蛋白质在膨胀床吸附层析剂的静态和动态吸附性能

1、胡洪波等蛋白质在膨胀床吸附层析剂的静态和动态吸附性能37蛋白质在膨胀床吸附层析剂的静态和动态吸附性能胡洪波姚善泾朱自强(浙江大学化工学院生物化工研究所,杭州310027)以牛血清白蛋白(BSA)为目标蛋白,考察膨胀床用离子交换树脂StreamlineDEAE的静态和动态吸附性能,并和离子交换树脂DEAESepharoseFF进行比较,实验发现两者的静态吸附性能相似,而动态吸附性能差别较大。根据动态吸附数据计算出液膜扩散系数和孔内扩散系数关键词:膨胀床吸附离子交换扩散系数膨胀床吸附层析技术自90由于在减少操作步骤,用越来越广泛17StreamlineDEAE是AmershamPharmaciaB

2、iotech公司专门为膨胀床设计的弱阴离子交换层.1.2.1蛋白质含量的测定BSA用紫外分光光度法分析,波长为280nm。1.2.2静态吸附性能析介质,与常用的离子交换层析剂不同的是,它有一惰性石英砂内核,6%的交联琼脂糖被包在石英砂核外,并且其密度和粒径有一分布。在利用该层析剂进行分离时,研究静态和动态平衡吸附行为可以为考察层析剂对产物的吸附量和研究层析过程的传质速率,提供一些必要的参数。由于目前尚无计算具有粒径分布且含惰性内核吸附剂的吸附动力学模型和方法,给描述动态吸附过程带来了困难。本文拟以BSA为目标蛋白,研究其在Stream2lineDEAE上的静态和动态吸附性能,并与另一种层析剂D

3、EAESepharoseFF的吸附性能进行比较,试图建立起蛋白质在含惰性内核层析剂吸附性能的数学模型,计算吸附过程的平衡热力学参数和扩散系数。1实验材料及方法1.1实验材料BSA:华美生物工程公司;DEAESepharoseFF,StreamlineDEAE:瑞典A.PharmaciaBiotech用缓冲液配制8.0mg/mL的标准BSA溶液,把其稀释成不同浓度的溶液,取各浓度溶液15mL,置于25mL具塞锥形瓶内,加入1mL与缓冲液11混匀的吸附剂,置于恒温水浴1617h,让其达到平衡。将溶液离心,取上清液,测定BSA的浓度,再根据物料衡算求得吸附剂吸附的BSA量。1.2.3动态吸附性能研究

4、动态吸附实验装置如图1所示。将吸附池置于恒温水浴中,由一恒流泵连接吸附池和紫外检测仪。恒流泵以恒定的流速通过紫外检测仪的检测图1动态吸附实验装置示意图Fig.1Equipmentfordeterminingthedynamicadsorptionperformance公司;低温恒温槽:宁波市机电工业研究设计院;UV-1紫外检测仪:瑞典A.PharmaciaBiotech公国家自然科学基金重点项目(批准号:29736180)。胡洪波,29岁,博士。联系人。38化学工程2001年第29卷第1期池,再返回吸附池,如此循环,直到记录仪显示平衡已到达为止。2理论描述与数学模型2.1静态吸附方程对于任一粒

5、径的吸附剂,BSA在孔内扩散时的质量守恒式如下:2()(4)=D-1-+ttrr5r2对于蛋白质在层析剂上的吸附行为,Chase认为蛋白质A和配基L之间进行如下反应:A+LAL其反应速率可用下式表示:=k1C(qm-q)-k2qdt8团范围内，迷你是一个独特,独立的品牌。诞生于1959年的MINI，设计别树一格，1961年赛车工程师John Cooper将赛车血统注入汽车性能内，使实用别致的小车摇身变成赛车场上的传奇，自此成为英国车坛之宝。四十年来MINI售出超过500万以上，世界各地也有MINI车迷组织。BMW在买下MINI成为旗下的一个品牌之后，投注了上百万美元的研发经费，旧MINI时代已

