蛋白質(zhì)在膨脹床吸附層析劑的靜態(tài)和動態(tài)吸附性能

1、胡洪波等蛋白質(zhì)在膨脹床吸附層析劑的靜態(tài)和動態(tài)吸附性能37蛋白質(zhì)在膨脹床吸附層析劑的靜態(tài)和動態(tài)吸附性能胡洪波姚善涇朱自強(浙江大學化工學院生物化工研究所,杭州310027)以牛血清白蛋白(BSA)為目標蛋白,考察膨脹床用離子交換樹脂StreamlineDEAE的靜態(tài)和動態(tài)吸附性能,并和離子交換樹脂DEAESepharoseFF進行比較,實驗發(fā)現(xiàn)兩者的靜態(tài)吸附性能相似,而動態(tài)吸附性能差別較大。根據(jù)動態(tài)吸附數(shù)據(jù)計算出液膜擴散系數(shù)和孔內(nèi)擴散系數(shù)關(guān)鍵詞:膨脹床吸附離子交換擴散系數(shù)膨脹床吸附層析技術(shù)自90由于在減少操作步驟,用越來越廣泛17StreamlineDEAE是AmershamPharmaciaB

2、iotech公司專門為膨脹床設(shè)計的弱陰離子交換層.1.2.1蛋白質(zhì)含量的測定BSA用紫外分光光度法分析,波長為280nm。1.2.2靜態(tài)吸附性能析介質(zhì),與常用的離子交換層析劑不同的是,它有一惰性石英砂內(nèi)核,6%的交聯(lián)瓊脂糖被包在石英砂核外,并且其密度和粒徑有一分布。在利用該層析劑進行分離時,研究靜態(tài)和動態(tài)平衡吸附行為可以為考察層析劑對產(chǎn)物的吸附量和研究層析過程的傳質(zhì)速率,提供一些必要的參數(shù)。由于目前尚無計算具有粒徑分布且含惰性內(nèi)核吸附劑的吸附動力學模型和方法,給描述動態(tài)吸附過程帶來了困難。本文擬以BSA為目標蛋白,研究其在Stream2lineDEAE上的靜態(tài)和動態(tài)吸附性能,并與另一種層析劑D

3、EAESepharoseFF的吸附性能進行比較,試圖建立起蛋白質(zhì)在含惰性內(nèi)核層析劑吸附性能的數(shù)學模型,計算吸附過程的平衡熱力學參數(shù)和擴散系數(shù)。1實驗材料及方法1.1實驗材料BSA:華美生物工程公司;DEAESepharoseFF,StreamlineDEAE:瑞典A.PharmaciaBiotech用緩沖液配制8.0mg/mL的標準BSA溶液,把其稀釋成不同濃度的溶液,取各濃度溶液15mL,置于25mL具塞錐形瓶內(nèi),加入1mL與緩沖液11混勻的吸附劑,置于恒溫水浴1617h,讓其達到平衡。將溶液離心,取上清液,測定BSA的濃度,再根據(jù)物料衡算求得吸附劑吸附的BSA量。1.2.3動態(tài)吸附性能研究

4、動態(tài)吸附實驗裝置如圖1所示。將吸附池置于恒溫水浴中,由一恒流泵連接吸附池和紫外檢測儀。恒流泵以恒定的流速通過紫外檢測儀的檢測圖1動態(tài)吸附實驗裝置示意圖Fig.1Equipmentfordeterminingthedynamicadsorptionperformance公司;低溫恒溫槽:寧波市機電工業(yè)研究設(shè)計院;UV-1紫外檢測儀:瑞典A.PharmaciaBiotech公國家自然科學基金重點項目(批準號:29736180)。胡洪波,29歲,博士。聯(lián)系人。38化學工程2001年第29卷第1期池,再返回吸附池,如此循環(huán),直到記錄儀顯示平衡已到達為止。2理論描述與數(shù)學模型2.1靜態(tài)吸附方程對于任一粒

