生物制药的基本技术精选课件.ppt

关于生物制药的基本关于生物制药的基本技术技术第一页，本课件共有52页第三章第三章 生物制药基本技术生物制药基本技术 生物制药生物制药是把生物体内的具有生物活性的基本物质，是把生物体内的具有生物活性的基本物质，保持原来的结构和功能保持原来的结构和功能，又能在含有多种物质的，又能在含有多种物质的液相或固液相或固相中较高纯度相中较高纯度的分离出来。它是一项严格、细致、复杂的的分离出来。它是一项严格、细致、复杂的工艺过程，涉及物理、化学、生物学、工程等方面的知识工艺过程，涉及物理、化学、生物学、工程等方面的知识和操作技术。和操作技术。1.1.中心的中心的问题问题：1、标准化方法？、标准化方法？2、如何发现或研制新药？、如何发现或研制新药？对于一个新研制的生物药物，从查阅文献开始，到探索实验、对于一个新研制的生物药物，从查阅文献开始，到探索实验、条件考察（记录客观）、总结制定工艺规程、制定分析鉴定方法，条件考察（记录客观）、总结制定工艺规程、制定分析鉴定方法，再进行中试放大，全面考察工艺是否成熟，是否稳定等。再进行中试放大，全面考察工艺是否成熟，是否稳定等。第二页，本课件共有52页1、提取法(Extraction)2、发酵法（Zymotechnics）3、化学合成（Chemical synthesize）4、组织培养法（Tissue culture）5、现代生物技术(Modern Biotechnics):Gene engineering,Enzyme engineering,Cell engineering,protein Engineering,Fermentation engineering 第三章第三章 生物制药基本技术生物制药基本技术2.基本制造方法基本制造方法第三页，本课件共有52页3.生化制药的六个阶段生化制药的六个阶段 1.原料的选择和预处理原料的选择和预处理 2.原料的粉碎原料的粉碎 3.提取：从原料中经溶剂分离有效成分，制成粗品的工提取：从原料中经溶剂分离有效成分，制成粗品的工 艺过程。艺过程。4.纯化：粗制品经盐析、有机溶剂沉淀、吸附、层析、纯化：粗制品经盐析、有机溶剂沉淀、吸附、层析、透析、超离心透析、超离心、膜分离、结晶等步骤进行精制的工艺、膜分离、结晶等步骤进行精制的工艺 过程。过程。5.浓缩、干燥及保存浓缩、干燥及保存 6.制剂：原料药（精制品）经精细加工制成片剂、针制剂：原料药（精制品）经精细加工制成片剂、针 剂、冻干剂、粉剂等供临床应用的各种剂型。剂、冻干剂、粉剂等供临床应用的各种剂型。第三章第三章 生物制药基本技术生物制药基本技术第四页，本课件共有52页 一一.Raw Material Selecting and Pretreatment 原料原料选择和预处理选择和预处理原料选择的基本准则原料选择的基本准则：1、在大量的信息资料和实践经验的基础上，选择目标原料。、在大量的信息资料和实践经验的基础上，选择目标原料。2、选择有效成分含量高的新鲜材料；、选择有效成分含量高的新鲜材料；3、来源丰富易得；、来源丰富易得；4、制造工艺简单易行；、制造工艺简单易行；5、成本比较低；、成本比较低；6、原料的采集不破坏生态环境、原料的采集不破坏生态环境,选择对环境友好的原材料资选择对环境友好的原材料资 源，防止生物入侵。源，防止生物入侵。第五页，本课件共有52页预处理方法预处理方法：1 1、动物组织先要剔除结缔组织、脂肪组织等非活性部分；植、动物组织先要剔除结缔组织、脂肪组织等非活性部分；植物种子去壳除脂；微生物要进行菌体与发酵液分离等基本物种子去壳除脂；微生物要进行菌体与发酵液分离等基本操作。便于贮存和运输。操作。便于贮存和运输。2 2、冷冻法预处理：有些材料要冷冻保存或低温保存，以便、冷冻法预处理：有些材料要冷冻保存或低温保存，以便抑制微生物和酶的作用。抑制微生物和酶的作用。3 3、有机溶剂除去部分水分：用丙酮或乙醇进行脱水和脱脂，有、有机溶剂除去部分水分：用丙酮或乙醇进行脱水和脱脂，有利于贮存。利于贮存。第六页，本课件共有52页二、原料的粉碎Comminution of Raw Material原料的粉碎原料的粉碎：在提取前先将大块的原料粉碎或绞碎成适度的粒度，或在提取前先将大块的原料粉碎或绞碎成适度的粒度，或将细胞破碎，使胞内活性物质充分释放到溶液中，有利于提取或吸将细胞破碎，使胞内活性物质充分释放到溶液中，有利于提取或吸附。附。