6、结速，去年跟大家见面的新MINI 车系，名字一样，而设计却焕然一新，拾弃了经典的形象，换来新潮格调的设计与包装。二、保时捷保时捷公司的创始人费蒂南.保时捷在24岁时(1899年)已经发明了电动轮套马达，在第二年的巴黎国际展览会上，保时捷已经名扬四海。1915年他把电动轮套马达装上了火车，美国有一列超过一百米长的火车至今还装着这种电动马达。自1923年起，费蒂南.保时捷就在戴姆勒汽车厂做技术经理。1928年，他在那里发展了美采德丝.奔驰压缩机运动车SSK和SSKL型。1936年，贝嗯德.罗色美耶用保时捷设计的汽车联盟赛车22型，取得了比赛的胜利。1931年，在斯图加特创立了“保时捷博士股份公司”

7、，是为发动机和汽车制造进行设计的办公室，简称“保时捷办公室”，那一年他的扭棒悬挂技术注册了专利。费蒂南.保时捷作为发明家、设计师、机械师、司机、赛车运动员和总经理，经过多年的有成效的工作后，于56岁时开始了自己的独立事业。到1940年，这里的研究项目就不少于104项，这些项目主要是关于底盘、轮悬挂装置、操纵系统、传动系统、废气涡轮和拖拉机等。第二次世界大战以后，1948年，按照费蒂南.保时捷的儿子飞利.保时捷的计划，在肯屯制造了第一部以保时捷命名的汽车的样车356型。1951年近代汽车大师费蒂南.保时捷逝世。保时捷汽车厂坐落在德国的斯图加特市。保时捷跑车的装配大都是由手工操作来完成的，在整个装

8、配过程中不使用一台自动装置。一道工序以四五人为一组进行操作，每工作二小时小憩十分钟，六七道工序完成后由检验员进行严格的检验，合格后才能转入下一道工序。保时捷汽车具有鲜明的特色，甲壳虫式的车形，后置式发动机和优异的性能，令它很快成为知名的汽车。1963年法兰克福国际汽车展览会上，展示了保时捷911型，这个设计直到现在还有广泛的市场。它的车体设计者是飞利.保时捷的大儿子，费蒂南.阿乐桑德.保时捷，保时捷带后齿轮箱底盘和V-8发动机的928型，新技术955型，以及带电子调整的四轮驱动系统和无升力车身的911Carrera4型，是近几年来最重要的发展。此外，还有一大批委托发展项目。60年代末，飞利.保

9、时捷教授在德国威斯萨赫建立了保时捷研究发展中心。在那里，把保时捷公司的所有的研究发展工作综合在一起。1972年，在全新建的设计办公室、车间、试验台和检验室里，开始了研究中心的工作。经过有计划有系统的扩建，威斯萨赫的保时捷研究发展中心拥有世界最现代化的风洞室，环境保护测量中心，新的破坏试验设施和自己的试车路段，成为世界上对复杂研究发展项目的最著名的设计与测试基地。三、标致-雪铁龙标致汽车公司是世界十大汽车公司之一，法国最大的汽车集团公司。创立于1890年，创始人是阿尔芒标致。1976年标致公司吞并了法国历史悠久的雪铁龙公司，从而成为世界上一家以生产汽车为主，兼营机械加工、运输、金融和服务业的跨国

10、工业集团。标致汽车公司的总部在法国巴黎，汽车厂多在弗南修昆蒂省，雇员总数为 l l万人左右，年产汽 车220万辆。标致公司创始之初以生产自行车和三轮车为主，1891年开始涉足汽车领域并取得成功。由于不断采用新技术，公司的产量与日俱增。到第一次世界大战前，产量已超过法国所有的汽车生产厂家，达到一万两千辆。第一次世界大战中，阿尔芒标致及时调整经营战略，使标致公司在战争中发展起来，1939年年产汽车即达48万辆。标致公司的第二次大发展时期是二战后的50、60年代，汽车产量在20年间猛增十几倍，一跃成为法国第二大汽车公司。1976年，标致公司以自己的经济实力收购了经营不善的雪铁龙公司60的股份，从而扩