5、徑的吸附劑,BSA在孔內(nèi)擴散時的質(zhì)量守恒式如下:2()(4)=D-1-+ttrr5r2對于蛋白質(zhì)在層析劑上的吸附行為,Chase認為蛋白質(zhì)A和配基L之間進行如下反應(yīng):A+LAL其反應(yīng)速率可用下式表示:=k1C(qm-q)-k2qdt8團范圍內(nèi)，迷你是一個獨特,獨立的品牌。誕生于1959年的MINI，設(shè)計別樹一格，1961年賽車工程師John Cooper將賽車血統(tǒng)注入汽車性能內(nèi)，使實用別致的小車搖身變成賽車場上的傳奇，自此成為英國車壇之寶。四十年來MINI售出超過500萬以上，世界各地也有MINI車迷組織。BMW在買下MINI成為旗下的一個品牌之后，投注了上百萬美元的研發(fā)經(jīng)費，舊MINI時代已

6、結(jié)速，去年跟大家見面的新MINI 車系，名字一樣，而設(shè)計卻煥然一新，拾棄了經(jīng)典的形象，換來新潮格調(diào)的設(shè)計與包裝。二、保時捷保時捷公司的創(chuàng)始人費蒂南.保時捷在24歲時(1899年)已經(jīng)發(fā)明了電動輪套馬達，在第二年的巴黎國際展覽會上，保時捷已經(jīng)名揚四海。1915年他把電動輪套馬達裝上了火車，美國有一列超過一百米長的火車至今還裝著這種電動馬達。自1923年起，費蒂南.保時捷就在戴姆勒汽車廠做技術(shù)經(jīng)理。1928年，他在那里發(fā)展了美采德絲.奔馳壓縮機運動車SSK和SSKL型。1936年，貝嗯德.羅色美耶用保時捷設(shè)計的汽車聯(lián)盟賽車22型，取得了比賽的勝利。1931年，在斯圖加特創(chuàng)立了“保時捷博士股份公司”

7、，是為發(fā)動機和汽車制造進行設(shè)計的辦公室，簡稱“保時捷辦公室”，那一年他的扭棒懸掛技術(shù)注冊了專利。費蒂南.保時捷作為發(fā)明家、設(shè)計師、機械師、司機、賽車運動員和總經(jīng)理，經(jīng)過多年的有成效的工作后，于56歲時開始了自己的獨立事業(yè)。到1940年，這里的研究項目就不少于104項，這些項目主要是關(guān)于底盤、輪懸掛裝置、操縱系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、廢氣渦輪和拖拉機等。第二次世界大戰(zhàn)以后，1948年，按照費蒂南.保時捷的兒子飛利.保時捷的計劃，在肯屯制造了第一部以保時捷命名的汽車的樣車356型。1951年近代汽車大師費蒂南.保時捷逝世。保時捷汽車廠坐落在德國的斯圖加特市。保時捷跑車的裝配大都是由手工操作來完成的，在整個裝

8、配過程中不使用一臺自動裝置。一道工序以四五人為一組進行操作，每工作二小時小憩十分鐘，六七道工序完成后由檢驗員進行嚴格的檢驗，合格后才能轉(zhuǎn)入下一道工序。保時捷汽車具有鮮明的特色，甲殼蟲式的車形，后置式發(fā)動機和優(yōu)異的性能，令它很快成為知名的汽車。1963年法蘭克福國際汽車展覽會上，展示了保時捷911型，這個設(shè)計直到現(xiàn)在還有廣泛的市場。它的車體設(shè)計者是飛利.保時捷的大兒子，費蒂南.阿樂桑德.保時捷，保時捷帶后齒輪箱底盤和V-8發(fā)動機的928型，新技術(shù)955型，以及帶電子調(diào)整的四輪驅(qū)動系統(tǒng)和無升力車身的911Carrera4型，是近幾年來最重要的發(fā)展。此外，還有一大批委托發(fā)展項目。60年代末，飛利.保

9、時捷教授在德國威斯薩赫建立了保時捷研究發(fā)展中心。在那里，把保時捷公司的所有的研究發(fā)展工作綜合在一起。1972年，在全新建的設(shè)計辦公室、車間、試驗臺和檢驗室里，開始了研究中心的工作。經(jīng)過有計劃有系統(tǒng)的擴建，威斯薩赫的保時捷研究發(fā)展中心擁有世界最現(xiàn)代化的風洞室，環(huán)境保護測量中心，新的破壞試驗設(shè)施和自己的試車路段，成為世界上對復(fù)雜研究發(fā)展項目的最著名的設(shè)計與測試基地。三、標致-雪鐵龍標致汽車公司是世界十大汽車公司之一，法國最大的汽車集團公司。創(chuàng)立于1890年，創(chuàng)始人是阿爾芒標致。1976年標致公司吞并了法國歷史悠久的雪鐵龍公司，從而成為世界上一家以生產(chǎn)汽車為主，兼營機械加工、運輸、金融和服務(wù)業(yè)的跨國

