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1、第10章其他分离技术亲和膜、分子印迹、敏感膜亲和膜、分子印迹、敏感膜浙江大学材料与化工学院陈欢林教授、张林博士主要内容主要内容亲和膜亲和膜1.亲和膜分离过程与构成亲和膜分离过程与构成2.亲和膜制备亲和膜制备分子印迹分子印迹1.分子印迹原理分子印迹原理2.分子印迹膜的制备分子印迹膜的制备敏感膜敏感膜 膜分离和亲和色谱的比较膜分离和亲和色谱的比较 膜分离膜分离 亲和色谱亲和色谱原理利用膜孔径大小利用化学和生物特异性相互作用过程为低压、可连续操作低、中、高压都有，为断续式操作介质板式、卷式、中空纤维式超滤或微孔滤膜担体、填料，在柱中进行规模处理量大，可达克、甚至公斤级处理量小，大多为mg级，制备级可
2、达克级成本相对较低很高设备较简单较复杂速度快较慢产物纯度相对较低纯度很高亲和膜分离过程亲和膜的构成亲和膜的构成L:Ligand;M:Matrix;S:Space arm亲和膜材料亲和膜材料纤维素膜、聚酰胺膜、聚砜膜，聚烯烃膜；甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、全氟聚合物等；聚醚脲烷类膜（poly(ether-urethane-urea)和凝胶-纤维玻璃膜。亲和膜基质的特征亲和膜基质的特征 1.孔隙率高孔隙率高2.内外表面积大和开放疏松的孔结构内外表面积大和开放疏松的孔结构3.机械性能稳定机械性能稳定4.一定的亲水性一定的亲水性5.非特异性吸附低非特异性吸附低6.可反应性基团存在可反应性基团存在7.结合容
3、量高结合容量高8.耐溶剂冲洗耐溶剂冲洗9.成本低成本低 合成亲和膜的特性合成亲和膜的特性 1.高选择性和特异性高选择性和特异性2.高蛋白质回收率高蛋白质回收率3.保证蛋白质与酶的活性保证蛋白质与酶的活性4.稳定性好稳定性好5.表面不带电荷表面不带电荷6.非特异性吸附低非特异性吸附低7.高吸附容量高吸附容量 亲和配基与配体的相互作用亲和配基与配体的相互作用 W(%)CFONbenzeneCH3,CH2，COHCF2，CO，OCOUnmodificated55.438.35.60.6(285.00)26.79(286.48)40.70(290.92)32.51Alkalimodificated55
4、.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)23.12changes of the chemical structure of the membranes su
5、rfacechanges of the oxygen group of the membrane surface W(%)OC(531.6)HOC(532.9)COC(534.3)Unmodificated(531.38)50.26(532.51)49.74Alkalimodificated(532.38)70.47(532.38)70.47(533.84)29.53HECmodificated(531.58)43.18(533.21)56.82HDAgrafted(532.12)100(532.12)100Affinitymembrane(530.73)20.39(532.17)79.61
6、亲和膜的制备过程亲和膜的制备过程活化方法活化方法1.环氧氯丙烷活化法环氧氯丙烷活化法2.1,1-羰基双咪唑（羰基双咪唑（CDI）法法3.三氯三嗪法三氯三嗪法4.过碘酸钠法过碘酸钠法5.戊二醛法戊二醛法双环氧试剂活化法双环氧试剂活化法环氧氯丙烷活化法环氧氯丙烷活化法1,1-羰基双咪唑（CDI）法三氯三嗪法三氯三嗪法过碘酸钠法过碘酸钠法戊二醛法戊二醛法双环氧试剂活化法双环氧试剂活化法间隔臂间隔臂当配基为小分子而纯化对象为大分子时，需用间隔臂；可减小空间位阻，增大亲和容量；间隔臂一般为基质与配基间的长链分子；间隔臂长度要适当，过短起不到减小空间位阻的作用，过长会弯曲封闭膜上的相邻的活性位；一般取含六
7、个碳原子的化合物：己二胺、6-氨基己酸等。疏水性间隔臂己二胺亲水性间隔臂1，3-二氨基-2-丙醇、小肽、低聚甘氨酸聚（L-赖氨酸）等。间隔臂的亲、疏水性对配基的亲和力大小及特异性吸附能力影响。间隔臂种类间隔臂种类配基的种类配基的种类 生物特异性配基生物特异性配基是指利用自然界中特异性相互作用生物物质对之一做配基，如酶-底物、酶-抑制剂、激素-互补接受体、抗体-抗原等。基团特异性配基基团特异性配基是指对具有某一类基团或结构的生物大分子均有特异性作用的配基，如氨基酸、蛋白质A、活性染料、金属螯合离子等。配基的特色配基的特色生物特异性配基选择性很高，纯化倍数高，但缺点是来源缺乏，费用高，生物、化学稳
