《分離技術(shù)概論》親和膜印跡

分離技術(shù)——親和膜、分子印跡、敏感膜浙江大學(xué)材料與化工學(xué)院陳歡林教授、張林博士chenhl@linzhang@主要內(nèi)容親和膜親和膜分離過程與構(gòu)成親和膜制備分子印跡分子印跡原理分子印跡膜的制備敏感膜膜分離和親和色譜的比較

膜分離親和色譜

原理利用膜孔徑大小利用化學(xué)和生物特異性相互作用

過程為低壓、可連續(xù)操作低、中、高壓都有，為斷續(xù)式操作

介質(zhì)板式、卷式、中空纖維式超濾或微孔濾膜擔(dān)體、填料，在柱中進(jìn)行

規(guī)模處理量大，可達(dá)克、甚至公斤級(jí)處理量小，大多為mg級(jí)，制備級(jí)可達(dá)克級(jí)

成本相對(duì)較低很高

設(shè)備較簡(jiǎn)單較復(fù)雜

速度快較慢

產(chǎn)物純度相對(duì)較低純度很高親和膜分離過程親和膜的構(gòu)成L:Ligand;M:Matrix;S:Spacearm親和膜材料纖維素膜、聚酰胺膜、聚砜膜，聚烯烴膜；甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、全氟聚合物等；聚醚脲烷類膜（poly(ether-urethane-urea)和凝膠-纖維玻璃膜。

親和膜基質(zhì)的特征

孔隙率高內(nèi)外表面積大和開放疏松的孔結(jié)構(gòu)機(jī)械性能穩(wěn)定一定的親水性非特異性吸附低可反應(yīng)性基團(tuán)存在結(jié)合容量高耐溶劑沖洗成本低

合成親和膜的特性

高選擇性和特異性高蛋白質(zhì)回收率保證蛋白質(zhì)與酶的活性穩(wěn)定性好表面不帶電荷非特異性吸附低高吸附容量

親和配基與配體的相互作用

W(%)C

FONbenzene－CH3,－CH2，C－OH—CF2，C＝O，O－C－OUnmodificated55.4(285.00)26.79(286.48)40.70(290.92)32.51Alkalimodificated55.931.113.0－(285.04)40.41(286.56)28.19(290.65)31.4HECmodificated61.426.911.7－(284.82)45.58(286.49)29.51(290.43)24.91HDAgrafted56.321.818.73.2(284.61)31.71(285.95)53.91(289.73)14.38Affinitymembrane57.523.016.53.0(285.09)55.98(286.38)20.90(289.77)23.12changesofthechemicalstructureofthemembranessurfacechangesoftheoxygengroupofthemembranesurface

W(%)O＝C(531.6)HO－C(532.9)C－O－C(534.3)Unmodificated(531.38)50.26(532.51)49.74－Alkalimodificated(532.38)70.47(532.38)70.47(533.84)29.53HECmodificated(531.58)43.18(533.21)56.82－HDAgrafted(532.12)100(532.12)100－Affinitymembrane(530.73)20.39(532.17)79.61－

親和膜的制備過程活化方法環(huán)氧氯丙烷活化法1,1’-羰基雙咪唑（CDI）法三氯三嗪法過碘酸鈉法戊二醛法雙環(huán)氧試劑活化法環(huán)氧氯丙烷活化法1,1’-羰基雙咪唑（CDI）法三氯三嗪法過碘酸鈉法戊二醛法雙環(huán)氧試劑活化法間隔臂當(dāng)配基為小分子而純化對(duì)象為大分子時(shí)，需用間隔臂；可減小空間位阻，增大親和容量；間隔臂一般為基質(zhì)與配基間的長鏈分子；間隔臂長度要適當(dāng)，過短起不到減小空間位阻的作用，過長會(huì)彎曲封閉膜上的相鄰的活性位；一般取含六個(gè)碳原子的化合物：己二胺、6-氨基己酸等。

疏水性間隔臂己二胺親水性間隔臂

1，3-二氨基-2-丙醇、小肽、低聚甘氨酸聚（L-賴氨酸）等。間隔臂的親、疏水性對(duì)配基的親和力大小及特異性吸附能力影響。

間隔臂種類配基的種類

生物特異性配基生物特異性配基是指利用自然界中特異性相互作用生物物質(zhì)對(duì)之一做配基，如酶-底物、酶-抑制劑、激素-互補(bǔ)接受體、抗體-抗原等?；鶊F(tuán)特異性配基

基團(tuán)特異性配基是指對(duì)具有某一類基團(tuán)或結(jié)構(gòu)的生物大分子均有特異性作用的配基，如氨基酸、蛋白質(zhì)A、活性染料、金屬螯合離子等。