10、工業(yè)集團。標致汽車公司的總部在法國巴黎，汽車廠多在弗南修昆蒂省，雇員總數(shù)為 l l萬人左右，年產(chǎn)汽 車220萬輛。標致公司創(chuàng)始之初以生產(chǎn)自行車和三輪車為主，1891年開始涉足汽車領(lǐng)域并取得成功。由于不斷采用新技術(shù)，公司的產(chǎn)量與日俱增。到第一次世界大戰(zhàn)前，產(chǎn)量已超過法國所有的汽車生產(chǎn)廠家，達到一萬兩千輛。第一次世界大戰(zhàn)中，阿爾芒標致及時調(diào)整經(jīng)營戰(zhàn)略，使標致公司在戰(zhàn)爭中發(fā)展起來，1939年年產(chǎn)汽車即達48萬輛。標致公司的第二次大發(fā)展時期是二戰(zhàn)后的50、60年代，汽車產(chǎn)量在20年間猛增十幾倍，一躍成為法國第二大汽車公司。1976年，標致公司以自己的經(jīng)濟實力收購了經(jīng)營不善的雪鐵龍公司60的股份，從而擴

11、充了自己的實力。汽車總產(chǎn)量超過雷諾汽車公司而居法國第一。標致公司擁有92家國內(nèi)公司和84家海外公司，海外公司以商業(yè)公司為主，工業(yè)公司不多，其中最大的海外工業(yè)公司有英國塔爾伯特和西班牙塔爾伯特汽車公司。本世紀80年代，標致公司和中國合作在廣州建立合資企業(yè)，將標致504、505型汽車輸入到中國。標致汽車產(chǎn)品從微型到豪華型都有，最受歡迎的是中型汽車。標致汽車的特點是壽命長質(zhì)量好，它的205及309型汽車在歷年的汽車拉力賽中獨占整頭。下屬品牌：、標致獅子標致品牌的象征，從鑄鐵匠最初的設(shè)計到今天，經(jīng)歷了無數(shù)變化。最初象征刀鋒質(zhì)量的標致形象，現(xiàn)在成為一個無限追求高質(zhì)量的企業(yè)的象征。2、雪鐵龍雪鐵龍汽車公司

12、是法國第三大汽車公司，它創(chuàng)立于1915年，創(chuàng)始人是安德列雪鐵龍。主要產(chǎn)品是小客車和輕型載貨車。雪鐵龍公司總部設(shè)在法國巴黎。雇員總數(shù)為5萬人左右，可年產(chǎn)汽車90萬輛。雪鐵龍公司創(chuàng)立之初，正是第一次世界大戰(zhàn)最酣之時，因而其產(chǎn)品主要是炮彈和軍事設(shè)備。直到一戰(zhàn)結(jié)束之后，公司才開始從事汽車制造活動。1934年生產(chǎn)出法國第一輛前輪驅(qū)動汽車。雪鐵龍公司是法國最早采用流水線生產(chǎn)的公司，因而在它成立僅僅6年，年產(chǎn)量即突破100萬輛。1924年和1931一1932年安德列雪鐵龍組織了雪鐵龍汽車“亞洲之行”和“非洲之行”，又稱“黃色旅行”和“黑色旅行”，使雪鐵龍汽車名噪世界，銷量也隨之大增。1928年差別開始出現(xiàn),

13、StreamlineDEAE比DEAESepharoseFF更快達到平衡,也說明了在相同瓊脂糖量的情況下,Stream2lineDEAE能更快速地處理料液。在解前述的數(shù)學模型方程(4)(10)時,已注意到DEAESepharoseFF吸附劑具有相同粒徑,即Ri為一固定值,r0i=0,計算得到簡化。m,而StreamlineDEAE的顆粒直徑為100300計算過程相對復(fù)雜,采用正交配置法在計算機上成功地解得了這一微分方程組。計算得到蛋白質(zhì)在這兩種吸附劑中的孔內(nèi)擴散系數(shù)D和液膜擴散系數(shù)利用表中數(shù)據(jù)可計算吸附過程的熱力學參數(shù)。其方法按照Kim等9所描述的,吸附過程的焓變可通過VantHoff方程求得