动物脏器组织：常用绞肉机机械法粉碎；动物脏器组织：常用绞肉机机械法粉碎；植物肉质组织：常用磨碎法；植物肉质组织：常用磨碎法；微生物：常用自溶、冷热交替、加砂研磨、超声、加压等微生物：常用自溶、冷热交替、加砂研磨、超声、加压等 处理方法。处理方法。第七页，本课件共有52页1.1.机械法机械法：组织捣碎机、匀浆器、研钵、球磨机、万能粉碎机、绞肉组织捣碎机、匀浆器、研钵、球磨机、万能粉碎机、绞肉机、击碎机、刨片机。机、击碎机、刨片机。动物组织多在冰冻状态绞碎、溶浆。动物组织多在冰冻状态绞碎、溶浆。2.2.物理法物理法 A A、反复冻融法、反复冻融法：把待破碎的样品冷至把待破碎的样品冷至-20-20-15-15 ，使，使 之凝固，然后缓慢的溶解，如此反复操作，大部分动物性之凝固，然后缓慢的溶解，如此反复操作，大部分动物性 细胞及细胞内的颗粒可以破碎。细胞及细胞内的颗粒可以破碎。B B、冷热交替法：将材料投入沸水中，在、冷热交替法：将材料投入沸水中，在9090左右维持数左右维持数 分钟，立即置于冰浴中，使之迅速冷却，绝大部分细胞分钟，立即置于冰浴中，使之迅速冷却，绝大部分细胞 被破坏。此法多用于细菌或病毒中提取蛋白和核酸。被破坏。此法多用于细菌或病毒中提取蛋白和核酸。第八页，本课件共有52页 C、超声波处理法超声波处理法：多用于微生物材料，处理的效果与多用于微生物材料，处理的效果与 样品浓度、使用频率有样品浓度、使用频率有 关。用大肠杆菌制备各种酶关。用大肠杆菌制备各种酶 时，常用时，常用50100mg/L菌体浓度，在菌体浓度，在110KC频率下频率下 处理处理1015min。操作时注意避免溶液中气泡的存在。操作时注意避免溶液中气泡的存在。D、加压破碎法：加气压或水压，达、加压破碎法：加气压或水压，达0.5934.32MPa (210350kgf/cm2)的压力时，的压力时，可使可使90%以上细胞被以上细胞被 压碎。多用于微生物酶制剂的工业制备。压碎。多用于微生物酶制剂的工业制备。第九页，本课件共有52页3.3.生化及化学法生化及化学法：A.A.自溶法：将新鲜的生物材料存放在一定的自溶法：将新鲜的生物材料存放在一定的pHpH和适当和适当温度下，利用组织细胞中自身的酶系将细胞破坏，使细胞温度下，利用组织细胞中自身的酶系将细胞破坏，使细胞内含物释放出来的方法。自溶的温度，动物材料在内含物释放出来的方法。自溶的温度，动物材料在0-40-4 ，微生物在室温下。自溶时，需加少量的防腐剂，微生物在室温下。自溶时，需加少量的防腐剂，甲苯、氯仿，以防止外界细菌的污染。甲苯、氯仿，以防止外界细菌的污染。*由于自溶时间较长，不易控制，故制造具有活性的核酸和蛋白质时比由于自溶时间较长，不易控制，故制造具有活性的核酸和蛋白质时比较少用。较少用。第十页，本课件共有52页B.溶菌酶处理法：溶菌酶是专一地破坏细菌细胞壁的酶。多用溶菌酶处理法：溶菌酶是专一地破坏细菌细胞壁的酶。多用于微生物，如蜗牛酶、纤维酶，于微生物，如蜗牛酶、纤维酶，植物细胞也适用。如用噬菌体植物细胞也适用。如用噬菌体感染大肠杆菌细胞制造感染大肠杆菌细胞制造DNA时，采用时，采用pH8.0的的0.1mol/L Tris-0.01mol/L EDTA 制成制成 2 亿亿/ml的细胞悬液，然后加的细胞悬液，然后加 入入100g1mg的溶菌酶，在的溶菌酶，在37 C保温保温10min，细菌胞壁即被，细菌胞壁即被破坏。破坏。C.表面活性剂处理法：表面活性剂的分子中，兼有亲脂性和表面活性剂处理法：表面活性剂的分子中，兼有亲脂性和亲水性基团，能降低水的界面张力，具有乳化、分散、增溶作亲水性基团，能降低水的界面张力，具有乳化、分散、增溶作用。常用有：用。常用有：SDS、氯化十二烷基吡啶、去氧胆酸钠。、氯化十二烷基吡啶、去氧胆酸钠。第十一页，本课件共有52页 三、提三、提 取取 Extraction提取：提取：也称抽提、萃取，就是利用一种溶剂对物质的不同溶解度，也称抽提、萃取，就是利用一种溶剂对物质的不同溶解度，从化合物中分离出一种或几种组分的过程。分为固体处理（液从化合物中分离出一种或几种组分的过程。分为固体处理（液固萃取）和液体处理（液固萃取）和液体处理（液液萃取）。液萃取）。提取条件的选择提取条件的选择：1 1、溶剂、溶剂:常用水、稀盐、稀酸、稀碱，有机溶剂如乙醇、丙酮常用水、稀盐、稀酸、稀碱，有机溶剂如乙醇、丙酮、氯仿、四氯化碳、丁醇等。丁醇提取的、氯仿、四氯化碳、丁醇等。丁醇提取的pHpH、温度范围较广、温度范围较广（pH3-6,-2-40pH3-6,-2-40）。适用于动植物和微生物原料。）。适用于动植物和微生物原料。