游过程的流程和提高单项操作的效率,以前的那种零敲碎打的做法，研究要有一个质的转变,国内外许多专家和研究者认同了这种转变,并认为可以从两个方面着手,其一,继续研究和完善一些适用于生化工程的新型分离技术;其二,进行各种分离技术的高效集成化。目前出现的一些新型单元分离技术,如亲和法、双水相分配技术、逆胶束法、液膜法、各
3、类高效层析法等,就是方向一的研究结果,作为方向二的高效集成化,最引人注目的是扩张床吸附技术，近10年来研究的热点之一。与流化床相比，它返混程度很小，因而分离效果较好；与固定床相比，它能处理含菌体的悬浮液，可省却困难的过滤操作。扩张床吸附（ExpandedBedAdsorption,EBA）技术是上世纪九十年代发展起来的一种新型蛋白质分离纯化技术,能直接从发酵液或细胞匀浆中捕获目标产物。扩张床是吸附剂处于稳定状态的流化床[2]-[4]。与串通的填充床层析不同的是在扩张床吸附操作中吸附剂（或层析剂）层在原料液的流动下可产生适当程度的膨胀,其膨胀度取决于吸附剂的密度、流体速度。当吸附剂的沉降
4、速度流体向上的流速相等时，扩张床达到平衡。由于吸附剂的扩张,吸附剂之间的空隙率增大,可以使原料液中的细胞、细胞碎片等固体颗粒顺利通过扩张床而被排除,同时原料液中的目标物质则被吸附在吸附剂上,这样就实现了直接从含菌体、细胞碎片或组织萃取物的发酵液中直接分离目标蛋白质的目标。扩张床的操作可分为平衡、吸附、冲洗、洗脱和复性清洗等五个步骤,它将料液的澄清、浓缩和初步纯化集成于一个单元操作中,减少了操作步骤,降低了分离过程的复杂程度,提高了分离效率和产品的收率,例如：假设下游工艺每步回收率为90%，十步后总回收率只有35%；利用EBA技术将前三步整合为一步，增加了产品的回收率，产率可增加23%，
5、还减少了离心机、过滤等设备的投资。近年来，EBA技术已引起人们的广泛兴趣，国外有关扩张床吸附基质的研究以及其应用的报道从1993年以来层出不穷,国内关于扩张床的报道几乎为空白。一：吸附剂基质的研究进展吸附剂的基质材料历来是层析过程的关键,直接影响着过程的传质和分离效率。扩张床吸附也属于层析过程,其操作特性介于流化床和固定床之间,吸附剂依靠流速在床层中悬浮起来,但流动接近于平推流,与固定床相似[5]。这其中基质起了十分重要的作用,设计出一种流动和吸附性能良好的扩张床基质,是保证高效地实现这一过程的关键,因此,必须对基质进行新的设计。通过大量文献的查阅，下面就近十年来扩张床吸附剂基质的研究
6、状况进行了总结。1.1扩张床吸附剂要求[6]Chase和Draegerhs根据大量的实验研究，总结出用于扩张床操作的吸附剂应满足的六项基本要求:(1)吸附剂的尺寸和密度应保证其终端流速与料液中需除去的固形颗粒间有明显的差异;(2)吸附剂必须有一定的粒径和密度分布，在膨胀床内会形成稳定的分级，从而减小固液相间的返混;(3)吸附剂应具有良好的孔道结构，不易被料液中的脂类、核酸和杂蛋白等生物物质污染;(4)吸附剂应具有活性基团，可以修饰具有特异性吸附的配基，使吸附剂对目标产物具有较高的吸附容量:(5)吸附剂应具有高化学稳定性和良好机械强度，其中高的化学稳定性可以保证吸附剂可以承受较苛刻的洗脱
7、条件，而良好的机械强度可延长吸附剂的使用寿命;(6)吸附剂应具有良好的传质性能，在较高的流速下，可以保持较高的吸附量。1.2吸附剂基质材料理论上一些用于固定床的传统吸附剂也可以用于扩张床吸附，但是由于其尺寸小和密度低不能保证其在较高流速下操作，因而体现不出扩张床吸附技术在生物分离中集成化的优势[7]。根据Stoke公式，颗粒的终端流速与颗粒的直径、固相与液相间的密度差成正比，与液相粘度成反比。膨胀介质的粒径过小，在实际操作时为避免膨胀率过高，所