配基的特色生物特異性配基選擇性很高，純化倍數(shù)高，但缺點(diǎn)是來源缺乏，費(fèi)用高，生物、化學(xué)穩(wěn)定性差，在固載化中難于保持活性，多需預(yù)純化，工業(yè)化難度大?；鶊F(tuán)特異性配基純化倍數(shù)不如生物特異性配基，而有些則有毒性如人工合成的活性染料類配基。在基團(tuán)特異性配基中氨基酸配基引人注目，因其價(jià)廉無毒性，使用起來安全可靠。親和膜分離親和純化過程:上樣、洗滌、洗脫和再生四個(gè)步驟。親和膜吸附與脫附方式C-濃縮室；D-脫鹽室親和膜吸附分離過程

親和膜用于血漿純化需解決的問題特異性、毒性、配基泄露及高成本等。應(yīng)用于血漿中的親和純化介質(zhì)（微球或膜）必須對(duì)目標(biāo)物具有高的容量、選擇性、生物相容性，不能激活凝血系統(tǒng)或補(bǔ)體系統(tǒng)；親和介質(zhì)必須穩(wěn)定（介質(zhì)必須耐受沖洗及衛(wèi)生處理過程），防止配基泄露或有毒降解物的產(chǎn)生；在洗滌和洗脫中使用的緩沖液不能導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，選擇價(jià)格和特異性都比較適宜的配基。

親和膜的種類及比較種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

平板親和膜自上而下比較均一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，容量小，放大時(shí)操作壓降較大

中空纖維容量大，效率高，放大時(shí)可通過增加管數(shù)來實(shí)現(xiàn)，而不會(huì)增加操作壓降，因而便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)、自動(dòng)、規(guī)模化操作由于管軸在膜向與徑向上存在流速分布，流速不同會(huì)導(dǎo)致親和吸附的不均勻。同時(shí)中空纖維親和膜在制備上還存在一些問題尚需解決親和膜的未來開發(fā)大量合適的合成配基以滿足需要，達(dá)到快速純化和獲得更高的純度；特別是構(gòu)建肽配基，以代替血漿純化中的抗體配基，從而降低成本，提高產(chǎn)品純度和產(chǎn)率；開發(fā)出的免疫功能膜分子印跡什么是分子印跡分子印跡也叫分子模板技術(shù)，源于20世紀(jì)40年代的免疫學(xué)；抗體在形成時(shí)，其三維結(jié)構(gòu)可能與抗原形成多重作用位點(diǎn)，抗原作為一種模板而“鑄造”在抗體的結(jié)合部位；(該理論被否定)當(dāng)模板分子與聚合物單體接觸時(shí)會(huì)形成多重作用點(diǎn)，通過聚合過程，這種作用就會(huì)被記憶下來，當(dāng)模板分子除去后，聚合物中形成了與模板分子空間構(gòu)型相匹配的具有多重作用點(diǎn)的空穴，該空穴將對(duì)模板分子及其相似物具有選擇和識(shí)別特性。分子印跡技術(shù)的原理與步驟共價(jià)鍵法非共價(jià)鍵法印跡分子作用機(jī)理Possibleroleofthetemplate-specificchannelsinmolecularrecognition印跡聚合物的制備過程1）選擇單體合理地選取或人為合成具有特殊官能團(tuán)的單體和基質(zhì)單體，所選擇的官能團(tuán)單體應(yīng)該能和印跡分子存在較強(qiáng)的相互作用；2）模板聚合在印跡分子存在的條件下，對(duì)單體進(jìn)行模板聚合，形成具有特定空間構(gòu)象的選擇性識(shí)別位點(diǎn)聚合物；3）造?；蛑颇?/p>

采用干（或）濕法相轉(zhuǎn)移法將聚合物制備成膜或顆粒；4）洗脫反復(fù)洗滌，將占據(jù)在識(shí)別位點(diǎn)上的絕大部分印跡分子洗脫出來；5）干燥在適當(dāng)溫度下對(duì)印跡分子聚合物制膜或顆粒進(jìn)行真空干燥等后處理；6）應(yīng)用利用制得的基質(zhì)，開展對(duì)印跡分子及其結(jié)構(gòu)較為相似分子的檢測(cè)、分離與純化等應(yīng)用研究。SchemeoftheimprintingpolmerizationTemplatemolecules(T)bindpolmerizable

moleculerwiththeappropriatefunctionalgroupsfromatemplate/bindinggroupcomplexTemplatebinding:inducesopeningofgatesfortransportofmoleculesandionsthroughtheMIP

Schematicrepresentationofthemolecularimprintedpolymers分子印跡技術(shù)的發(fā)展前景該技術(shù)還有一些有待解決的問題。由于在印跡高聚物內(nèi)部存在擴(kuò)展阻力導(dǎo)致了印跡分子與識(shí)別位點(diǎn)結(jié)合的困難和結(jié)合速率降低，使得對(duì)待分離溶液的處理效率不高，此外由于目前制備技術(shù)的局限，使得所結(jié)合的印跡分子的種類有限，單體選擇也具有一定局限性。盡管如此，分子印跡技術(shù)還是具有十分誘人的發(fā)展前景，將在諸多領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。氧化還原敏感性單體