2 2、pH:pH:与溶解度和稳定性有很大关系，一般选择在与溶解度和稳定性有很大关系，一般选择在 pI pI 的两的两侧。侧。第十二页，本课件共有52页3 3、温度：一般在、温度：一般在5 5 以下，但对温度耐受力较大的药物，可适以下，但对温度耐受力较大的药物，可适当的提高温度，使杂蛋白变性分离，有利于提取和纯化。如胃当的提高温度，使杂蛋白变性分离，有利于提取和纯化。如胃蛋白酶、酵母醇脱氢酶及多肽激素类，选择蛋白酶、酵母醇脱氢酶及多肽激素类，选择37-50 37-50 提取，效提取，效果较好。果较好。影响提取的因素：影响提取的因素：1 1、被提取物质溶解度的大小：一般极性对极性；非极性对、被提取物质溶解度的大小：一般极性对极性；非极性对非极性；酸对碱；碱对酸；高温；远离等电点。非极性；酸对碱；碱对酸；高温；远离等电点。2 2、扩散作用的影响：扩散方程式、扩散作用的影响：扩散方程式 G=DF*C/X*tG=DF*C/X*t 3 3、分配作用的影响：分配定律、分配作用的影响：分配定律 (C1/C2)(C1/C2)恒温、恒压恒温、恒压=K=K第十三页，本课件共有52页四、分离纯化四、分离纯化Separation and Purification1 1、盐析法、盐析法 利用不同的蛋白质在高浓度盐溶液中，溶解度不同程度的降低利用不同的蛋白质在高浓度盐溶液中，溶解度不同程度的降低来进行分离纯化。在低盐浓度下，溶解度随着盐浓度升高而增加，来进行分离纯化。在低盐浓度下，溶解度随着盐浓度升高而增加，称盐溶作用；当盐浓度不断升高时，不同蛋白质的溶解度又以不称盐溶作用；当盐浓度不断升高时，不同蛋白质的溶解度又以不同程度下降并先后析出沉淀，称盐析作用。同程度下降并先后析出沉淀，称盐析作用。优点优点：设备和条件要求低，安全应用范围广泛。在高盐情况下，蛋：设备和条件要求低，安全应用范围广泛。在高盐情况下，蛋白质不易发生变化，一般在室温下操作。白质不易发生变化，一般在室温下操作。缺点：缺点：分级分离能力不高。分级分离能力不高。常用的中性盐常用的中性盐：硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、磷酸钠：硫酸铵、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、磷酸钠。第十四页，本课件共有52页盐析时应注意的几个问题：盐析时应注意的几个问题：（1 1）盐饱和度：由于蛋白质的结构和性质不同，盐析要求的饱）盐饱和度：由于蛋白质的结构和性质不同，盐析要求的饱和度也不同。要按工艺要求，正确计算饱和度。和度也不同。要按工艺要求，正确计算饱和度。（2 2）pH pH 值的选择：蛋白质在值的选择：蛋白质在pIpI时的溶解度最小。因此，进行时的溶解度最小。因此，进行盐析时的盐析时的pHpH，要选择在被分离蛋白质的，要选择在被分离蛋白质的pI pI 附近。附近。（3 3）蛋白质浓度：在相同条件下，蛋白质浓度越大越易沉）蛋白质浓度：在相同条件下，蛋白质浓度越大越易沉淀，使用盐的饱和度极限也愈低。蛋白质浓度愈高，其他蛋淀，使用盐的饱和度极限也愈低。蛋白质浓度愈高，其他蛋白质共沉作用也愈强，这是不希望的。选择适当的蛋白质浓白质共沉作用也愈强，这是不希望的。选择适当的蛋白质浓度，可避免共沉的干扰。度，可避免共沉的干扰。第十五页，本课件共有52页（4 4）温度：一般在室温下进行，浓盐对蛋白质有保护作用。但对）温度：一般在室温下进行，浓盐对蛋白质有保护作用。但对温度敏感的，要在低温下进行。温度敏感的，要在低温下进行。常在常在0-4 0-4 范围内迅速操作。范围内迅速操作。如尿激酶。如尿激酶。（5 5）盐析沉淀物的脱盐：盐析的沉淀分离后，经脱盐才能获得）盐析沉淀物的脱盐：盐析的沉淀分离后，经脱盐才能获得纯品。最常用的脱盐方法是透析，时间一般较长，应常换透析液，纯品。最常用的脱盐方法是透析，时间一般较长，应常换透析液，注意防止污染。注意防止污染。2 2、有机溶剂沉淀法、有机溶剂沉淀法 利用不同蛋白质在不同浓度的有机溶剂中的溶解度差异利用不同蛋白质在不同浓度的有机溶剂中的溶解度差异而分离目的蛋白质的方法。蛋白质的沉淀与溶解，与溶剂的而分离目的蛋白质的方法。蛋白质的沉淀与溶解，与溶剂的介电常数有关。降低溶液的介电常数，使其溶解度变小，同介电常数有关。降低溶液的介电常数，使其溶解度变小，同时，还破坏蛋白质的水化膜而使蛋白质沉淀析出。时，还破坏蛋白质的水化膜而使蛋白质沉淀析出。