8、定性差，在固载化中难于保持活性，多需预纯化，工业化难度大。基团特异性配基纯化倍数不如生物特异性配基，而有些则有毒性如人工合成的活性染料类配基。在基团特异性配基中氨基酸配基引人注目，因其价廉无毒性，使用起来安全可靠。亲和膜分离亲和膜分离亲和纯化过程:上样、洗涤、洗脱和再生四个步骤。亲和膜吸附与脱附方式亲和膜吸附与脱附方式 C-浓缩室；D-脱盐室亲和膜吸附分离过程 亲和膜用于血浆纯化需解决的问题亲和膜用于血浆纯化需解决的问题特异性、毒性、配基泄露及高成本等。1.应用于血浆中的亲和纯化介质（微球或膜）必须对目标物具有高的容量、选择性、生物相容性，不能激活凝血系统或补体系统；2.亲和介质必须稳定（介质
9、必须耐受冲洗及卫生处理过程），防止配基泄露或有毒降解物的产生；3.在洗涤和洗脱中使用的缓冲液不能导致蛋白质变性，4.选择价格和特异性都比较适宜的配基。亲和膜的种类及比较种类优点缺点平板亲和膜自上而下比较均一，结构简单，成本低，容量小，放大时操作压降较大中空纤维容量大，效率高，放大时可通过增加管数来实现，而不会增加操作压降，因而便于实现连续、自动、规模化操作由于管轴在膜向与径向上存在流速分布，流速不同会导致亲和吸附的不均匀。同时中空纤维亲和膜在制备上还存在一些问题尚需解决亲和膜的未来亲和膜的未来开发大量合适的合成配基以满足需要，达到快速纯化和获得更高的纯度；特别是构建肽配基，以代替血浆纯化中的抗
10、体配基，从而降低成本，提高产品纯度和产率；开发出的免疫功能膜分子印迹什么是分子印迹分子印迹也叫分子模板技术，源于分子印迹也叫分子模板技术，源于20世纪世纪40年代的年代的免疫学；免疫学；抗体在形成时，其三维结构可能与抗原形成多重作抗体在形成时，其三维结构可能与抗原形成多重作用位点，抗原作为一种模板而用位点，抗原作为一种模板而“铸造铸造”在抗体的结在抗体的结合部位；合部位；(该理论被否定该理论被否定)当模板分子与聚合物单体接触时会形成多重作用点，当模板分子与聚合物单体接触时会形成多重作用点，通过聚合过程，这种作用就会被记忆下来，当模板通过聚合过程，这种作用就会被记忆下来，当模板分子除去后，聚合物
11、中形成了与模板分子空间构型分子除去后，聚合物中形成了与模板分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空穴，该空穴将对模板相匹配的具有多重作用点的空穴，该空穴将对模板分子及其相似物具有选择和识别特性。分子及其相似物具有选择和识别特性。分子印迹技术的原理与步骤分子印迹技术的原理与步骤共价键法共价键法非共价键法非共价键法印迹分子作用机理印迹分子作用机理Possible role of the template-specific channels in molecular recognition印迹聚合物的制备过程印迹聚合物的制备过程1）选择单体）选择单体合理地选取或人为合成具有特殊官能团的单体和基质单体，
12、所选择的官能团单体应该能和印迹分子存在较强的相互作用；2）模板聚合）模板聚合在印迹分子存在的条件下，对单体进行模板聚合，形成具有特定空间构象的选择性识别位点聚合物；3）造粒或制膜）造粒或制膜 采用干（或）湿法相转移法将聚合物制备成膜或颗粒；4）洗脱）洗脱反复洗涤，将占据在识别位点上的绝大部分印迹分子洗脱出来；5）干燥）干燥在适当温度下对印迹分子聚合物制膜或颗粒进行真空干燥等后处理；6）应用）应用利用制得的基质，开展对印迹分子及其结构较为相似分子的检测、分离与纯化等应用研究。Scheme of the imprinting polmerizationTemplate molecules(T)bi
13、nd polmerizable moleculer with the appropriate functional groups from a template/binding group complex Template binding:induces opening of gates for transport of molecules and ions through the MIP Schematic representation of the molecular imprinted polymers分子印迹技术的发展前景分子印迹技术的发展前景该技术还有一些有待解决的问题。由于在印迹高
14、聚物内部存在扩展阻力导致了印迹分子与识别位点结合的困难和结合速率降低，使得对待分离溶液的处理效率不高，此外由于目前制备技术的局限，使得所结合的印迹分子的种类有限，单体选择也具有一定局限性。尽管如此，分子印迹技术还是具有十分诱人的发展前景，将在诸多领域获得更广泛的应用。氧化还原敏感性单体 温度与温度与pH敏感性凝胶相变敏感性凝胶相变均聚物及其接枝聚合物凝胶均聚物及其接枝聚合物凝胶 凝胶膜对溶质的通透性凝胶膜对溶质的通透性接枝多孔刷膜对水和溶质的渗透特性接枝多孔刷膜对水和溶质的渗透特性 凝胶膜对水与色氨酸的渗透特性接枝葡萄糖的pH敏感膜对胰岛素的通透性紫外光敏感膜的孔径变化 敏感性分离膜的作用机理温度敏感膜的作用机理溶剂及浓度变化对膜孔径的影响敏感膜的发展前景有关pH、温度、浓度等的检测;某些离子的定向补充；替代具有调节功能的医用材料；自动开启功能材料；微胶囊药物。