生物制药工艺及设备知识梳理题库

生物制药工艺及设备知识梳理题库姓名_________________________地址_______________________________学号______________________密封线1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.生物制药工艺中的发酵过程通常使用的微生物是：

A.酵母菌

B.细菌

C.真菌

D.以上都是

2.以下哪项不是生物制药工艺中常用的纯化方法：

A.离心

B.沉淀

C.超滤

D.溶剂萃取

3.生物反应器的主要作用是：

A.提供生物反应环境

B.提供能量

C.提供物质

D.以上都是

4.以下哪种设备在生物制药工艺中用于细胞培养：

A.发酵罐

B.超滤装置

C.离心机

D.生物反应器

5.生物制药工艺中，用于蛋白质纯化的常用方法不包括：

A.盐析

B.离子交换

C.水解

D.膜分离

6.以下哪种设备在生物制药工艺中用于细胞裂解：

A.离心机

B.超滤装置

C.生物反应器

D.超声波破碎仪

7.生物制药工艺中，用于去除杂质的常用方法不包括：

A.离心

B.沉淀

C.超滤

D.溶剂萃取

8.以下哪种设备在生物制药工艺中用于细胞培养的供氧：

A.发酵罐

B.超滤装置

C.离心机

D.气体混合器

答案及解题思路：

1.答案：D

解题思路：生物制药工艺中，发酵过程通常使用酵母菌、细菌和真菌等微生物，因此选择D项“以上都是”。

2.答案：D

解题思路：生物制药工艺中常用的纯化方法包括离心、沉淀和超滤，而溶剂萃取不是常见的纯化方法，因此选择D项。

3.答案：D

解题思路：生物反应器的主要作用是提供生物反应环境，同时也提供能量和物质，因此选择D项。

4.答案：D

解题思路：在生物制药工艺中，用于细胞培养的设备是生物反应器，因此选择D项。

5.答案：C

解题思路：生物制药工艺中，用于蛋白质纯化的常用方法包括盐析、离子交换和膜分离，而水解不是纯化方法，因此选择C项。

6.答案：D

解题思路：在生物制药工艺中，用于细胞裂解的设备是超声波破碎仪，因此选择D项。

7.答案：D

解题思路：生物制药工艺中，用于去除杂质的常用方法包括离心、沉淀和超滤，而溶剂萃取不是常用方法，因此选择D项。

8.答案：A

解题思路：在生物制药工艺中，用于细胞培养的供氧设备是发酵罐，因此选择A项。二、填空题1.生物制药工艺中的发酵过程主要依靠__________进行。

答案：微生物代谢

解题思路：发酵过程通常是由微生物通过代谢活动产生的，这些微生物如细菌、真菌等能够利用原料产生有价值的代谢产物，如抗生素、疫苗等。

2.生物制药工艺中，蛋白质的纯化过程通常包括__________、__________和__________等步骤。

答案：粗分离、纯化、结晶

解题思路：蛋白质的纯化是一个复杂的过程，通常包括将目标蛋白质从复杂混合物中分离出来（粗分离），然后通过特定的方法（如亲和层析、离子交换层析等）进行纯化，最后通过结晶获得高纯度的蛋白质。

3.生物反应器的主要功能是提供__________和__________。

答案：适宜的物理环境和适宜的化学环境

解题思路：生物反应器是为了实现生物转化过程而设计的设备，它必须提供微生物或细胞生长所需的物理条件（如温度、pH、搅拌等）和化学条件（如营养物质的供应、氧气的供应等）。

4.在生物制药工艺中，细胞培养常用的培养基类型有__________和__________。

答案：合成培养基和天然培养基

解题思路：细胞培养是生物制药工艺中的关键步骤，培养基是细胞生长和代谢所需的基本物质。合成培养基由已知成分组成，易于质量控制；天然培养基则含有细胞生长所需的各种复杂成分，但成分不易确定。

5.生物制药工艺中，用于细胞裂解的常用方法有__________、__________和__________。

答案：机械法、渗透压法、超声波法

解题思路：细胞裂解是为了释放细胞内产物，常用的方法包括机械法（如超声波、玻璃匀浆器等）、渗透压法（如溶菌酶处理等）和超声波法（如使用超声波细胞破碎仪等）。这些方法能够破坏细胞膜，释放细胞内容物。三、判断题1.生物制药工艺中的发酵过程不需要严格控制温度和pH值。（×）

解题思路：在生物制药工艺中，发酵过程是生物合成药物的关键步骤，需要严格控制温度和pH值以保证微生物的活性和代谢过程的正常进行。温度和pH值的波动会导致微生物生长不良或代谢产物积累减少，从而影响产品的质量和产量。