第十六页，本课件共有52页几种溶剂的介电常数几种溶剂的介电常数溶剂名称溶剂名称 20 时的介电常数时的介电常数 溶剂名称溶剂名称 20 时的介电常数时的介电常数 乙醚乙醚 4.33 甲醇甲醇 33 丙酮丙酮 21.4 水水 80 乙醇乙醇 24 2.5mol/L甘氨酸水溶液甘氨酸水溶液 137介电常数与静电力的关系：介电常数与静电力的关系：F=Q1Q2/Kr2 式中：式中：K介电常数。指带相反电荷的微粒之间的静电引力。介电常数。指带相反电荷的微粒之间的静电引力。F相距为相距为r的的2个带电量分别为个带电量分别为Q1、Q2点电荷相互作用的静电引力。点电荷相互作用的静电引力。经验经验：如：如30-40%乙醇沉淀的物质，改用丙酮时，其体积分数可减少乙醇沉淀的物质，改用丙酮时，其体积分数可减少10%左右。即可用左右。即可用 2030%的丙酮；的丙酮；而而70-80%乙醇沉淀的物质，可用乙醇沉淀的物质，可用5060%的丙酮即可。的丙酮即可。注：水有较高的介电常数，具有很好的溶剂性能，是一种广谱溶剂。有机溶剂法比盐析注：水有较高的介电常数，具有很好的溶剂性能，是一种广谱溶剂。有机溶剂法比盐析法分辨力强，沉淀也好过滤，易干燥，但对有些生物活性物质能引起失活和变性。应用法分辨力强，沉淀也好过滤，易干燥，但对有些生物活性物质能引起失活和变性。应用时还要注意挥发和火灾等。时还要注意挥发和火灾等。第十七页，本课件共有52页有机沉淀法应注意的问题有机沉淀法应注意的问题：（1 1）控制工艺过程的温度：整个操作过程应在低温下进行，）控制工艺过程的温度：整个操作过程应在低温下进行，而且最好是同一温度。而且最好是同一温度。（2 2）防止溶剂局部浓度过高：加入有机溶剂时搅拌要均匀，）防止溶剂局部浓度过高：加入有机溶剂时搅拌要均匀，速度要适当，避免局部浓度过高，引起沉淀物的破坏、变性或失速度要适当，避免局部浓度过高，引起沉淀物的破坏、变性或失活。活。（3 3）及时处理沉淀物：沉淀物经过滤或离心后，要立即用）及时处理沉淀物：沉淀物经过滤或离心后，要立即用水或缓冲液溶解，降低有机溶剂的浓度。水或缓冲液溶解，降低有机溶剂的浓度。（4 4）pHpH的选择：在待沉淀蛋白质的的选择：在待沉淀蛋白质的pIpI附近。附近。（5 5）有机溶剂是酶和蛋白质的变性因素，尤其是对敏感酶）有机溶剂是酶和蛋白质的变性因素，尤其是对敏感酶类。类。第十八页，本课件共有52页3 3、等电点沉淀法、等电点沉淀法 利用蛋白质在等电点时的溶解度最低，而各种蛋白质又利用蛋白质在等电点时的溶解度最低，而各种蛋白质又具有不同的等电点的特性进行分离的工艺过程。具有不同的等电点的特性进行分离的工艺过程。由于各种蛋白质在等电点时，仍有一定的溶解度而沉淀不完全，由于各种蛋白质在等电点时，仍有一定的溶解度而沉淀不完全，多数蛋白质的等电点又都十分接近，所以单独使用效果不理想，分辨多数蛋白质的等电点又都十分接近，所以单独使用效果不理想，分辨力差，多用于提取后除杂蛋白。实际生产中常与有机溶剂沉淀法、盐力差，多用于提取后除杂蛋白。实际生产中常与有机溶剂沉淀法、盐析法联合使用。析法联合使用。第十九页，本课件共有52页4 4、膜分离法、膜分离法 膜分离技术包括膜分离技术包括超滤超滤、反渗透析反渗透析、电渗析、电渗析、微孔过滤微孔过滤、气体渗、气体渗析和析和超精密过滤超精密过滤。（1 1）超滤：根据溶质分子和悬浮粒子是否通过多孔膜来进行筛）超滤：根据溶质分子和悬浮粒子是否通过多孔膜来进行筛分。在液压的驱动下，能通过超滤膜的分离粒子的范围，一般在分。在液压的驱动下，能通过超滤膜的分离粒子的范围，一般在0.0010.01m0.0010.01m。即利用一种特制的膜对溶液中的各种溶质分子进。即利用一种特制的膜对溶液中的各种溶质分子进行选择性过滤。行选择性过滤。优点优点：成本低、操作方便、条件温和、能较好地保持药物活性、：成本低、操作方便、条件温和、能较好地保持药物活性、回收率高。适用于酶和蛋白质药物的分离、浓缩、脱盐、提纯、回收率高。适用于酶和蛋白质药物的分离、浓缩、脱盐、提纯、除菌、除病毒和热原。除菌、除病毒和热原。第二十页，本课件共有52页（2 2）反渗透：以高分子透过性薄膜为分离介质，在超过溶液渗）反渗透：以高分子透过性薄膜为分离介质，在超过溶液渗透压力的情况下，使溶液中的溶剂透过薄膜，同时使溶质和不溶透压力的情况下，使溶液中的溶剂透过薄膜，同时使溶质和不溶物阻截在膜前。这一过程类似于渗透物阻截在膜前。这一过程类似于渗透,但方向相反，即溶剂从高浓但方向相反，即溶剂从高浓度一侧传递到浓度低的一侧，故称反渗透。度一侧传递到浓度低的一侧，故称反渗透。