14、,40化學工程2001年第29卷第1期kf,兩種吸附劑的液膜擴散系數(shù)均為0.006cm/s,Ci第i種吸附劑孔內(nèi)蛋白質(zhì)濃度,g/cmD孔內(nèi)擴散系數(shù),cm/s23而StreamlineDEAE和DEAESepharoseFF孔內(nèi)擴散系數(shù)分別為7.010-6cm/s2和8.010-7cm/s2。同時用這些參數(shù)反算濃度與時間的關(guān)系,得到圖6中直線,表明與實驗結(jié)果符合很好。C3吸附平衡時溶液中的蛋白質(zhì)濃度,g/mLG反應(yīng)自由能變,kJ/molH反應(yīng)焓變,kJ/molk1正向反應(yīng)速率常數(shù),cm3/(gs)k2反向反應(yīng)速率常數(shù),sKad平衡常數(shù),L/molKd解離常數(shù),g/mLkf液膜擴散系數(shù),cm/sq

15、吸附劑吸附的蛋白質(zhì)濃度,g/cmqm吸附劑最大吸附量,3q33-1圖5吸附常數(shù)與溫度的關(guān)系Fig.5Adsorptionconstantatthedifferenttemperature,g/mLr0iiRi,cm反應(yīng)熵變,J/(molK)V溶液體積,cm3空隙率吸附劑體積,cm3i參考文獻圖6DEAESepharoseFF和StreamlineDEAE的動態(tài)吸附曲線Fig.6DynamicadsorptioncurvesofBSAintheDEAESepharoseFFandStreamlineDEAEadsorbents4結(jié)語考察了膨脹床離子交換層析介質(zhì)StreamlineDEAE的靜態(tài)和

16、動態(tài)吸附性能,并和常用的離子交換層析介質(zhì)DEAESepharoseFF進行比較,發(fā)現(xiàn)兩者靜態(tài)吸附性能比較相似,而動態(tài)吸附性能差別較大。提出具有粒徑分布和含有惰性內(nèi)核吸附劑的吸附動力學模型,采用正交配置法,解得了微分方程組解,計算得到了兩種吸附劑的液膜擴散系數(shù)和孔內(nèi)擴散系數(shù),其中兩者的液膜擴散系數(shù)相等,而StreamlineDEAE的孔內(nèi)擴散系數(shù)要大于DEAESepharoseFF。符號說明C蛋白質(zhì)在液相主體濃度,g/mL1胡洪波,姚善涇,朱自強.生化分離的新技術(shù)擴張床吸附層析.化學工程,1999,27:37.2ChaseHA.Purificationofproteinsbyadsorption

17、chro2matographyinexpandedbeds.TrendsinBiotech,1994,12:296.3ThoemmesJ,BaderA,HalfarM,etal.IsolationofmonoclonalantibodiesfromcellcontaininghybridomabrothusingaproteinAcoatedadsorbentinexpandedbed.JChromatogrA,1996,752:111.4BattBC,YabannavarVM,SinghV.Expandedbedad2sorptionprocessforproteinrecoveryfrom

18、wholemammaliancellculturebroth.Bioseparation,1995,5:41.5ChangYK,ChaseHA,IonexchangepurificationofG6PDHfromunclarifiedyeastcellhomogenateusingex2pandedbedadsorption.BiotechBioeng,1996,49:204.6ChangYK,ChaseHA,DevelopmentofanexpandedbedtechniqueforanaffinitypurificationofG6PDHfromunclar2ifiedyeastcellh

19、omogenates.BiotechBioeng,1995,48:355.7JohanssonHJ,JagerstenC,ShiloachJ.Largescalerecov2eryandpurificationofperiplasmicrecombinantproteinfromE.coliusingexpandedbedadsorptionchromatographyfol2lowedbynewionexchangemedia.JBiotechnol,1996,48:9.8ChaseHA.Predictionoftheperformanceofpreparativeaffinitychrom

20、atography.JChromatogr,1984,297,179.9KimDW,JangYH,JeongYK.AdsorptionkineticsandbehavioroftwocellobiohydrolasesfiomTrichodermareeseionmicrocrystallinecellulase.BiotechnolApplBiochem,1998,27:97.ABSTRACT3temperatureofburningzone(TB)inthereactorissetup.Thesemethodsareusedtopredictcompositionofthefeedgasf