2.生物制药工艺中，蛋白质的纯化过程可以通过盐析实现。（√）

解题思路：盐析是一种常用的蛋白质纯化方法，通过改变溶液的离子强度，可以使蛋白质从溶液中沉淀出来。该方法操作简单，成本较低，适用于大量蛋白质的初步纯化。

3.生物反应器可以用于细胞培养和发酵过程。（√）

解题思路：生物反应器是生物制药工艺中用于细胞培养和发酵的重要设备。它能够为微生物或细胞提供一个稳定的生长环境，保证生物合成过程的顺利进行。

4.在生物制药工艺中，细胞培养的培养基类型一种。（×）

解题思路：在生物制药工艺中，细胞培养的培养基类型有很多种，如基础培养基、完全培养基、半合成培养基等。不同类型的培养基适用于不同种类细胞的需求，以满足其生长和代谢需求。

5.生物制药工艺中，用于细胞裂解的常用方法有超声波破碎、酶解和机械破碎。（√）

解题思路：细胞裂解是生物制药工艺中的重要步骤，用于释放细胞内物质。超声波破碎、酶解和机械破碎是常用的细胞裂解方法。这些方法可以有效地打破细胞壁和膜，使细胞内容物得以释放，从而为后续的蛋白质提取等步骤提供便利。四、简答题1.简述生物制药工艺中的发酵过程。