特点：能耗少，体积小，适应大规模生产。特点：能耗少，体积小，适应大规模生产。（3 3）微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜过滤介质，可以过滤一般介）微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜过滤介质，可以过滤一般介质不能截留的细菌和微粒。膜的孔径在质不能截留的细菌和微粒。膜的孔径在0.2-10 m0.2-10 m。（4 4）超精密过滤：以聚乙烯醇为主体的中空多孔滤膜，分级性能在超滤）超精密过滤：以聚乙烯醇为主体的中空多孔滤膜，分级性能在超滤膜与微孔滤膜之间。为膜与微孔滤膜之间。为0.010.2 m0.010.2 m。用于水的精制、循环水的净化、。用于水的精制、循环水的净化、除悬浮固体粒子以及糖液、酶液的精制。除悬浮固体粒子以及糖液、酶液的精制。第二十一页，本课件共有52页 5 5、离子交换层析、离子交换层析 采用不溶性高分子化合物作为离子交换剂，分离纯化各种生化物采用不溶性高分子化合物作为离子交换剂，分离纯化各种生化物质。质。基本原理：离子交换树脂在水中能溶胀，溶胀后，其分子中基本原理：离子交换树脂在水中能溶胀，溶胀后，其分子中的极性基团（活性基团），具有可扩散的离子，能与溶液中的极性基团（活性基团），具有可扩散的离子，能与溶液中的离子起交换作用；非极性基团作为树脂的骨架，使树脂不的离子起交换作用；非极性基团作为树脂的骨架，使树脂不溶于水并具有网状结构，为离子交换的进行及溶液和树脂的溶于水并具有网状结构，为离子交换的进行及溶液和树脂的分离创造了条件。离子交换层析包括吸附、吸收、穿透、扩分离创造了条件。离子交换层析包括吸附、吸收、穿透、扩散、离子交换、离子亲和力等物理化学过程。散、离子交换、离子亲和力等物理化学过程。第二十二页，本课件共有52页树脂种类和理化性能：树脂种类和理化性能：（1 1）强酸性阳离子交换树脂：功能团为磺酸基，）强酸性阳离子交换树脂：功能团为磺酸基，pHpH一般没一般没有限制。有限制。（2 2）弱酸性阳离子交换树脂：功能团为羧基、酚基。在酸性溶）弱酸性阳离子交换树脂：功能团为羧基、酚基。在酸性溶液中不发生交换，液中不发生交换，pHpH愈大交换能力愈强。愈大交换能力愈强。（3 3）强碱性阴离子交换树脂：功能团为三甲基季胺基团。）强碱性阴离子交换树脂：功能团为三甲基季胺基团。pHpH没没有限制。有限制。（4 4）弱酸性阴离子交换树脂：功能团为伯胺基、仲胺基、叔）弱酸性阴离子交换树脂：功能团为伯胺基、仲胺基、叔胺基。胺基。pHpH愈低交换能力愈大。愈低交换能力愈大。第二十三页，本课件共有52页 影响交换速度的因素：影响交换速度的因素：（1 1）树脂颗粒的大小：颗粒小，表面积大，能促进内部）树脂颗粒的大小：颗粒小，表面积大，能促进内部和外部扩散。和外部扩散。（2 2）搅拌和流速：加快搅拌速度或加大液体流速，都能）搅拌和流速：加快搅拌速度或加大液体流速，都能减少树脂外液膜的厚度，从而使液相扩散速度增加。减少树脂外液膜的厚度，从而使液相扩散速度增加。（3 3）离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而增加，达到）离子浓度：交换速度随离子浓度的上升而增加，达到一定浓度后交换速度不在升高。一定浓度后交换速度不在升高。（4 4）离子的水化半径：水化半径小的易被吸附。）离子的水化半径：水化半径小的易被吸附。（5 5）树脂酸碱性的强弱和溶液的）树脂酸碱性的强弱和溶液的pHpH：第二十四页，本课件共有52页（6 6）交联度大小：交联度愈小，树脂愈易膨胀，交换速度愈快。）交联度大小：交联度愈小，树脂愈易膨胀，交换速度愈快。但交联度小的树脂选择性较差。但交联度小的树脂选择性较差。（7 7）有机溶剂的影响：当有有机溶剂存在时，会降低树脂对）有机溶剂的影响：当有有机溶剂存在时，会降低树脂对有机离子的选择性，而容易吸附无机离子。有机离子的选择性，而容易吸附无机离子。6 6、凝胶层析、凝胶层析 指化合物随流动相流经装有凝胶的固定相的层析柱时，因其各指化合物随流动相流经装有凝胶的固定相的层析柱时，因其各种物质分子大小不同而被分离的技术。又称凝胶过滤、凝胶渗透种物质分子大小不同而被分离的技术。又称凝胶过滤、凝胶渗透过滤、分子筛过滤、阻滞扩散层析、排阻层析。过滤、分子筛过滤、阻滞扩散层析、排阻层析。