21、ormethanolsynthesis,whichisingoodagreementwiththeresultofexperiment.Keywords:catalyticreformingofnaturalgas,autothermal,thermodynamicsStudyonIntelligentIdentificationofFlowRegimeofOil-Gas-WaterMultiphaseFlowbyGenetic-MarquardtAlgorithmWuHaojiang,ZhouFangde(XianJiaotongUniversity,Xian710049)Nowadaysi

22、thasfocusedmoreandmorepeoplesattentiononusingMarquardtalgorithmtomodifyBPneuralnetwork,buttheinitialweightsofthemodifiedneuralnetworkisselectedAsinappropriateselectionoftheinitialweightswillhaveseriousinfluenceontheofnetwork,genetical2gorithmandMarquardtalgorithmarecombined,firstlythesearchforopti2m

23、umisusedtosearchfortheoptimalinitialweightsof,algorithmisusedtomakeweightsofnetworkconvergetooptimum.identificationofflowregimeofoil2gas2watermultiphaseflow.thatstudymodeleffectivelyandhavemeritssuchasstabletrainingandthismethodisespeciallysuitableforthefieldssuchasflowregimenetworkisrelativelymoder

24、ate.Keywords:genetic,optimization,neuralnetwork,multiphaseflow,flowregimeidentificationStudyonVelocityProfileandInterfaceShearForceintheStratifiedLiquid-LiquidFlowSystemSunJinsheng,ZhangLuhong,LiXingang(ChemicalEngineeringResearchCenter,TianjinUniversity,Tianjin300072)DongDayong(BeijingEngineeringDe

25、signInstituteofSINOPEC)Intheimmisciblestratifiedliquid2liquidflowsystembetweentwoparallelplateswithagreatdifferencebe2tweenthetwophasesviscosity,aslidewouldappearneartheinterface.Theshearforceisuncontinuousneartheinterface,andtheinterfaceshearforceinthelightphaseisfarlargerthanthatintheheavyphase.Ap

26、a2rameterisintroducedtodeducethevelocityprofilemodel,andthecalculatedresultscoincidewiththeexperi2mentaldata.Keywords:stratifiedliquid2liquidflow,velocityprofile,interfaceshearforceStudyonAdsorptionPerformanceofBSAinStreamlineDEAEandDEAESepharoseFFAdsorbentsHuHongbo,YaoShanjing,ZhuZiqing(Instituteof

27、BiochemicalEngineering,DepartmentofChemicalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027)AdsorptionequilibriumandkineticswerestudiedforthebindingofBovineSerumAlbumintoStreamline4CHEMICALEMGINEERING(CHINA)Vol.29,No.1,2001DEAEandDEAESepharoseFF.ThestaticadsorptionperformanceinStreamlineDEAEwassimilart

28、othatofinDEAESepharoseFF,whilethedynamicadsorptioncharacteristicsweredifferent.Amodelfordescribingthedynamicadsorptionwaspresented,andthefilmdiffusioncoefficientsandporediffusioncoefficientswerede2terminedusingthismodelandthedynamicadsorptiondata.Keywords:expandedbedadsorption,ionexchange,diffusionc

29、oefficient,BSAWastewaterReuseandDevelopingTendencyofRefineryKangShoufang,YanGuangxu,MaXueliang(EnvironmentalEngineeringResearchInstitute,FushunPetroleumInstitute,Fushun113001)SunTieheng(InstituteofAppliedEcologyAcademiaSinica)Currentsituationofwastewaterreuseinrefinerybothandbasicreusewaysofwastewat

30、erwerediscussed.Accordingtoandthequalityrequirementsofreusewater,thetechnologicalandreusewasanalyzed.AndtheconcreteadviceonvariousreusewayofThetrendsofdevelopmentwerealsopredicted.Keywords:,ABasicStudyonMicroporeMembraneEmulsificationLuoGuangsheng,PuYu,SunYong,WangJiading(DepartmentofChemicalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084)Amembraneemulsionprocesshasbeencarriedoutwithwater/n2butanolandwater/keroseneasworkingsystemsina0.2mmicroporeceramicmembrane,andsodiumdodecylsulfonateandSpan85wereusedasemul2sifiers.Theeffe