解题思路：首先概述发酵的定义，然后详细说明发酵过程的主要步骤，包括菌种选择、种子培养、发酵过程控制、产物提取等。

答案：

生物制药工艺中的发酵过程包括以下步骤：

1.菌种选择：根据需要生产的药物选择合适的微生物菌株。

2.种子培养：在适宜的条件下培养菌种，获得一定量的种子液。

3.发酵过程控制：在发酵罐中进行，包括温度、pH、溶氧等参数的调节。

4.产物提取：发酵结束后，通过过滤、离心等手段提取目标产物。

2.简述生物制药工艺中蛋白质的纯化过程。

解题思路：先说明蛋白质纯化的目的，然后列出常见的纯化步骤，如预纯化、离子交换层析、亲和层析等。

答案：

生物制药工艺中蛋白质的纯化过程通常包括以下步骤：

1.预纯化：初步去除不溶性杂质和细胞碎片。

2.离子交换层析：根据蛋白质电荷的不同进行分离。

3.亲和层析：利用蛋白质与特定配体的特异性结合进行分离。

4.高效液相色谱：对蛋白质进行最后的纯化和浓度调整。

3.简述生物反应器的主要功能。

解题思路：描述生物反应器在生物制药工艺中的作用，包括提供稳定的培养环境、控制发酵条件等。

答案：

生物反应器的主要功能包括：

1.提供稳定的培养环境，如温度、pH、溶氧等。

2.控制发酵条件，如搅拌、通气、加料等。

3.实现大规模培养，提高生产效率。

4.实现连续化生产，降低生产成本。

4.简述生物制药工艺中细胞培养的培养基类型。

解题思路：介绍细胞培养培养基的种类，包括合成培养基、天然培养基和半合成培养基。

答案：

生物制药工艺中细胞培养的培养基类型包括：

1.合成培养基：完全由人工合成的营养成分组成。

2.天然培养基：主要成分为动物组织提取液。

3.半合成培养基：结合合成和天然成分，如添加血清、血浆等。

5.简述生物制药工艺中用于细胞裂解的常用方法。

解题思路：列举常用的细胞裂解方法，如超声波处理、化学裂解、机械裂解等，并简要说明其原理。

答案：

生物制药工艺中用于细胞裂解的常用方法包括：

1.超声波处理：利用超声波振动破坏细胞膜，使细胞内容物释放。

2.化学裂解：使用化学试剂破坏细胞膜，如溶菌酶、SDS等。

3.机械裂解：通过物理力量破坏细胞，如研磨、破碎等。五、论述题1.论述生物制药工艺中发酵过程对温度和pH值的要求。

发酵过程中的温度控制：

发酵温度是影响微生物生长和代谢的关键因素，通常细菌的发酵温度在3037℃之间，真菌的发酵温度在2530℃之间。

温度对发酵产物的影响：不同微生物对温度的敏感性不同，适当的温度可以促进菌种的生长和产物的合成。

发酵过程中的pH值控制：

pH值对微生物的生长和代谢具有显著影响，大多数微生物的最适pH值在6.57.5之间。

pH值对发酵产物的影响：发酵过程中，pH值的变化会影响产物的稳定性、纯度和产量。

2.论述生物制药工艺中蛋白质纯化过程中盐析的作用。

盐析的原理：

盐析是指在一定浓度的盐溶液中，蛋白质因盐浓度增加而溶解度降低，从而沉淀析出的过程。

盐析对蛋白质的影响：通过盐析可以使蛋白质从溶液中沉淀出来，便于后续的纯化处理。

盐析在蛋白质纯化中的应用：

提高蛋白质的纯度：盐析可以去除部分非特异性蛋白质，提高蛋白质的纯度。

降低蛋白质的变性：在适当的盐浓度下，可以降低蛋白质的变性程度，提高蛋白质的活性。

3.论述生物反应器在生物制药工艺中的应用。

生物反应器的分类：

按照反应器形状，可分为圆柱形、球形、碟形等。

按照控制方式，可分为机械搅拌式、空气提升式、酶固定化式等。

生物反应器在生物制药工艺中的应用：

优化发酵条件：生物反应器可以精确控制发酵过程中的温度、pH值、溶氧等条件，提高发酵效率。

提高生产规模：生物反应器可以实现大规模生产，满足市场需求。

4.论述生物制药工艺中细胞培养培养基的选择原则。

细胞培养培养基的选择原则：

满足细胞生长的基本需求：培养基中应含有适量的葡萄糖、氨基酸、维生素、矿物质等营养成分。

适当的pH值：pH值应接近细胞的生理pH值，通常在6.87.4之间。

无毒无害：培养基中不得含有对细胞有毒害作用的物质。

培养基的类型：

基础培养基：提供细胞生长的基本营养成分。

选择培养基：筛选特定类型的细胞，如抗性菌株、分化细胞等。

5.论述生物制药工艺中细胞裂解方法的选择原则。

细胞裂解方法的选择原则：

根据细胞类型选择裂解方法：不同的细胞类型，其裂解方法也有所不同。

最大限度地保持生物活性：在裂解过程中，尽量减少细胞生物活性的损失。

便于后续的纯化处理：裂解方法应有利于后续的纯化处理，如离心、过滤等。

常见的细胞裂解方法：

低温高速搅拌法：适用于悬浮细胞。

超声波裂解法：适用于各种细胞类型。

蛋白酶裂解法：适用于某些特定类型的细胞。

答案及解题思路：

答案：

1.发酵过程中的温度控制对微生物生长和代谢具有显著影响，最适温度为细菌3037℃，真菌2530℃；pH值对微生物的生长和代谢也有显著影响，最适pH值在6.57.5之间。

2.盐析可以使蛋白质从溶液中沉淀出来，提高蛋白质的纯度，降低蛋白质的变性程度。

3.生物反应器可以优化发酵条件，提高发酵效率，实现大规模生产。

4.细胞培养培养基的选择应满足细胞生长的基本需求，pH值在6.87.4之间，无毒无害。

5.细胞裂解方法的选择应根据细胞类型和裂解要求，尽可能减少生物活性损失，便于后续的纯化处理。

解题思路：

1.结合生物制药工艺中发酵过程的实际案例，阐述温度和pH值对微生物生长和代谢的影响。

2.结合蛋白质纯化过程中的实际案例，分析盐析对蛋白质纯度和活性的作用。

3.结合生物反应器在生物制药工艺中的应用案例，说明生物反应器在优化发酵条件、提高生产规模方面的作用。

4.结合细胞培养培养基的实际案例，阐述培养基选择的原则。

5.结合细胞裂解方法的选择原则，分析不同裂解方法的适用范围和优缺点。六、案例分析题1.案例一：某生物制药公司生产某药物，采用发酵法进行生产。请分析该生产过程中的关键环节及可能存在的问题。

