擴(kuò)張床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象與蛋白質(zhì)吸附特性.pdf

1、擴(kuò)張床吸附層析是生物下游分離中的一種新型方法，可直接由發(fā)酵液或細(xì)胞破碎液中分離純化目標(biāo)生物分子。擴(kuò)張床介質(zhì)具有一定的粒徑分布和密度分布，在料液流體中，因重力、浮力、流體剪切力等的作用，沿床層軸向自下而上可分級(jí)分布，影響著床層的吸附分離效率。研究擴(kuò)張床內(nèi)流體流動(dòng)、介質(zhì)分布、目標(biāo)蛋白質(zhì)和酶等的吸附傳遞等問(wèn)題，對(duì)于深入理解擴(kuò)張床分離特性、進(jìn)行過(guò)程設(shè)計(jì)、選擇合理的操作以及介質(zhì)顆粒的定向設(shè)計(jì)等有重要意義。 本文針對(duì)擴(kuò)張床內(nèi)的流動(dòng)與傳遞問(wèn)

2、題，對(duì)介質(zhì)顆粒的運(yùn)動(dòng)分布、沿床層各傳遞參數(shù)的變化、蛋白質(zhì)和酶等在床內(nèi)流體中及介質(zhì)孔內(nèi)的傳遞和吸附規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，建立了描述相應(yīng)過(guò)程的模型。 首先，用實(shí)驗(yàn)方法，在不同流速下，考察了介質(zhì)粒徑和床層孔隙率沿床層軸向的變化特性。結(jié)果說(shuō)明，介質(zhì)粒徑分布、平均粒徑、床層孔隙率等沿床層軸向呈現(xiàn)不均勻變化，沿床層軸向向上，平均粒徑逐漸減小，床層孔隙率增大，且與液速有關(guān)系。特別是對(duì)UpFrontFastLineSP等具有對(duì)數(shù)正態(tài)粒

3、徑分布、密度差異明顯、粒徑范圍較寬的介質(zhì)，沿床層軸向介質(zhì)平均密度、粒徑分布、床層孔隙率等均呈現(xiàn)不均勻特性，與文獻(xiàn)中其它高密度介質(zhì)結(jié)果不同。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合理論方法，通過(guò)分析擴(kuò)張床流體流動(dòng)的特性、床層膨脹機(jī)理、介質(zhì)結(jié)構(gòu)與其密度差異，建立了描述均一密度介質(zhì)和具有密度差異的介質(zhì)沿?cái)U(kuò)張床軸向分布的模型，可用于計(jì)算給定操作條件的床層膨脹率、沿床層軸向介質(zhì)粒徑的變化及床層孔隙率的變化。 其次，用脈沖示蹤方法測(cè)試了沿床層軸向停留時(shí)間分布的

4、變化，結(jié)合理論分析，得到了不同條件下沿床層軸向各床層段內(nèi)有效軸向分散系數(shù)。結(jié)果說(shuō)明，在擴(kuò)張床內(nèi)的軸向分散呈現(xiàn)不均勻性，沿軸向向上，有效軸向分散系數(shù)逐漸減小。在床層入口段液體返混分散較強(qiáng)，有效軸向分散系數(shù)較大；而在床層中間和頂部區(qū)域，有效軸向分散系數(shù)較低。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果和機(jī)理的分析，得到了以Reynolds數(shù)、床層孔隙率和相對(duì)耗能速率等三個(gè)無(wú)因次數(shù)表示的軸向分散系數(shù)變化的關(guān)聯(lián)式，可用于計(jì)算沿床層軸向有效軸向分散系數(shù)的變化。 最后，

5、通過(guò)BSA沿StreamlineDEAE介質(zhì)擴(kuò)張床穿透實(shí)驗(yàn)，考察了沿床層軸向蛋白質(zhì)傳遞吸附的變化特性。結(jié)果表明，沿床層軸向向上，床層吸附特性亦呈現(xiàn)不均勻性。在分析擴(kuò)張床內(nèi)吸附傳遞機(jī)理的基礎(chǔ)上，綜合考慮沿床層軸i向介質(zhì)粒徑、床層孔隙率、有效軸向分散系數(shù)的變化特性，建立了描述擴(kuò)張床內(nèi)目標(biāo)蛋白質(zhì)和酶吸附的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行數(shù)值求解，并與本文實(shí)驗(yàn)及文獻(xiàn)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相符。這一模型充分考慮了傳遞參數(shù)沿床層軸向的變化，無(wú)需預(yù)先測(cè)試床層的膨脹高度等參數(shù)