优点：设备简单，操作方便，分离效果好，回收率高，分离条优点：设备简单，操作方便，分离效果好，回收率高，分离条件缓和，不使活性物质失活变性，凝胶可重复使用，无需再生处件缓和，不使活性物质失活变性，凝胶可重复使用，无需再生处理。理。第二十五页，本课件共有52页 缺点：分离速度慢。缺点：分离速度慢。广泛用于分离氨基酸、多肽、蛋白质、酶及多糖等药物。广泛用于分离氨基酸、多肽、蛋白质、酶及多糖等药物。几种常用的凝胶：几种常用的凝胶：（1 1）葡聚糖凝胶：基本骨架是）葡聚糖凝胶：基本骨架是1616糖苷键。由葡聚糖和甘油以糖苷键。由葡聚糖和甘油以醚桥形式交联而成的网状结构。最著名的商品为醚桥形式交联而成的网状结构。最著名的商品为SephadexSephadex葡聚糖葡聚糖凝胶，珠状颗粒物，化学性质稳定，不溶于水、弱酸、碱和盐凝胶，珠状颗粒物，化学性质稳定，不溶于水、弱酸、碱和盐溶液。低温时，在溶液。低温时，在0.1mol/L 0.1mol/L 盐酸中保持盐酸中保持1-2h1-2h不改变性质；室温时，不改变性质；室温时，在在 0.01mol/L 0.01mol/L 盐酸中放置半年也不改变；在盐酸中放置半年也不改变；在0.25mol/L0.25mol/L的的 氢氢氧化钠中，氧化钠中，6060 两个月没有发改变。可在两个月没有发改变。可在120120 加热加热 30min 30min 灭灭菌而不破坏，但高于菌而不破坏，但高于 120120 即变黄。湿状贮存易发霉，若长期不即变黄。湿状贮存易发霉，若长期不用，需加防腐剂。用，需加防腐剂。第二十六页，本课件共有52页（2 2）聚丙烯酰胺凝胶：由碳）聚丙烯酰胺凝胶：由碳碳骨架构成。完全为惰性。稳定碳骨架构成。完全为惰性。稳定性比葡聚糖凝胶好，洗脱时不会有凝胶物质下来。性比葡聚糖凝胶好，洗脱时不会有凝胶物质下来。缺点：不耐酸。遇酸时酰胺键会水解为羧基，使凝胶带缺点：不耐酸。遇酸时酰胺键会水解为羧基，使凝胶带有一定的离子交换基团。有一定的离子交换基团。（3 3）琼脂糖凝胶：天然凝胶，不是共价交联，是以氢）琼脂糖凝胶：天然凝胶，不是共价交联，是以氢键交联。空隙度以键交联。空隙度以琼脂琼脂糖的浓度来改变，化学稳定性不如糖的浓度来改变，化学稳定性不如葡聚糖凝胶。没有干凝胶，必须在溶胀状态保存，遇脱水葡聚糖凝胶。没有干凝胶，必须在溶胀状态保存，遇脱水剂、冷冻和一些有机溶剂即破坏，丙酮和乙醇对它无影响。剂、冷冻和一些有机溶剂即破坏，丙酮和乙醇对它无影响。在在pH 4.5-9,pH 4.5-9,温度温度0-40 0-40 稳定。对硼酸有吸附，不能用硼酸稳定。对硼酸有吸附，不能用硼酸缓冲液。他能分离几万到几千万相对分子质量的物质，弥缓冲液。他能分离几万到几千万相对分子质量的物质，弥补了葡聚糖和聚丙烯酰胺凝胶的不足。补了葡聚糖和聚丙烯酰胺凝胶的不足。瑞典商品名瑞典商品名SepharoseSepharose，美国称生物凝胶，美国称生物凝胶AA（Bio-Gel-Bio-Gel-A A）,英国称英国称Sagavac.Sagavac.第二十七页，本课件共有52页 (4)(4)疏水性凝胶：常用的为聚甲基丙烯酸酯疏水性凝胶：常用的为聚甲基丙烯酸酯（PolymethacrylatePolymethacrylate）凝胶、聚苯乙烯凝胶（如）凝胶、聚苯乙烯凝胶（如Styrogel,Styrogel,Bio-Beads-SBio-Beads-S）7 7、亲和层析、亲和层析 生物活性物质都有亲和作用，如酶与底物、激素与受体、生物活性物质都有亲和作用，如酶与底物、激素与受体、核酸的互补链间，多糖与蛋白质复合体。亲和层析是利用生核酸的互补链间，多糖与蛋白质复合体。亲和层析是利用生物大分子的特异亲和力而设计的层析技术。可逆结合的特异物大分子的特异亲和力而设计的层析技术。可逆结合的特异性物质称为配基，与配基结合的层析介质称为载体。性物质称为配基，与配基结合的层析介质称为载体。亲和层析能从粗提液中，通过一次简便处理，便可得到高纯亲和层析能从粗提液中，通过一次简便处理，便可得到高纯度的活性物质，既可分离一些生物材料中含量极微的物质，度的活性物质，既可分离一些生物材料中含量极微的物质，又能分离一些性质十分相似的物质。又能分离一些性质十分相似的物质。第二十八页，本课件共有52页 优点优点：设备要求不高，操作简便，适用范围广，特：设备要求不高，操作简便，适用范围广，特 异性强，分离速度快，效果好，条件温和。异性强，分离速度快，效果好，条件温和。缺点缺点：通用性较差，洗脱条件要求苛刻。：通用性较差，洗脱条件要求苛刻。几种常用的载体几种常用的载体：（1 1）纤维素：自然界中数量最大的大分子生物材料，取材十分方）纤维素：自然界中数量最大的大分子生物材料，取材十分方便。