擴張床內的傳遞現(xiàn)象與蛋白質吸附特性.pdf

1、擴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)酵液或細胞破碎液中分離純化目標生物分子。擴張床介質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分布，影響著床層的吸附分離效率。研究擴張床內流體流動、介質分布、目標蛋白質和酶等的吸附傳遞等問題，對于深入理解擴張床分離特性、進行過程設計、選擇合理的操作以及介質顆粒的定向設計等有重要意義。 本文針對擴張床內的流動與傳遞問

2、題，對介質顆粒的運動分布、沿床層各傳遞參數(shù)的變化、蛋白質和酶等在床內流體中及介質孔內的傳遞和吸附規(guī)律進行了實驗研究和理論分析，建立了描述相應過程的模型。 首先，用實驗方法，在不同流速下，考察了介質粒徑和床層孔隙率沿床層軸向的變化特性。結果說明，介質粒徑分布、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，且與液速有關系。特別是對UpFrontFastLineSP等具有對數(shù)正態(tài)粒

3、徑分布、密度差異明顯、粒徑范圍較寬的介質，沿床層軸向介質平均密度、粒徑分布、床層孔隙率等均呈現(xiàn)不均勻特性，與文獻中其它高密度介質結果不同?；趯嶒灲Y果，結合理論方法，通過分析擴張床流體流動的特性、床層膨脹機理、介質結構與其密度差異，建立了描述均一密度介質和具有密度差異的介質沿擴張床軸向分布的模型，可用于計算給定操作條件的床層膨脹率、沿床層軸向介質粒徑的變化及床層孔隙率的變化。 其次，用脈沖示蹤方法測試了沿床層軸向停留時間分布的

4、變化，結合理論分析，得到了不同條件下沿床層軸向各床層段內有效軸向分散系數(shù)。結果說明，在擴張床內的軸向分散呈現(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，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?；趯嶒灲Y果和機理的分析，得到了以Reynolds數(shù)、床層孔隙率和相對耗能速率等三個無因次數(shù)表示的軸向分散系數(shù)變化的關聯(lián)式，可用于計算沿床層軸向有效軸向分散系數(shù)的變化。 最后，

5、通過BSA沿StreamlineDEAE介質擴張床穿透實驗，考察了沿床層軸向蛋白質傳遞吸附的變化特性。結果表明，沿床層軸向向上，床層吸附特性亦呈現(xiàn)不均勻性。在分析擴張床內吸附傳遞機理的基礎上，綜合考慮沿床層軸i向介質粒徑、床層孔隙率、有效軸向分散系數(shù)的變化特性，建立了描述擴張床內目標蛋白質和酶吸附的數(shù)學模型，進行數(shù)值求解，并與本文實驗及文獻相應實驗結果基本相符。這一模型充分考慮了傳遞參數(shù)沿床層軸向的變化，無需預先測試床層的膨脹高度等參數(shù)