超濾膜的荷電特性及對蛋白質(zhì)分離行為影響的研究.pdf

1、對于現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)，下游分離和純化高附加值蛋白質(zhì)過程所需的費(fèi)用占整個(gè)生產(chǎn)過程成本可高達(dá)90％。超濾技術(shù)雖已廣泛地應(yīng)用于生物技術(shù)下游分離過程中；但傳統(tǒng)的超濾是基于物理篩分原理實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)分離的過程，超濾膜的低選擇性，分離選擇性和透過系數(shù)之間的矛盾關(guān)系嚴(yán)重制約了超濾技術(shù)在蛋白質(zhì)分離過程中的應(yīng)用。已有研究表明靜電相互作用直接影響蛋白質(zhì)的截留率和整個(gè)膜系統(tǒng)的操作行為，一種有效地提高超濾膜選擇性、實(shí)現(xiàn)分子量相近分子的分離且同時(shí)具有較高膜透過系

2、數(shù)的方法是改變膜的荷電情況。因此，研究超濾膜的荷電性對膜性能以及分離行為影響的工作，對于提高高價(jià)值產(chǎn)品蛋白質(zhì)的收率、降低費(fèi)用，生物技術(shù)的發(fā)展具有重要的實(shí)際意義。 本研究通過化學(xué)改性的方法得到不同荷電量的負(fù)電和正電改性再生纖維素膜，采用測量膜流動(dòng)電位的方法進(jìn)而計(jì)算出Zeta電位來定量地表征荷電膜帶電量的大小。對于荷電超濾膜的應(yīng)用，主要考察了以下兩個(gè)方面： 荷電超濾膜對蛋白質(zhì)大分子的分離、純化的影響。定量地考察膜表面不同

3、荷電量對溶劑通量及牛血清蛋白（BSA）透過率的影響?？疾炝酥行?、負(fù)電以及正電改性再生纖維素膜（RC膜）和Biomax聚醚砜膜用于溶菌酶和牛血清蛋白（BSA）二元蛋白質(zhì)混合液的分離和純化； 荷電超濾膜對蛋白質(zhì)純化中帶電雜質(zhì)小分子清除的影響?？疾炝嘶钚蕴m、虎紅鈉鹽和維生素B12三種不同荷電量小分子（分子量為1kD左右）通過表面帶相同電荷的超濾膜（截留分子量為10kD）時(shí)的行為。 通過超濾膜荷電對膜性能及其分離行為影響的研

4、究，得出主要結(jié)論如下： (1) 本實(shí)驗(yàn)中測量膜流動(dòng)電位計(jì)算出Zeta電位可以表征改性前后膜荷電量的變化。如測量改性RC膜的流動(dòng)電位計(jì)算出Zeta電位由改性前的-0.55mv降至改性后的-11.03mv，可以說明改性方法是有效的，改性后的RC膜帶上了負(fù)電荷。 (2) 荷電超濾膜能提供較傳統(tǒng)商業(yè)膜更好的通量和分離選擇性相結(jié)合的優(yōu)勢。如12h改性荷電膜在10mM離子強(qiáng)度條件下相對未改性膜BSA表觀透過率下降了76.4％的同時(shí)，

5、其純水透過系數(shù)僅減小了5.9％。實(shí)驗(yàn)中所用BSA濃度為1g/L，使用蠕動(dòng)泵控制通量為25L/m2/h且死端過濾器的攪拌速度為600rpm。這樣，在實(shí)際蛋白質(zhì)分離過程中可實(shí)現(xiàn)分離速度和收率的同時(shí)提高。這可極大地拓展超濾技術(shù)在生物工程的各下游過程（如蛋白質(zhì)濃縮和純化）中的應(yīng)用。 (3) 選取合適的荷電膜以及溶液性質(zhì)（如pH值和離子強(qiáng)度），可以優(yōu)化靜電相互作用實(shí)現(xiàn)兩種蛋白質(zhì)的有效的分離。實(shí)驗(yàn)中溶菌酶和牛血清蛋白（BSA）的濃度都為1g

6、/L，蛋白質(zhì)透過率實(shí)驗(yàn)控制壓力恒定為0.6bar。正電改性的RC膜與帶正電的溶菌酶分子之間較顯著的靜電排斥作用，使溶菌酶的表觀透過率在未改性、負(fù)電改性以及正電改性的RC膜中最小。pH=4時(shí)溶菌酶分子由于偏離其等電點(diǎn)pI=11較遠(yuǎn)，荷電量較pH=7時(shí)大，其表觀透過率減少。此外，隨著離子強(qiáng)度的增大，雙電層厚度被壓縮，靜電屏蔽作用增強(qiáng)，溶菌酶的表觀透過率有逐漸增大的趨勢。 (4) 靜電相互作用對荷電超濾過程中帶電小分子清除仍起主導(dǎo)作用