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1、双水相萃取技术及其在生物医药上的应用双水相萃取技术双水相体系的概念与形成双水相萃取原理双水相萃取的技术特征双水相萃取的工艺流程双水相体系的概念与形成传统的双水相体系是指双高聚物双水相体系，其成相机理是由于高聚物分子的空间阻碍作用，相互无法渗透，不能形成均一相，从而具有分离倾向，在一定条件下即可分为二相。一般认为只要两聚合物水溶液的憎水程度有所差异，混合时就可发生相分离，且憎水程度相差越大，相分离的倾向也就越大。双水相萃取原理双水相萃取与水-有机相萃取的原理相似,都是依据物质在两相间的选择性分配。当萃取体系的性质不同时,物质进入双水相体系后,由于表面性质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键
2、等)的存在和环境因素的影响,使其在上、下相中的浓度不同。物质在双水相体系中分配系数K可用下式表示：K=C上/C下InK=InKm+InKe+InKh+InKb+InKs+InKc式中，Ke-----静电作用对溶质分配系数的贡献；Kh-----疏水作用对溶质分配系数的贡献；Kb-----生物亲和作用对溶质分配系数的贡献；Ks-----分子大小对溶质分配系数的贡献；Kc-----分子构型影响对溶质分配系数的贡献；Km-----除上述因素外的其它因素影响对溶质分配系数的贡献。双水相体系相图双水相萃取的技术特征含水量高(70％--90％)，在接近生理环境的体系中进行萃取，不会引起生物活性物质失活或变性
3、；可以直接从含有菌体的发酵液和培养液中提取所需的蛋白质（或者酶），还能不经过破碎直接提取细胞内酶，省略了破碎或过滤等步骤；分相时间短，自然分相时间一般为5min～15min；界面张力小(10-7～10-4mN／m)，有助于两相之间的质量传递，界面与试管壁形成的接触角几乎是直角；不存在有机溶剂残留问题，高聚物一般是不挥发物质，对人体无害；大量杂质可与固体物质一同除去；易于工艺放大和连续操作，与后续提纯工序可直接相连接，无需进行特殊处理；操作条件温和，整个操作过程在常温常压下进行；亲和双水相萃取技术可以提高分配系数和萃取的选择性。有生物适应性，组成双水相的高聚物及某些无机盐对生物活性物质无伤害，不
4、会引起生物物质失活或变性双水相萃取流程目的产物的萃取PEG的循环无机盐的循环（1）目的产物的萃取：第一步细胞悬浮液经助磨剂破碎后，与PEG和无机盐或葡聚糖在萃取器中混合，然后进入离心机分相。第二步萃取是将目标蛋白质转入富盐相,方法是在上相中加入盐,形成新的双水相体系,从而将蛋白质与PEG分离,以利于使用超滤或透析将PEG的回收利用和目标产物的进一步加工处理。若第一步萃取选择性不高,即上相中还含有较多杂蛋白及一些核酸、糖和色素等,可通过加入适量的盐,再次形成PEG/无机盐体系进行纯化。目标蛋白质仍留在PEG相中。(2)PEG的循环：在大规模双水相萃取过程中,成相材料的回收和循环使用,不仅可以减少
5、废水处理的费用,还可以节约化学试剂,降低成本。PEG的回收有两种方法：一种是加入盐使目标蛋白质转入富盐相来回收,另一种是将PEG相通过离子交换树脂,用洗脱剂先洗去PEG,再洗出蛋白质。常用的方法是将第一步萃取的PEG相或除去部分蛋白质的PEG相循环利用(3)无机盐的循环：将含磷酸钠的盐相冷却,结晶,然后用离心机分离收集其它方法有电渗析法、膜分离法回收盐类或除去PEG相的盐双水相萃取原则流程连续双水相萃取双水相萃取技术在生物医药上的应用1.基因工程药物的分离与提取2.酶工程药物的分离与提取3.抗生素的分离与提取4.天然植物药用有效成分的分离与提取基因工程药物的分离与提取目的的产物在转化液中的浓度
6、很低,且对温度、酸、碱和有机溶剂较敏感,容易失活和变性,若以常规分离手段处理,产品的收率较低且纯度不高,而双水相萃取技术可以保证产物在温和的条件下得以分离和纯化。其中有代表性的工作是用PEG4000/磷酸盐从重组大肠杆菌(E.Coli)碎片中提取人生长激素(hGH),采用三级错流连续萃取,处理是为15L/h,收率达80%。同样,用PEG8000/Na2SO4双水相系统从重组大肠杆菌中分离IGF-I,收率90%。α1-干扰素和β-干扰素的提取则是双水相亲和萃取技术的应用。提取α1-干扰素是采用PEG-磷酸酯/磷酸盐双水相系统,经两次萃取从重组大肠杆菌匀浆液中提取,分配系数达155。较好的反萃取条
7、件为PEG-磷酸酯、酸盐pH6.0,其技术优点是省去高速离心去除细胞碎片的步骤,能耗较低,收率、度均较高,最后α-干扰素存在于磷酸盐相,其中PEG含量仅为0.5%左右,这对进一步纯化很有利。而采用PEG-磷酸酯/磷酸盐双水相可使β-干扰素完全分配在上相,杂蛋白几乎全在下相,且β干扰素浓度越高,分配系数越大,纯化因子高达350,收率97%,用这一技术与层析技术相结合组成了一套新的分离流程,已成功地用