11、充了自己的实力。汽车总产量超过雷诺汽车公司而居法国第一。标致公司拥有92家国内公司和84家海外公司，海外公司以商业公司为主，工业公司不多，其中最大的海外工业公司有英国塔尔伯特和西班牙塔尔伯特汽车公司。本世纪80年代，标致公司和中国合作在广州建立合资企业，将标致504、505型汽车输入到中国。标致汽车产品从微型到豪华型都有，最受欢迎的是中型汽车。标致汽车的特点是寿命长质量好，它的205及309型汽车在历年的汽车拉力赛中独占整头。下属品牌：、标致狮子标致品牌的象征，从铸铁匠最初的设计到今天，经历了无数变化。最初象征刀锋质量的标致形象，现在成为一个无限追求高质量的企业的象征。2、雪铁龙雪铁龙汽车公司

12、是法国第三大汽车公司，它创立于1915年，创始人是安德列雪铁龙。主要产品是小客车和轻型载货车。雪铁龙公司总部设在法国巴黎。雇员总数为5万人左右，可年产汽车90万辆。雪铁龙公司创立之初，正是第一次世界大战最酣之时，因而其产品主要是炮弹和军事设备。直到一战结束之后，公司才开始从事汽车制造活动。1934年生产出法国第一辆前轮驱动汽车。雪铁龙公司是法国最早采用流水线生产的公司，因而在它成立仅仅6年，年产量即突破100万辆。1924年和1931一1932年安德列雪铁龙组织了雪铁龙汽车“亚洲之行”和“非洲之行”，又称“黄色旅行”和“黑色旅行”，使雪铁龙汽车名噪世界，销量也随之大增。1928年差别开始出现,

13、StreamlineDEAE比DEAESepharoseFF更快达到平衡,也说明了在相同琼脂糖量的情况下,Stream2lineDEAE能更快速地处理料液。在解前述的数学模型方程(4)(10)时,已注意到DEAESepharoseFF吸附剂具有相同粒径,即Ri为一固定值,r0i=0,计算得到简化。m,而StreamlineDEAE的颗粒直径为100300计算过程相对复杂,采用正交配置法在计算机上成功地解得了这一微分方程组。计算得到蛋白质在这两种吸附剂中的孔内扩散系数D和液膜扩散系数利用表中数据可计算吸附过程的热力学参数。其方法按照Kim等9所描述的,吸附过程的焓变可通过VantHoff方程求得

14、,40化学工程2001年第29卷第1期kf,两种吸附剂的液膜扩散系数均为0.006cm/s,Ci第i种吸附剂孔内蛋白质浓度,g/cmD孔内扩散系数,cm/s23而StreamlineDEAE和DEAESepharoseFF孔内扩散系数分别为7.010-6cm/s2和8.010-7cm/s2。同时用这些参数反算浓度与时间的关系,得到图6中直线,表明与实验结果符合很好。C3吸附平衡时溶液中的蛋白质浓度,g/mLG反应自由能变,kJ/molH反应焓变,kJ/molk1正向反应速率常数,cm3/(gs)k2反向反应速率常数,sKad平衡常数,L/molKd解离常数,g/mLkf液膜扩散系数,cm/sq

15、吸附剂吸附的蛋白质浓度,g/cmqm吸附剂最大吸附量,3q33-1图5吸附常数与温度的关系Fig.5Adsorptionconstantatthedifferenttemperature,g/mLr0iiRi,cm反应熵变,J/(molK)V溶液体积,cm3空隙率吸附剂体积,cm3i参考文献图6DEAESepharoseFF和StreamlineDEAE的动态吸附曲线Fig.6DynamicadsorptioncurvesofBSAintheDEAESepharoseFFandStreamlineDEAEadsorbents4结语考察了膨胀床离子交换层析介质StreamlineDEAE的静态和

16、动态吸附性能,并和常用的离子交换层析介质DEAESepharoseFF进行比较,发现两者静态吸附性能比较相似,而动态吸附性能差别较大。提出具有粒径分布和含有惰性内核吸附剂的吸附动力学模型,采用正交配置法,解得了微分方程组解,计算得到了两种吸附剂的液膜扩散系数和孔内扩散系数,其中两者的液膜扩散系数相等,而StreamlineDEAE的孔内扩散系数要大于DEAESepharoseFF。符号说明C蛋白质在液相主体浓度,g/mL1胡洪波,姚善泾,朱自强.生化分离的新技术扩张床吸附层析.化学工程,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