关键环节：

1.菌种筛选与保藏：选择适合的菌种并进行严格保藏。

2.培养基配制与灭菌：制备营养丰富、无菌的培养基。

3.发酵罐操作：控制温度、pH值、溶氧量等关键参数。

4.产物提取与纯化：从发酵液中提取目标产物并进行纯化。

5.产品质量控制：检测产品质量，保证其符合国家标准。

可能存在的问题：

1.污染：发酵过程中可能发生细菌、霉菌或病毒污染。

2.pH值控制：pH值波动可能导致菌种死亡或产物降解。

3.溶氧控制：溶氧不足可能导致菌种生长受限，影响产物产量。

4.发酵效率：菌种功能、培养基成分等因素可能影响发酵效率。

5.设备故障：发酵罐、搅拌器等设备故障可能导致生产中断。

2.案例二：某生物制药公司生产某药物，采用细胞培养法进行生产。请分析该生产过程中的关键环节及可能存在的问题。

关键环节：

1.细胞株筛选与培养：选择并培养高表达量的细胞株。

2.细胞培养基与添加剂：提供适合细胞生长的营养和环境。

3.生物反应器操作：控制温度、pH值、气体供应等关键参数。

4.产物提取与纯化：从细胞培养液中提取目标产物并进行纯化。

5.产品质量控制：检测产品质量，保证其符合国家标准。

可能存在的问题：

1.细胞污染：可能发生细菌、病毒或真菌污染。

2.培养基污染：培养基成分不稳定或灭菌不彻底可能导致污染。

3.细胞生长不良：培养基、温度、pH值等因素可能导致细胞生长受限。

4.产物表达不稳定：基因工程改造可能导致产物表达不稳定。

5.设备故障：生物反应器、离心机等设备故障可能导致生产中断。

3.案例三：某生物制药公司生产某药物，采用蛋白质纯化法进行生产。请分析该生产过程中的关键环节及可能存在的问题。

关键环节：

1.样品预处理：去除杂质，如细胞碎片、脂质等。

2.离子交换层析：利用带电基质的电荷作用分离蛋白质。

3.亲和层析：利用蛋白质与配体的特异性相互作用分离蛋白质。

4.凝胶过滤层析：根据蛋白质分子量进行分离。

5.产品质量控制：检测产品质量，保证其符合国家标准。

可能存在的问题：

1.柱床污染：层析柱污染可能导致蛋白质纯化效率降低。

2.蛋白质降解：纯化过程中可能导致蛋白质降解。

3.蛋白质聚集：某些蛋白质在层析过程中可能发生聚集。

4.杂质残留：纯化过程中可能残留杂质。

5.设备故障：层析系统、离心机等设备故障可能导致生产中断。

答案及解题思路：

答案：

1.案例一：

关键环节：菌种筛选与保藏、培养基配制与灭菌、发酵罐操作、产物提取与纯化、产品质量控制。

可能存在的问题：污染、pH值控制、溶氧控制、发酵效率、设备故障。

2.案例二：

关键环节：细胞株筛选与培养、细胞培养基与添加剂、生物反应器操作、产物提取与纯化、产品质量控制。

可能存在的问题：细胞污染、培养基污染、细胞生长不良、产物表达不稳定、设备故障。

3.案例三：

关键环节：样品预处理、离子交换层析、亲和层析、凝胶过滤层析、产品质量控制。

可能存在的问题：柱床污染、蛋白质降解、蛋白质聚集、杂质残留、设备故障。

解题思路：

分析案例中涉及到的生物制药工艺，识别关键环节。

结合实际生产情况，分析可能存在的问题。

总结关键环节和潜在问题，为实际生产提供参考。七、设计题1.设计一个用于细胞培养的生物反应器。

a.选择合适的生物反应器类型（如搅拌式、气升式等）。

b.确定反应器的体积和结构设计。

c.设计合适的培养基和气体供应系统。

d.制定无菌操作流程和设备消毒方法。

2.设计一个用于蛋白质纯化的工艺流程。

a.确定蛋白质纯化的目标纯度和产量。

b.选择合适的纯化方法（如离子交换、亲和层析等）。

c.设计实验步骤，包括样品准备、洗脱、收集和纯化。

d.评估纯化效果，包括SDSPAGE、Westernblot等分析。

3.设计一个用于细胞裂解的实验方案。

a.选择合适的细胞裂解方法（如超声波、酶解等）。

b.确定裂解条件，如温度、时间、裂解剂浓度等。

c.设计裂解后细胞成分的收集和分离步骤。

d.评估裂解效果，如蛋白质浓度、DNA释放等指标。

4.设计一个用于生物制药工艺中发酵过程的温度和pH值控制方案。

a.确定发酵过程中温度和pH值的目标范围。

b.选择合适的温度和pH值控制系统（如温度控制器、pH电极等）。

c.设计控制策略，包括反馈控制、前馈控制等。

d.制定应急措施，如温度和pH值异常时的处理方法。

5.设计一个用于生物制药工艺中细胞培养的培养基配方。

a.确定细胞培养的需求，如营养、生长因子等。

b.选择合适的培养基类型（如合成培养基、天然培养基等）。

c.设计培养基配方，包括各种成分的浓度和比例。

d.评估培养基对细胞生长和蛋白表达的影响。

答案及解题思路：

1.答案：

a.选择搅拌式生物反应器。

b.反应器体积为10L，采用圆柱形结构。

c.设计含葡萄糖、氨基酸、维生素和微量元素的培养基。

d.制定无菌操作流程，包括设备消毒、人员消毒等。

解题思路：

根据细胞培养需求选择合适的反应器类型。

确定反应器体积以满足细胞生长需求。

设计