但由于其结构紧密、均一性差，不利于大分子的渗入。活化后便。但由于其结构紧密、均一性差，不利于大分子的渗入。活化后常带有电荷，非特异性吸附较强，加上空间位阻等原因，其应用不常带有电荷，非特异性吸附较强，加上空间位阻等原因，其应用不如凝胶载体广泛。目前主要用于分离与核酸有关的物质。如用寡聚如凝胶载体广泛。目前主要用于分离与核酸有关的物质。如用寡聚脱氧胸腺核苷酸纤维素作固定相分离细胞提取液中的脱氧胸腺核苷酸纤维素作固定相分离细胞提取液中的mRNA.mRNA.市售商品有市售商品有：无定型微纤维、微晶纤维素、珠状纤维素。：无定型微纤维、微晶纤维素、珠状纤维素。第二十九页，本课件共有52页（2 2）琼脂糖凝胶：用于亲和层析的主要为交联珠状凝胶。其琼脂糖的）琼脂糖凝胶：用于亲和层析的主要为交联珠状凝胶。其琼脂糖的质量浓度为质量浓度为20g/L(2%)20g/L(2%)、40g/L(4%)40g/L(4%)、60g/L(6%)60g/L(6%)几种，相应的商品几种，相应的商品称为称为Sepharose 2BSepharose 2B、4B4B、6B(Pharmacia)6B(Pharmacia)和和Ultrogels A-2,A-4,A-Ultrogels A-2,A-4,A-6)6)。这类载体能使吸附物质保持活性，能迅速活化并接上各种功能基。这类载体能使吸附物质保持活性，能迅速活化并接上各种功能基团，结构疏松，孔径大，流速快。团，结构疏松，孔径大，流速快。（3 3）葡聚糖凝胶：与琼脂糖凝胶相比孔径太小，特别是经配基）葡聚糖凝胶：与琼脂糖凝胶相比孔径太小，特别是经配基偶联后，凝胶膨胀度会进一步变小，所以应用受到限制。偶联后，凝胶膨胀度会进一步变小，所以应用受到限制。（4 4）聚丙烯酰胺凝胶：碳）聚丙烯酰胺凝胶：碳碳骨架，由丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺聚碳骨架，由丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺聚合而成，具有网状三维空间结构。商品名为合而成，具有网状三维空间结构。商品名为Biogel PBiogel P。注意避免接触强氧化剂，配基偶联后会使它的网格缩小，在一定程注意避免接触强氧化剂，配基偶联后会使它的网格缩小，在一定程度上限制了它的应用。度上限制了它的应用。第三十页，本课件共有52页（5 5）多孔玻璃珠：化学和物理稳定性好，机械强度高，不但）多孔玻璃珠：化学和物理稳定性好，机械强度高，不但能抵御酶及微生物的作用，还能耐受高温灭菌和较剧烈的反能抵御酶及微生物的作用，还能耐受高温灭菌和较剧烈的反应条件。应条件。缺点：亲水性不强，对蛋白质尤其是碱性蛋白质有非特异性吸附，缺点：亲水性不强，对蛋白质尤其是碱性蛋白质有非特异性吸附，而且可供连接的化学活性基团也少。而且可供连接的化学活性基团也少。改良方法：为了克服其缺点，市售改良方法：为了克服其缺点，市售Bio-GlassBio-Glass的商品都已事先连的商品都已事先连接了氨烷基（烷基胺）。用葡聚糖包被玻璃珠，则可改善其亲接了氨烷基（烷基胺）。用葡聚糖包被玻璃珠，则可改善其亲水性，并增加化学活性基团。用抗原涂布的玻璃珠已成功地分水性，并增加化学活性基团。用抗原涂布的玻璃珠已成功地分离了免疫淋巴细胞，在离了免疫淋巴细胞，在DNADNA连接的玻璃珠上纯化了大肠杆菌连接的玻璃珠上纯化了大肠杆菌的的DNADNA和和RNARNA聚合酶。聚合酶。第三十一页，本课件共有52页（6 6）其他载体：）其他载体：由聚丙烯酰胺和琼脂糖混合组成的载体，商品名为由聚丙烯酰胺和琼脂糖混合组成的载体，商品名为Ultrogels ACAUltrogels ACA。它的特点是载体上既有羟基又有酰胺基，并。它的特点是载体上既有羟基又有酰胺基，并且都能与配基单独作用。但不能接触强碱，以免酰胺水解，使且都能与配基单独作用。但不能接触强碱，以免酰胺水解，使用温度不超过用温度不超过40 40 C C。在丙烯酰胺和琼脂糖的混合胶中加入在丙烯酰胺和琼脂糖的混合胶中加入7%7%的四氧化三铁，则的四氧化三铁，则可制得一种称为磁性胶（可制得一种称为磁性胶（Magnogels ACA44Magnogels ACA44）的载体。当悬浮液）的载体。当悬浮液中含有不均匀粒子时，依靠磁性能将载体与其他粒子分离。中含有不均匀粒子时，依靠磁性能将载体与其他粒子分离。磁性胶载体常用于酶的免疫测定、荧光免疫测定、放射免磁性胶载体常用于酶的免疫测定、荧光免疫测定、放射免疫测定、免疫吸收剂和细胞分离等的微量测定和制备。疫测定、免疫吸收剂和细胞分离等的微量测定和制备。第三十二页，本课件共有52页影响吸附亲和力的几个因素影响吸附亲和力的几个因素：（1 1）配基浓度；）配基浓度；（2 2）空间障碍；）空间障碍；（3 3）配基与载体的结合位点；）配基与载体的结合位点；（4 4）载体的孔径；）载体的孔径；（5 5）微环境（化学因素）。）微环境（化学因素）。第三十三页，本课件共有52页五、五、Concentration 浓缩浓缩浓缩：低浓度溶液通过除去溶剂变为高浓度溶液的过程。常在提取后浓缩：低浓度溶液通过除去溶剂变为高浓度溶液的过程。常在提取后和结晶前进行，有时也贯穿与整个制药过程。和结晶前进行，有时也贯穿与整个制药过程。蒸发装置的设计原理：加热、扩大液体表面积、低压。蒸发装置的设计原理：加热、扩大液体表面积、低压。1 1、薄膜蒸发浓缩、薄膜蒸发浓缩Film evaporation concentration Film evaporation concentration 卧式喷淋降膜蒸发器、卧式喷淋降膜蒸发器、RoseRose蒸发器、板式蒸发器蒸发器、板式蒸发器2 2、减压蒸发浓缩、减压蒸发浓缩Decompression evaporation Decompression evaporation concentration concentration 减压抽真空（真空浓缩），适用不耐热的药减压抽真空（真空浓缩），适用不耐热的药物和制品。物和制品。第三十四页，本课件共有52页 3 3、吸收浓缩吸收浓缩Absorbing concentrationAbsorbing concentration 通过吸收剂直接吸收除去溶液中的溶剂分子使溶液浓缩的通过吸收剂直接吸收除去溶液中的溶剂分子使溶液浓缩的方法。吸收剂与溶液不起化学反应，对生化药物不起吸附作用，方法。吸收剂与溶液不起化学反应，对生化药物不起吸附作用，易与溶液分开。吸附剂除去溶剂后可重复使用。易与溶液分开。吸附剂除去溶剂后可重复使用。常用的吸收剂常用的吸收剂：聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、蔗糖、凝胶。：聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、蔗糖、凝胶。凝胶可直接投入待浓缩的溶液中，溶剂和小分子被吸收凝胶可直接投入待浓缩的溶液中，溶剂和小分子被吸收到凝胶内，大分子留在溶液中，然后离心过滤。使用聚乙二到凝胶内，大分子留在溶液中，然后离心过滤。使用聚乙二醇时，先将溶液装入半透膜的袋内，扎紧袋口，外加聚乙二醇时，先将溶液装入半透膜的袋内，扎紧袋口，外加聚乙二醇覆盖，袋内溶剂渗出即被聚乙二醇吸去。醇覆盖，袋内溶剂渗出即被聚乙二醇吸去。第三十五页，本课件共有52页 六、Crystallization 结晶结晶结晶：利用某些药物具有形成晶体的性质使目标药物（溶质）结晶：利用某些药物具有形成晶体的性质使目标药物（溶质）呈晶态从溶液中析出的过程。呈晶态从溶液中析出的过程。结晶的条件：结晶的条件：（1 1）纯度）纯度puritypurity：各种物质在溶液中均需达到一定的纯度才能析：各种物质在溶液中均需达到一定的纯度才能析出结晶。蛋白质和酶，纯度不低于出结晶。蛋白质和酶，纯度不低于50%50%。总趋势是越纯越易结。总趋势是越纯越易结晶，但已结晶的制品不表示达到了绝对的纯化，只能说到了晶，但已结晶的制品不表示达到了绝对的纯化，只能说到了相当纯的程度。有时纯度不高，但加入有机溶剂和制成盐，相当纯的程度。有时纯度不高，但加入有机溶剂和制成盐，也能达到结晶。也能达到结晶。第三十六页，本课件共有52页（2 2）浓度）浓度considerationconsideration：结晶液的浓度要较高，以利于分子间的：结晶液的浓度要较高，以利于分子间的碰撞聚合。但浓度过高，相应杂质和溶液黏度增大，反而不利于结碰撞聚合。但浓度过高，相应杂质和溶液黏度增大，反而不利于结晶，或生成纯度较差的粉末结晶。晶，或生成纯度较差的粉末结晶。（3 3）pHpH：选择：选择pHpH在在pIpI附近，有利于晶体析出。附近，有利于晶体析出。（4 4）温度）温度 temperaturetemperature：通常在低温条件进行，活性物质不：通常在低温条件进行，活性物质不易变性，又可避免细菌繁殖。易变性，又可避免细菌繁殖。（5 5）时间）时间TimeTime：结晶的生成和生长需要时